茶葉自動包裝機振盤的分析論文

1、<p><b>　　0 引言</b></p><p>　　包裝的機械化和自動化，尤其是顯示具有高度靈活性（或稱柔性）的自動包裝機，體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向，也獲得巨大的經(jīng)濟效益。振動給料盤作為茶葉自動包裝機振動給料系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，它一般被安裝于儲料倉的卸料口。依據(jù)不同的安裝形式和結(jié)構(gòu)特點，振動給料盤在某些振動系統(tǒng)中不僅起到了預(yù)裝物料的作用，還起到了作為系統(tǒng)本身振動元件的

2、作用。依靠物料自身的重力作用和喂料工作機構(gòu)的強制作用，將儲料倉中的物料卸出，并且在振動的作用下將其連續(xù)均勻的輸送到稱量或包裝袋之中。在振動包裝機械中為了使激振力盡量小，整個振動系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和高的工作效率，應(yīng)使振動系統(tǒng)工作在共振或近共振的區(qū)域，以使振動元件有較大的振幅以及良好的耐用性。振盤工作在共振或近共振的情況下，振幅受振動質(zhì)量的影響較大。振動輸送機振幅過大的波動，會嚴(yán)重影響物料的運動速度，甚至?xí)鹞锪喜鄱氯?。因此加強振幅的穩(wěn)

3、定性是使振動機正常有效工作的一項重要措施[1]。而要使振動系統(tǒng)工作在共振或近共振的區(qū)域，且振動系統(tǒng)在包裝工作中具有高的工作效率，其中振盤的振動特性起到了非常重要的影響。而茶葉自動包裝機的工作主要靠系統(tǒng)的振動和物料自身的重力作用，因此振</p><p>　　1 茶葉自動包裝機的振盤的構(gòu)造及工作原理</p><p>　　茶葉自動包裝機振盤的分類</p><p>　　按照

4、茶葉自動包裝機的振盤結(jié)構(gòu)形式可以將振盤分為斗式振動給料槽和槽式振動給料槽(如圖1-1和圖1-2所示)。</p><p>　　圖1-1 斗式振動給料器料斗 圖1-2 槽式振動給料器料斗</p><p>　　斗式振動給料器料斗在受到激振力的作用下產(chǎn)生高頻率微振幅的振動，從而使斗內(nèi)散亂的物料得以沿著周邊的螺旋滑道（有的還附有設(shè)定向裝置）進行自動定向排列和運動，最后由裝有擺叉的導(dǎo)槽逐

5、個排出。適合多種形體，輕小光滑，能自動定向的硬質(zhì)或軟質(zhì)物件的振動下料。如片劑、膠囊、筆舌、電子元件等供送[1]。但斗式振動給料器料斗結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度較大，一次裝料量少，給料精度容易控制，價格也較貴，生產(chǎn)率較低。</p><p>　　槽式振動給料器的料槽在受到激振力的作用下隨主振元件作高頻率微振幅振動，從而使物料在自身重力的作用下沿著槽向下緩慢的移動，最后由裝有自動開閉門的通道排出。適合多種形體，干性的粉粒狀散體

6、物料。如洗衣粉，菊花晶，茶葉等[1]。斗式振動給料器料斗相對于槽式振動給料器料斗一次裝料量大，結(jié)構(gòu)比較簡單，加工難度低，價格也會比較便宜，生產(chǎn)效率較高等優(yōu)點，所以槽式振動給料器料斗的應(yīng)用會比較普遍。若在貯料槽下方串聯(lián)配置兩臺振動給料機 ，則可分別控制連續(xù)排料和二級定量給料，以提高計量的精度和速度。此外也可采取并聯(lián)的配置方式，使之分別完成粗給料和細給料。</p><p>　　綜上所述的每一種散體供送裝置都各有其使用

7、范圍，各有優(yōu)缺點。但槽式振動給料器的應(yīng)用較斗式振動給料器要普遍。因此本文將重點對槽式振動給料器進行分析。</p><p>　　茶葉自動包裝機振盤的構(gòu)造及工作原理</p><p>　　斗式振動給料機的構(gòu)造</p><p>　　料斗體 2、上托盤 3、中間托盤 4、扭轉(zhuǎn)振動板彈簧 5、底座</p><p>　　6、垂直振動板彈簧 7、扭

8、轉(zhuǎn)振動銜鐵 8、扭轉(zhuǎn)振動電磁線圈 </p><p>　　9、橡膠彈簧 10、垂直振動電磁線圈 11、垂直振動銜鐵</p><p>　　圖1-3 斗式振動供料器平臺的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　圖1-3為斗式斗式振動供料器平臺的結(jié)構(gòu)簡圖[2]，其振動供料器采用電磁激振，因此工作頻率高，但受激振電磁線圈的影響，固其振幅很小。</p><p&g

