图2.5 工作原理

活化振动给煤机集活化物料和出料两大功能于一体，和其它给料机相比降低了安装高度，大大地减少了安装成本及工作量，在使用时，由于活化振动给煤机可以实现无级调速，减少了工人的工作量，降低了人员定额，极大地提高了生产率。

活化振动给煤机主体（也就是共振体）与顶部料堆或料仓有机地连接在一起，工作时，活化锥（楔形出料版）的水平振动产生的扰动能量高效地传递到顶部物料，使顶部物料松动并且下落。物料通过活化振动给煤机两侧的曲线槽被传输到下部出口，激振器产生的振动加上特别设计的曲线槽能够确保物料的自由出料，即使是褐煤或其它较粘煤质也能顺利出煤[34]。

该设备的振动系统由振动电机和激振弹簧组成，它利用亚共振双质体振动原理工作，小功率电机的激振力通过激振弹簧驱动共振体，从而获得需要的线性振幅。此振动系统与可变力轮配合使用后，具有使出煤量从最小无极调整到100%的能力，图2.6表示的是亚共振原理。

图2.6 亚共振原理

物料施加给给煤机的阻尼效应实际上会增大出料能力，当负载增大时，给煤机的固有频率会稍微减小，这样频率比会相应增大，即振幅增大，从而增大出料量[35]。

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在实际应用中，如何找出最佳亚共振点是利用亚共振原理的关键，其解决方案是在1000-10000rpm范围内，从低速到高速扫频，当施加外力的频率与工件固有频率合拍时，产生共振[36]，寻找所有能产生共振的固有频率，然后在共振频率的亚共振区对工件施加振动，产生动应力，与残余应力叠加，发生塑性屈服，从而降低峰值残余应力，使残余应力分布均化[37]。

2.2 活化振动给煤系统运动学分析

振动给料机在工作的过程中，物料通常是沿着振动工作面做连续不间断地运动，如果物料不能做连续运动，就会直接影响其工作质量与工作效率。因此，分析并理解物料在振动工作面上不同运动状态的理论，进而正确选取运动学参数，对保证振动给料机的正常而有效地进行具有重要的意义[38]。

通常情况下，振动机械的运动方式包括：圆周振动、椭圆振动、简谐直线振动、非简谐直线振动等等。该活化振动给煤机在激振力的作用下，其工作面做近似简谐直线振动，这种运动方式可以使物料沿工作面移动。振动机械选取不同的运动参数（如振幅、频率、振动角等）可以使物料在振动工作面上出现以下不同的运动形式[39]：

1) 相对静止——物料相对曲线槽保持静止，即物料与曲线槽一起振动，两

者没有相对运动。

2) 正向滑动——物料始终与曲线槽保持接触，并且，在输送方向上，物料

对曲线槽作相对运动。

3) 反向滑动——物料始终与曲线槽保持接触，并且，物料沿着输送方向的

相反方向对曲线槽作相对运动。

4) 抛掷运动——物料在曲线槽上被抛起，从而使物料离开曲线槽，并相对

曲线槽作抛物线运动。

由于相对静止不能使物料与曲线槽作相对运动，故不能完成给料，其余三种运动形式均可以达到给料或输送的目的。因此，在选取运动学参数和参数的计算以及对物料的运动特性进行分析时，必须对这三种运动形式进行讨论和计算（因此，在分析动力学特性和进行运动学参数的选择时，必须对以上三种形式的运动同时进行讨论与分析）。

2.2.1 曲线面的位移、速度和加速度

对活化振动给煤机进行动力学分析（详见第3章），可以求出活化振动给煤机共振体（曲线槽）在振动方向上的位移公式：

S??sin(?t??0)

其中：?——振幅，m； t——时间，s；

?——振动圆频率，s-1；

(2-1)

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?0——振动初相角。

将在振动方向上的位移分解到x'方向（曲线面上斜板的方向）和y'方向（垂直于曲线面上斜板的方向），可得x'方向和y'方向的位移：

??Sx'??sin(?t??0)cos? ?S??sin(?t??)sin??0?y' (2-2)