9、t;　　斗式振動料斗結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　料斗1的直徑可在較寬范圍（100~200mm）內(nèi)選取，小型的多用鑄鋁切削件，大型的多用不銹鋼板焊接件或塑料注射成型件?，F(xiàn)今，振動料斗的結(jié)構(gòu)形式日益多樣化。如在圖1-4中，（a）和（b）分別是圓柱形內(nèi)螺旋滑道的金屬料斗。前者便于集中回流，對各種定向方法大都有較好適應(yīng)性，且可配置單個或多個，整圈或非整圈的滑道。至于后者，若用來垂直輸送，則主體部分的直徑宜偏小而高度宜偏

10、大，螺旋滑道個數(shù)也少些。（c）是圓柱形內(nèi)外組合螺旋滑道的金屬料斗。該斗的內(nèi)部空間和供送滑道安排較為合理。工作時先讓小型精密物件繞內(nèi)圈排列上升，再轉(zhuǎn)向外圈而下移，以增大其流速和間距，提高自動定向效果。（d）是截圓錐形內(nèi)螺旋滑道的金屬料斗。它底小口大，斗內(nèi)整個等螺距螺旋滑道的水平投影形成為一條阿基米德渦線。這樣，該螺距只需略大于被供送物件的高度即可，從而降低斗高。但因不便于集中回流，故適合積極定向供送或一般排列供送。盡管制造比較麻煩，卻仍被

11、廣泛采用[1]。</p><p>　?。╝）圓柱形內(nèi)螺旋滑道 （b）圓柱形內(nèi)螺旋滑道 （c）圓柱形內(nèi)外組合螺旋滑道 （d）截圓錐形內(nèi)螺旋滑道</p><p>　　圖1-4 各種斗式振動盤的結(jié)構(gòu)</p><p>　　斗式振動料斗的工作原理</p><p>　　振動方向包含了物料重力方向的振動和料斗繞自身中心軸的旋轉(zhuǎn)振動。整個振動工作

12、狀態(tài)下的振動運動比較復(fù)雜。在工作過程中，料斗本身除中心軸線以外的各點都沿著各自的一小段空間螺旋線軌跡進行高頻率微振幅振動，同時促使斗內(nèi)被供送物件沿著螺旋滑道的內(nèi)壁作快速平穩(wěn)的相對運動。料斗借螺釘及塑性薄墊片同鋁合金托盤9固連，托盤借三根或三組均布的板彈簧3同鑄鐵底盤7固連。采用這種結(jié)構(gòu)形式不僅有利于減輕主振體重量，增強剛性，便于裝拆更換料斗，還能起著磁屏的作用。斗式振動給料器的供送速度，一般控制在2～30m/min的范圍內(nèi)[2]，對金屬

13、物件取低值，以減輕沖擊噪聲。</p><p>　　在料盤與底盤之間固連三根均布的傾斜主振板彈簧，中央配置電磁激振裝置，上部為銜鐵，下部為鐵芯線圈。在底盤和基座之間海對應(yīng)分布三只隔振壓縮螺旋彈簧，當(dāng)料盤與底盤受聚增的電磁吸力作用偏離靜平衡位置而相向移動時，能迫使主振彈簧和隔振彈簧均產(chǎn)生復(fù)雜的彈性變形，隨之料盤繞其中心軸線作同步相向扭轉(zhuǎn)；及至電磁吸力聚減時，由于主振彈簧已潛有足夠的彈性變形能，迫使兩盤急劇改變各自的運

14、動方向，而且超越原來的靜平衡位置達到某已上下限，如此循環(huán)不已，即形成高頻率微振幅振動。</p><p>　　槽式振動給料器的構(gòu)造</p><p>　　槽式振動給料器根據(jù)振動料槽的不同安裝形式和工作特點有不同的結(jié)構(gòu)形式，一種是支槽式的，一種是一體式的。 </p><p>　　料槽體 2、主振板彈簧 3、激振連桿 4、點擊偏心輪 5、機座 6、隔振橡膠彈簧<

15、/p><p>　　圖1-5 支槽式振動給料器平臺的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　1、振動一體料槽 2、激振連桿 3、電機偏心輪 4、機座 5、隔振橡膠彈簧</p><p>　　圖1-6一體式振動給料器平臺的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　上述兩種槽式振動給料器均采用偏心輪連桿激振，因此其工作頻率相對于電磁式激振要低，但振幅要比電磁式激振要大。<

16、;/p><p>　　槽式振動料斗結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　料槽是同物料直接接觸的主體部分，多用不銹鋼板或鋁合金（厚約1.2～2mm）制成，橫截面成凹形，以便承載物料和增強結(jié)構(gòu)剛度。料槽的外輪廓尺寸主要取決于工作條件，需定向的采用窄槽，否則采用寬槽。當(dāng)生產(chǎn)能力不變時，槽寬大體上與物料密度、料層厚度及供送速度成反比。然而過多地增加料層厚度往往會引起供送速度的下降，所通常取料層厚度為10～20m

17、m，相應(yīng)的流速為5～20m/min[1]。</p><p>　　如果槽式振動給料器僅起排料作用，則料槽的有效長度應(yīng)該根據(jù)下料口高度和物料自然坡角來確定，以保證停機時不讓內(nèi)存物料從振動料槽的開口自動流出。為此，對于短槽最好將其底部做成水平的；對于長槽，為加速供料也可以作成向下傾斜的，但此角必須小于物料同槽底的摩擦角，一般在以內(nèi)[1]。整個料槽的工作表面應(yīng)保持平整光滑，以防止茶葉末產(chǎn)生結(jié)疤。 </p>

18、<p>　　料槽的出料口被設(shè)計成窄的矩形（如圖1-7所示），以防止茶葉過多的從槽中卸出超出包裝袋的包裝量，且有利于茶葉的定量包裝。在茶葉的出料口還配置有窄長的導(dǎo)流通道，從出料口卸出的茶葉通過導(dǎo)流通道導(dǎo)向包裝袋，且可以將空出的空間用于輸送裝置的安裝。</p><p>　　1、窄口出料口 2、前擋板 3、上擋板 4、連接凸板 5、螺栓孔 6、料槽底板</p><p>　　圖1-7 槽

19、式振動給料器料槽</p><p>　　槽式振動料斗的工作原理</p><p>　　支槽式振動給料器料斗的工作原理。圖1-5所示的支槽式振動給料器，其主要組成部分包括：料槽體1、主振板彈簧2、機座5、橡膠彈簧6以及起激振作用的激振連桿3和電機偏心輪4。</p><p>　　在料槽與機座之間固連著兩組或四組主振板彈簧。每組板彈簧可安裝一片或幾片，具體按要求的固有頻率和彈

20、性強度所定。當(dāng)需多片安裝時，則將各片組裝時應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙，以免互相接觸產(chǎn)生摩擦和噪聲。該彈簧對機座的斜置角（即與鉛垂線的夾角）一般為[4]。設(shè)計時要求激振連桿的激振力作用線與板彈簧垂直交叉，且通過整個槽體的合成重心，保證在工作過程中料槽不發(fā)生扭振，物料不偏流。料槽底部平面與水平面間有一定的傾斜角。</p><p>　　偏心輪的偏心距要大小適中，并能通過主振體振幅的變化加以適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)電機啟動時，帶動偏心輪的轉(zhuǎn)動

21、。激振連桿的一端與偏心輪的偏心點相連接，一端與料槽體相連接。偏心輪的轉(zhuǎn)動帶動了激振連桿的往復(fù)運動，從而帶動了料槽體在x軸和y軸的位移。開始用于支撐料槽作用的主振板彈簧在這一過程中發(fā)生彈性變形，使料槽得以具有回復(fù)原有位置的彈性勢能而向平衡位置移動。如此循環(huán)下去。從而產(chǎn)生小幅高頻振動。由于料槽底部與水平面間有一定的傾斜角，料槽中的物料在料槽發(fā)生振動的過程中，因自身重力作用向料槽的出料口移動，從而達到供料的作用。</p><

22、;p>　　一體式振動給料器料斗的工作原理。一體式振動給料器的組成部分相對于支槽式振動給料器少了主振板彈簧，而把主振板與料槽相結(jié)合，依靠料槽自身的彈性性能作為主振元件，且料槽與水平面間有一定角度，當(dāng)電機啟動時，帶動偏心輪的轉(zhuǎn)動。激振連桿的一端與偏心輪的偏心點相連接，一端與料槽體末端相連接。偏心輪的轉(zhuǎn)動帶動了激振連桿的往復(fù)運動，從而帶動了料槽體末端在y軸的位移。在料槽體末端偏離平衡位置時料槽的底部彈性板發(fā)生彈性變形，使得料槽得以具有回

23、復(fù)原有位置的彈性勢能而向平衡位置移動。如此循環(huán)下去。從而產(chǎn)生小幅高頻振動。由于料槽底部與水平面間有一定的傾斜角，料槽中的物料在料槽發(fā)生振動的過程中，因自身重力作用向料槽的出料口移動，從而達到供料的作用。</p><p>　　綜上可得，槽式振盤的生產(chǎn)效率要比斗式振盤的生產(chǎn)效率高，更具靈活性。下面將對槽式振盤進行進一步的分析。 </p><p>　　2 茶葉自動包裝機振盤的運動理論及相關(guān)參數(shù)&

24、lt;/p><p>　　茶葉自動包裝機的振動系統(tǒng)工藝過程通常是在物料沿振動工作面（即振盤工作面）連續(xù)運動的情況下完成的。振盤工作面通常完成以下各種振動：簡諧直線振動、非簡諧直線振動、圓周振動和橢圓振動等[5]。依賴上述各種振動，使物料沿工作面移動。</p><p>　　斗式振動給料器的料盤振動規(guī)律與槽式振動給料器的料盤振動規(guī)律相似。在工作中，此振動系統(tǒng)所需的激振力除與各主振動元件的彈性回復(fù)力相

25、互作用外，同時還要用來克服由各彈簧的內(nèi)摩擦以及被供送物件同工作表面的外摩擦等所形成的阻尼力。</p><p>　　2.1 振動給料器的振動方程</p><p>　　對于以主振彈簧為振動元件的振動給料器，在工作中振盤按一定方向做簡諧振動或近似于簡諧振動。由于激振力與槽底呈一定角度（一般為）[5]，因此激振力在任一瞬時均可分為垂直分力和水平分力。垂直分力使物料以大于重力加速度的加速度向上拋起；