式中：?——振动方向线与曲线面的夹角，在这里由于曲线面是由竖板、大曲率

弧和斜板组成，因此，α是不断变化的。一般情况下，物料的抛物线运动是在竖板和大曲率弧上进行的，在进行抛掷运动分析时，α取一中间值α0，物料滑行运动是在曲线面的斜板上进行的，在这个过程中α即是斜板的倾斜角。

把式（2-2）对时间t求一阶导数和二阶导数，可得x'方向和y'方向的速度vx'、vy'及加速度ax'、ay'为：

?vx'???cos(?t??0)cos??v???cos(?t??)sin?0?y' ?2a????sin(?t??)cos?0?x'?a???2?sin(?t??)sin??y' (2-3)

2.2.2 物料抛掷运动的理论

2.2.2.1 抛掷指数D

首先分析薄料层在曲线面上的运动情况，由于薄料层的煤炭颗粒之间的相互作用力很小，因此，在进行计算时可以忽略不计。而当曲线面上的物料层较厚时，一般是通过实验确定这种情况下物料层校正系数的实际数值，这是一种比较简单并且实用的方法。

图2.7 煤炭颗粒受力分析

图2.7表示的是煤炭颗粒在曲线面上的受力情况。假设煤炭颗粒对曲线面有

??、?y??；相对运动，在x'方向和y'方向上的相对位移为?x'、?y'；相对速度为?xx?、???y?。相对加速度为???则此时煤炭颗粒在x'方向上的惯性力和重力分力之和为：

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??)?Gsin?0 F??m(ax'???x 而在y'方向上煤炭颗粒对曲线面的正压力为：

(2-4)

??)?Gcos?0 FN?m(ay'???y (2-5)

式中：m——煤炭颗粒的质量；

G——煤炭颗粒的重量； ???x?、???y?——煤炭颗粒在x'方向和y'方向上的相对加速度；

α0——x'与x的夹角，也就是振动方向线与曲线面的夹角，而物料的抛物

线运动是在竖板和大曲率弧上进行的，在进行抛掷运动分析时，α0即是抛掷运动过程中曲线面倾角的中间值。

??=0，煤炭颗粒y 当煤炭颗粒开始做抛掷运动时，在y'方向上的相对加速度??对曲线面的正压力FN=0，有式（2-3）和式（2-5）可得：

FN?m(??2?sin?dsin?0)?Gcos?0?0

(2-6)

式中：υd——煤炭颗粒在刚开始作抛掷运动时的振动相角。

由式（2-6）可求得抛掷运动开始瞬间的相位角（一般简称为抛始角）υd为：

1?d?arcsin (2-7)

D其中：D=Ktanα0 。

式中：K——机械指数（也称为振动强度），其值为K=2ωλ/g。

当抛掷指数D>1时，上式（2-7）有解，此时物料将会出现抛掷运动，并可求出抛掷运动的抛始角υd的范围是00<υd<1800。

当抛掷指数D<1时，上式（2-7）无解，此时物料不可能出现抛掷运动，所以，为了使物料作抛掷运动，抛掷指数D必须大于等于1。

由于该活化振动给煤机的振动方向线与曲线面切线的夹角是变化的，因此，该振动机械能够出现抛掷运动的范围为? ≥ arctan1/K，在其他情况下，物料将作滑行运动。

因为振动指数K=2ωλ/g，而振动圆频率ω=2πf =2πn/60，由此可以求出振幅λ和振动次数之间的关系：

900gK??22 (2-8)

?n2.2.2.2 抛离角θd与抛离系数iD

物料（煤炭颗粒）离开曲线面以后，对曲线面的正压力FN必定等于零，联立式（2-3）和式（2-5），便可求出物料在垂直于曲线面上的相对运动方程：

????2?sin(?t??0)sin?0?gcos?0 ??y (2-9)

y?对时间t求两次积分，当时间t从t0变 令υ'=ωt-υ，同时，使相对加速度???

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