26、水平分力使物料在上拋的同時作水平運動，兩者的綜合效應(yīng)就使物料間歇向前作拋物線式的跳躍運動。將振動給料器簡化為動力學(xué)模型，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 振動給料器動力學(xué)模型</p><p>　　設(shè)槽體的質(zhì)量沿整個長度均勻分布；將主振彈性元件看作沿振盤分布的彈簧，參照力學(xué)模型，槽體彈性彎曲振動的微分方程式[4]：</p><p><b>　　

27、（2-1）</b></p><p>　　式（2-1）中 E—材料拉伸彈性模量（Pa）；</p><p>　　J—槽體斷面慣性矩（）；</p><p>　　—主振彈簧單位長度上的剛度（）；</p><p>　　—連桿彈簧剛度（）；</p><p>　　—槽體單位長度上的質(zhì)量（）；</p>

28、<p>　　—槽體在y方向上的總位移及0點之位移（m）；</p><p>　　—振動輸送機在水平方向的坐標(biāo)；</p><p><b>　　r—軸偏心距；</b></p><p><b>　　t—時間（s）；</b></p><p>　　—振動角頻率（1/s）；</p><

29、;p>　　—連桿與槽體水平線的夾角（）。</p><p>　　槽體在y方向的位移由平移振動位移與彈性振動位移所組成，即</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　再考慮平衡條件，即得</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p&g

30、t;　　式（2-3）即為以主振彈簧為振動元件的振動給料器的振動方程。</p><p>　　2.2 共振的利用及振幅穩(wěn)定性和頻率比的關(guān)系</p><p>　　非共振振動機械的隔振頻率比的選擇范圍通常在2～10之間，也就是。近共振振動機的主振頻率比通常接近于1，一般在0.75～1.3之間[5]；</p><p>　　當(dāng)要求振動機有相同的振幅，其所需激振力較?。ㄈ鐖D2-2

31、所示），而遠離共振時，則所需激振力將顯著增大[6]。</p><p>　　圖2-2 所需激振力幅值與頻率比的關(guān)系</p><p><b>　　頻率比</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式（2-4）中 —激振頻率；</p><p>

32、<b>　　—振盤固有頻率。</b></p><p>　　當(dāng)不考慮阻尼時，激振力幅與工作機體慣性力幅值之比同頻率比的關(guān)系式[5]為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　隨著所需激振力的減小，傳動機構(gòu)的作用力、傳動部的摩擦功率均可相應(yīng)減小。</p><p>　　在近共振

33、的情況下，振幅受阻尼及振動質(zhì)量的影響均較大。主振元件（對于支架式振動給料器主振元件為主振板彈簧，對于一體式振動給料器主振元件為振盤自身）的振幅波動過大，會嚴(yán)重影響物料的運動速度，甚至?xí)鹆喜鄱氯?。衡量振幅穩(wěn)定性的標(biāo)志，是負載情況下振盤的振幅與空載情況下振盤的振幅之比，比值越接近1，則振幅越穩(wěn)定。此外也可用振幅變化率作為標(biāo)準(zhǔn)，可表示為</p><p><b>　?。?-6）</b></

34、p><p>　　式（2-6）中 、—負載情況下與空載情況下工作機體的振幅。</p><p>　　影響振幅穩(wěn)定性的因素很多。對于振盤，作為經(jīng)常發(fā)生變化的因素是機體中物料量及阻尼的變化，以及由于溫度改變所引起的彈簧剛度的變化（特別是橡膠彈簧）。它們主要是通過振動系統(tǒng)中的固有頻率變化及阻尼變化而使振幅變動。</p><p>　　通過實驗證明，主振元件（對于支架式振動給料器是

35、板彈簧，對于一體式振動給料器是振盤本身）在亞共振狀態(tài)比超共振狀態(tài)有較穩(wěn)定的振幅，原因是當(dāng)增加物料量時，振動質(zhì)量及阻尼同時增加，由于在亞共振狀態(tài)下，這兩種因素對振幅的增減的影響是互相抵消的，而在超共振狀態(tài)下是相互疊加的。負載情況下的頻率比已超過共振點，為了避免這一情況，工作點應(yīng)偏離共振點一定距離，即頻率比應(yīng)小于1一定數(shù)值。將物料量的影響降低到較小程度，從而可以使振盤工作時物料量變化對振幅波動影響明顯減小，可增大振動質(zhì)體質(zhì)量對物料量的相對比

36、值[7]。對于支架式振動給料器應(yīng)使主振板彈簧處亞共振狀態(tài)，而與振盤處于非共振狀態(tài)。</p><p>　　2.3 頻率比的選取及主振彈簧剛度的計算</p><p>　　頻率比的最佳值是指在此參數(shù)值時，振盤（或主振板彈簧）具有較穩(wěn)定的振幅和較小的激振力。從減小阻尼對振幅穩(wěn)定性的影響這一角度考慮出發(fā)，頻率比不宜超過0.9～0.95。頻率比的下限值，則是從減小激振力的條件來決定的。當(dāng)時，則會使所需

37、的激振力顯著增大，因此，一般取0.75作為頻率比的下限值[7]。綜合上述原因，頻率比的大小可按阻尼的大小，在下列范圍內(nèi)選取[8]</p><p>　　對振幅不可調(diào)的線性振動</p><p>　　對振幅不可調(diào)的非線性振動</p><p>　　對振幅可調(diào)的線性振動</p><p>　　其中 、—負載和空載的頻率比</p><

38、;p>　　對于少數(shù)近共振振盤，在工作中物料量幾乎不發(fā)生變化。這時頻率比可以選擇在1.05～1.3的范圍內(nèi)。</p><p>　　當(dāng)頻率比選定后，主振彈簧的剛度可按下式計算[5]</p><p><b>　　對單質(zhì)體振動機</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>

39、<b>　　對雙質(zhì)體振動機</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　式（2-7）和式（2-8）中 k—主振彈簧剛度；</p><p><b>　　—空載的頻率比；</b></p><p><b>　　—空載時的質(zhì)量；</b

40、></p><p><b>　　—工作頻率；</b></p><p>　　、—質(zhì)體1和質(zhì)體2的質(zhì)量。</p><p>　　2.4 振動強度K、振動次數(shù)n、振幅、振動方向角和安裝傾斜角的選取</p><p>　　振動強度（機械指數(shù)）K的選擇主要受材料強度及構(gòu)件剛度等的限制。對大多數(shù)振動輸送機械，為了不過分地加強及其零

41、部件的結(jié)構(gòu)強度和剛度，并能使及其較耐久地工作，通常取振動強度。對于振動給料機，則有少數(shù)達到[5]。</p><p>　　機械式振動給料機的工作頻率（振動次數(shù)）n與振幅在很大范圍內(nèi)變動，它不僅與振動機的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，還與具體的工藝要求有關(guān)。</p><p>　　對于電磁式振動機，一般采用高頻率低振幅。如n=3000次/min，單振幅一般為0.5～1mm；如n=1500次/min，單振幅一般為

42、1.5～3mm。也有少數(shù)會高些或低些。</p><p>　　對于慣性式振動機一般采用中頻率中振幅，少數(shù)的采用高頻率低振幅。振動次數(shù)n通常為700～1800次/min，單振幅為1~10mm.</p><p>　　對于彈性連桿式振動機通常采用低頻率大振幅，少數(shù)采用中頻率中振幅。振動次數(shù)n通常為400～1000次/min，振幅一般為3～30mm。</p><p>　　在選

43、用振動次數(shù)n和振幅時，應(yīng)滿足許用振動強度的要求。一般為5～10，所以，通常按下式驗算振動機的振動強度[5]：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式（2-9）中 n—振動次數(shù)；</p><p><b>　　g—重力加速度；</b></p><p><b>

44、　　—振幅。</b></p><p>　　振動方向角的選擇主要根據(jù)機器的用途，其次應(yīng)考慮所處理物料的性質(zhì)與要求。在此所處理的物料是茶葉，所以應(yīng)選用較小的方向角。</p><p>　　對于長度較大的振動輸送機，在物特殊要求的情況下通常安裝成水平。當(dāng)要求傾斜向上輸送時，根據(jù)所輸送物料的性質(zhì)（如形狀、粒度等）的不同，最大提升角度不超過。對于粒度較大或成球形易于向下滾動的物料，最大提升

45、角不超過。對于振動給料機，除了因某種工藝作業(yè)需要而作水平安裝外，一般為了提高給料機的速度，通常采用向下傾斜安裝。向下的傾斜角一般為左右。當(dāng)輸送含水量較大或粘性較強的物料時下傾角可適當(dāng)加大到。對于振動上料機和利用摩擦系數(shù)差異進行選分的振動機，為了實現(xiàn)向上輸送物料的要求，向上的傾角通常為[9]。</p><p>　　4 支架式振盤振動結(jié)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　4.1 振盤材料、結(jié)果尺寸及

46、運動參數(shù)的確定</p><p>　　在第3部分已經(jīng)確定了振盤工作頻率的選用以第一階模態(tài)頻率為主要參考頻率，因此選用的振動工作頻率，設(shè)定垂直方向工作振幅，工作面傾角，振動強度，振動方向角[5]。激振采用連桿偏心輪裝置。結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。振盤材料選用和底板尺寸的確定與3.1.1節(jié)相同。板彈簧的有效長度為0.25m。</p><p>　　4.2 設(shè)計的校核計算</p><p

47、>　　4.2.1 振盤的靜態(tài)校核</p><p>　　將振盤結(jié)構(gòu)簡化為底板，具體形狀尺寸為：長=0.4 m，寬=0.3 m，高=0.005 m。振盤自身重力和預(yù)裝茶葉的合質(zhì)量可以簡化為平均分布在振盤上的分布力，預(yù)定裝載茶葉質(zhì)量為6kg。則平均分布力；較核安全因數(shù)。振盤在工作前只起到了裝料的作用，在工作過程中振盤在激振力F的作用下，用以支撐振盤的四跟板彈簧在彈性性能的作用下使振盤發(fā)生往復(fù)式振動。在已經(jīng)預(yù)定裝載

48、了質(zhì)量為6kg的茶葉后，系統(tǒng)還未振動工作的工作狀態(tài)，此時激振力F=0N，振盤處于靜太平衡狀態(tài)。此時振盤受力情況可簡化如圖4-1所示，約束A處和B處的支反力分別為和，其中CA=0.033 m，AB=0.223 m，BD=0.144 m。</p><p>　　圖4-1 振盤簡化受力圖</p><p><b>　　由靜力平衡可得：</b></p><p

49、><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　可得：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　振盤在CA，AB，BD三段內(nèi)所受的剪切力和彎矩各不相同，應(yīng)分

50、段分析：</p><p>　　在CA段， </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　在AB段，</b></p><p>　?。?-4） </p>

51、<p><b>　　在BD段，</b></p><p>　　（4-5） </p><p>　　依照各段的剪力方程和彎矩方程，分段作剪力圖（如圖4-2所示）和彎矩圖（如圖4-3所示）：</p><p>　　圖4-2

52、振盤所受剪切力圖 圖4-3 振盤所受彎矩圖</p><p>　　從圖4-2和圖4-3中可以看出，在振盤的全部長度內(nèi)，最大剪力和最大彎矩都發(fā)生在B處，，。即振盤在靜力作用下的危險截面在B處。因此只要較核B處的剪切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力即可[12]。</p><p><b>　　最大剪切應(yīng)力</b></p><p><

53、b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　最大彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　， （4-7）</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>

54、　　綜上可得，槽式料斗振盤在靜態(tài)時安全，符合強度要求。</p><p>　　4.2.2 支撐板彈簧的靜態(tài)校核</p><p>　　在振盤處于靜態(tài)力的作用下時，下面用以支撐振盤的板彈簧也承受了部分靜載荷。所以在較核槽式振盤的靜態(tài)應(yīng)力后還應(yīng)相應(yīng)的較核支撐作用的板彈簧。而支撐振盤的A處和B處的四根板彈簧材料和結(jié)構(gòu)尺寸相同，其中以B處支撐的板彈簧所受支撐反力最大，所以只要較核B處的支撐板彈簧即可。

55、</p><p>　　板彈簧的選用材料參數(shù)和具體結(jié)構(gòu)尺寸與3.1.3中的相同。且板彈簧安裝時與垂直面成作為振動角。結(jié)構(gòu)如圖4-4和圖4-5所示：</p><p>　　圖4-4 板彈簧安裝結(jié)構(gòu)圖 圖4-5 板彈簧受力簡圖</p><p>　　單根板彈簧的自身重力</p><p><b>　?。?-9）<

56、;/b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　（4-11）</b></p><p>　　因為板彈簧c端所受的力為支撐振動盤所受的反作用力，所以有。</p><p>

57、<b>　　則：</b></p><p>　　（4-12） （4-13）</p><p>　　板彈簧受到了剪切力、擠壓力和彎矩。根據(jù)靜力平衡方程： </p><p><b>　?。?-14）</b></p><p><b>　　可得：</b></p><p

58、><b>　?。?-15）</b></p><p>　　可作出板彈簧的剪切圖、擠壓力圖和彎矩圖分別為：</p><p>　　圖4-6 板彈簧剪切力圖 圖4-7 板彈簧擠壓力圖</p><p>　　圖4-8 板彈簧的彎矩圖</p><p>　　從圖4-6、圖4-7和圖4-8中可以看出

59、，板彈簧在受靜態(tài)作用力的時候其受剪切力、擠壓力和彎矩最大都發(fā)生在a處，所以a處是危險截面。因此只要較核a處的剪切應(yīng)力、擠壓力應(yīng)力和彎曲應(yīng)力既可[12]。</p><p><b>　　剪切應(yīng)力:</b></p><p><b>　　(4-16)</b></p><p><b>　　彎曲應(yīng)力</b><

60、;/p><p>　　， (4-17)</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　綜上可得，板彈簧在靜態(tài)時安全，符合強度要求。</p><p>　　4.2.3 振盤的加載校核</p><p>　　在加載振動工作過程中的主要振動元件是在A處和B處用于起支撐振盤作用的四

61、根板彈簧，且為了使振盤在振動過程中相對于水平面不出現(xiàn)由于A處與B處的板彈簧受力不均而出現(xiàn)的夾角，使整個下料不均，因此應(yīng)該使A處和B處的板彈簧的受力相等，從而使振盤在振動過程中趨于相對的平穩(wěn)。且激振力主要作用于主振元件—板彈簧，所以最大振幅即為板彈簧的最大振幅。設(shè)連桿作用于振盤的激振力F作用于振盤E處，振盤自身重力和預(yù)裝茶葉重量之和與靜態(tài)分析時相同處理。此時振盤受力情況可簡化如圖4-9和圖4-10所示，約束A處和B處的支反力分別為和，其中

62、。</p><p>　　圖4-9 振盤的受力圖 圖4-10 振盤的受力簡圖</p><p><b>　　根據(jù)力平衡方程：</b></p><p><b>　　(4-18)</b></p><p><b>　　且</b></p>&l

63、t;p><b>　　(4-19)</b></p><p>　　在加載振動工作時，板彈簧的受力情況如圖4-11所示。</p><p>　　圖4-11 板彈簧振動工作時的受力分布圖</p><p><b>　　根據(jù)力平衡方程：</b></p><p><b>　　（4-20）</

64、b></p><p><b>　　且</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　在振盤加載振動的工作情況下，工作振幅為，即振盤在垂直工作面的振幅為這個值。則支撐的板彈簧的振幅為。考慮到還有其它因素對板彈簧振幅的影響，振幅可為由于板彈簧的自身重力相對很小，所以由板彈簧重力引起的撓度可

65、忽略。既板彈簧的最大撓度，根據(jù)撓曲線方程[12]：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　式（4-22）中 —最大撓度；</p><p><b>　　—作用力；</b></p><p>　　—固定端到點的距離；</p><p><b&g

66、t;　　—楊氏彈性模量；</b></p><p><b>　　—梁的轉(zhuǎn)動慣量；</b></p><p><b>　　—梁的有效長度。</b></p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　?。?-23）</b></p

67、><p><b>　　在式（4-23）中</b></p><p><b>　　(4-24)</b></p><p><b>　　最大撓度，，</b></p><p>　　則使板彈簧產(chǎn)生最大撓度的力</p><p><b>　?。?-25）</

68、b></p><p><b>　　即 </b></p><p><b>　　(4-26)</b></p><p>　　由式（4-18）、式（4-19）、式（4-20）、式（4-21）和式（4-26）可得：</p><p>　　(4-27)

69、

70、

71、 </p><p><b>　　解得</b></p><p>　　代入式（4-1）和式（4-2）可得</p><p><b>　　(4-28)</b></p><p><b>　　(4-29)</b></p>&l

72、t;p><b>　　(4-30)</b></p><p><b>　　(4-31)</b></p><p>　　由式（4-18）可得</p><p><b>　　解得</b></p><p>　　振盤在各段內(nèi)的剪切力，拉壓應(yīng)力和彎矩個不相同，分段分析：</p>

73、<p><b>　　在CA段，</b></p><p><b>　　(4-32)</b></p><p><b>　　在AE段，</b></p><p><b>　　(4-33)</b></p><p><b>　　在EB段，<

74、;/b></p><p><b>　　(4-34)</b></p><p><b>　　在BD段，</b></p><p><b>　　(4-35)</b></p><p>　　依照各段的拉壓力方程、剪切力方程和彎矩方程，作振盤的拉壓力圖、剪力圖和彎矩圖：

75、 </p><p>　　圖4-12 振盤的拉壓力圖 圖4-13 振盤的剪力圖 </p><p>　　圖4-14 振盤的彎矩圖</p><p>　　從圖4-12、圖4-13和圖4-14中可以看出，在振盤的全部長度內(nèi)，最大拉壓力發(fā)生在AB段內(nèi)，且相等；最大剪力發(fā)生在A處；最大彎矩發(fā)生在

76、E處。因此應(yīng)分別對這三處進行擠壓應(yīng)力較核、剪切應(yīng)力較核和彎曲應(yīng)力較核[12]。</p><p>　　在AB段內(nèi)的擠壓應(yīng)力：</p><p><b>　?。?-36）</b></p><p><b>　　剪切應(yīng)力</b></p><p><b>　?。?-37）</b></

77、p><p>　　彎曲應(yīng)力， </p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　?。?-38）</b></p><p>　　綜上可得，振盤在振動工作狀態(tài)下的應(yīng)力符合安全要求。</p><p>　　4.2.4 支撐板彈簧的加載校核</

78、p><p>　　對于板彈簧，在振動工作狀態(tài)下其受到了來自于振動盤對其的在x方向的作用力和y方向的作用力。在x方向，板彈簧受到了作用力，在y方向受到了作用力的作用，且還由于自身的重力作用，如圖4-11所示板彈簧振動工作時的受力分布圖。由式（4-20）、式（4-21）、式（4-26）、式（4-27）和式（4-28）可得：</p><p><b>　?。?-39）</b><

79、;/p><p><b>　?。?-40）</b></p><p><b>　　（4-41）</b></p><p><b>　?。?-42）</b></p><p><b>　?。?-43）</b></p><p><b>　

80、?。?-44）</b></p><p><b>　?。?-45）</b></p><p><b>　?。?-46）</b></p><p><b>　　（4-47）</b></p><p>　　作出板彈簧的拉壓力圖、剪切力圖和彎矩圖</p><p

81、>　　圖4-15 板彈簧的螺栓壓力圖 圖4-16 板彈簧的剪切力圖</p><p>　　圖4-17 板彈簧的彎距圖</p><p>　　由圖4-15、圖4-16和圖4-17可知，板彈簧在振動工作狀態(tài)下的危險截面在a處，對a處進行較核計算[12]：</p><p><b>　　拉壓應(yīng)力</b></p&g

82、t;<p><b>　?。?-48）</b></p><p><b>　　剪切應(yīng)力</b></p><p><b>　?。?-49）</b></p><p><b>　　彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　， （4-5

83、0）</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　?。?-51）</b></p><p>　　綜上可得，板彈簧在振動工作狀態(tài)下安全，符合強度要求。</p><p>　　4.2.5 激振連桿的校核</p><p>　　激振連桿的材料及其參數(shù)與振盤相同。結(jié)

84、構(gòu)如圖4-18所示，總長為327.5mm。</p><p>　　圖4-18 連桿結(jié)構(gòu)</p><p>　　在實際工作中連桿只受到拉壓力的作用，因此只要校核連桿的拉壓應(yīng)力即可。從圖4-18可以看出，連桿在連接處的面積最小，即屬于危險截面。激振力即式作用在連桿上的最大力。</p><p><b>　　（4-52）</b></p>&

85、lt;p><b>　　右端連接處最大應(yīng)力</b></p><p><b>　?。?-53）</b></p><p>　　左端連接處的最大應(yīng)力</p><p><b>　?。?-54）</b></p><p>　　由式（4-53）和式（4-54）可得，連桿的應(yīng)力符合強度要求

86、。</p><p>　　通過對振盤、板彈簧以及激振連桿的以上校核，可知所設(shè)計的振盤、振動板彈簧和激振連桿符合設(shè)計要求。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　通過對斗式振動給料槽和槽式振動給料槽的種類、結(jié)構(gòu)特點和工作原理的分析及其對比，可得出不同結(jié)構(gòu)特點的振盤有其不同的工作方式和振動結(jié)構(gòu)。而槽式振盤要比斗式振盤更具

87、有生產(chǎn)上的優(yōu)勢。在對工業(yè)中具代表性的槽式振動給料盤的兩種類型進行相關(guān)結(jié)構(gòu)和振動參數(shù)的分析以及工作原理的探討后，可以得知影響振盤工作效率的因素主要有：振盤自身的結(jié)構(gòu)特點、固有頻率、振動元件、工作頻率、振盤工作面的傾斜角、振幅、振動方向角、供料長度、物料的性質(zhì)和物料量。茶葉自動包裝機振盤的兩種形式中，支架式的固有頻率要比一體式的高；為了使振盤工作穩(wěn)定，支架式的振盤工作頻率要比一體式的要高，且支架式振盤工作在非共振狀態(tài)下，而一體式振盤工作在亞

88、共振狀態(tài)下，但振幅要小；一體式的結(jié)構(gòu)要比支架式的要簡單，但一體式的振盤工作效率要比支架式的振盤工作效率低；在通過利用ANSYS軟件分別對支架式振盤和一體式振盤及其相應(yīng)振動結(jié)果進行模態(tài)分析后，得到兩種振盤和支架式的主振板彈簧的各階振態(tài)情況，變形形式，應(yīng)力結(jié)果中，并確定了支架式振盤的工作頻率的主要選用參考頻率；且得到了：在接近頻率比的工作模態(tài)，一體式振盤的變形量要比支架式振盤的大，且最大應(yīng)力也要大很多。</p><p&g

89、t;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 吳相憲 王正為 黃玉堂 主編. 實用機械設(shè)計手冊. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1993</p><p>　　[2] 王洪欣 李木 劉秉忠 主編. 機械設(shè)計工程學(xué)[I]. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[3] 唐大放 馮曉寧 楊現(xiàn)卿 主編. 機械設(shè)計工程學(xué)[II].中

90、國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[4] 中國紡織大學(xué)工程圖學(xué)教研室等編. 畫法幾何及工程制圖. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997</p><p>　　[5] 聞邦椿,劉樹英,何勍.振動機械的理論與動態(tài)設(shè)計方法[M].北京：機械工業(yè)出版社.2001.</p><p>　　[6] 史美堂 主編. 金屬材料及熱處理. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983</p&

91、gt;<p>　　[7] 蘇翼林 主編. 材料力學(xué). 高等教育出版社，1980</p><p>　　[8] 顧崇銜 主編. 機械制造工藝學(xué). 陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1999</p><p>　　[9] 王新等編著.AUTO CAD 2002機械設(shè)計應(yīng)用與實例.北京：國防工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[10] 濮良貴主編.機械設(shè)計. 北京：高等

92、教育出版社,2001</p><p>　　[11] 孫桓主編.機械原理. 北京：高等教育出版社,2001</p><p>　　[12] 徐灝主編.新編機械設(shè)計師手冊. 北京：機械工業(yè)出版社,1995</p><p>　　[13] 許林成,趙治華,王浩.包裝機械原理與設(shè)計[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1988.</p><p>　　[14]

93、 機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編．機械工程手冊：機械零部件設(shè)計卷[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1996．</p><p>　　[15]P Cu.M Hashemian.A Y C.Nee.Adaptable Design [J] .CIRP.2004.53 (2):1-19.</p><p>　　[16]Meirovitch.L.Elements of Vibration Analy