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    工業(yè)性實驗業(yè)已證明，在破碎粉磨領(lǐng)域，如水泥行業(yè)，采用立式?jīng)_擊破碎機(jī)實現(xiàn)“多破少磨”節(jié)能降耗工藝，其節(jié)能降耗效果可與輥壓機(jī)及立式磨相媲美，有些方面甚至優(yōu)于二者，如初始投資少，結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)方便等，因此近年來得到較多的研究和開發(fā)。然而，能夠滿足中等以上水泥廠需要的中、大型立式?jīng)_擊破碎機(jī)尚無成功的實例報道，主要原因有二。其一是輪盤磨損嚴(yán)重，對此問題，已有研究者找到了一種既耐磨又抗沖擊的高性能材料。其二，振動噪聲強(qiáng)烈，軸承嚴(yán)重發(fā)熱損壞，壽命短，難于實現(xiàn)長時間穩(wěn)定運行，有的甚至在制造廠試車階段就因強(qiáng)烈振動而報廢。為了回避這些難于解決的問題，有研究者采用折衷的處理方法，即采用立式?jīng)_擊與其它破碎方式復(fù)合或組合，使轉(zhuǎn)子速度降低。但這樣處理，不僅使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼耗增加，而且也使轉(zhuǎn)子速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離最佳能量利用率轉(zhuǎn)速，其產(chǎn)量、產(chǎn)品粒度尤其是節(jié)能降耗效果都無法與輥壓機(jī)及立式磨相比。國內(nèi)外某些一流研究所為了回避這些難題，轉(zhuǎn)而開發(fā)其它種類的“多破少磨”系統(tǒng)，但這一過程將是漫長的，能否奏效還不得而知。我們認(rèn)為，上述難題是可以解決的。因此，從轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)角度人手，提出降低立式?jīng)_擊破碎機(jī)振動噪聲，延長軸承使用壽命的方法，指導(dǎo)設(shè)計節(jié)能降耗效果優(yōu)良的新型立式?jīng)_擊破碎機(jī)，就應(yīng)成為一個主要的研究目標(biāo)。
1、立武沖擊破碎機(jī)減振存在的問題
    轉(zhuǎn)子系統(tǒng)減振的方法很多，對于滾動軸承支承的轉(zhuǎn)子，主要措施有：進(jìn)行動平衡，采用線性或非線性彈性支承，采用擠壓油膜阻尼器以及主動控制方法等。分析立式?jīng)_擊破碎機(jī)系統(tǒng)，具有如下特點：首先它屬于大盤懸臂轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，中型以上破碎機(jī)輪盤直徑達(dá)800～1200mm以上，由于制造、安裝、磨損及物料分布不均等原因，易產(chǎn)生較大的不平衡。其次是它的轉(zhuǎn)速高，為達(dá)到最佳能量利用率，轉(zhuǎn)速應(yīng)在1500r/min以上，相對于如此大的輪盤直徑來說，屬于高速轉(zhuǎn)子。由于進(jìn)料粒度在50～150mm之間，物料在大直徑輪盤上隨機(jī)分布，轉(zhuǎn)子將受到較強(qiáng)的隨機(jī)不平衡激振力作用。為滿足工藝要求，進(jìn)排料口應(yīng)有一定高度，機(jī)器需架在相對柔性較大的樓板或金屬構(gòu)架上，加之機(jī)器殼體也較薄，受到強(qiáng)激勵時產(chǎn)生激烈振動，影響軸承壽命并輻射噪音。再者，用它處理水泥熟料時，溫度較高，灰塵大。對于具有上述特點的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，要想從動平衡角度完全解決問題是不可能的，也極不現(xiàn)實。采用擠壓油膜阻尼器或主動控制方法使結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且價格高昂，也不便于維護(hù)。采用彈性支承，利用高速轉(zhuǎn)子的自動定心作用，可以減小軸承上的動載荷，降低外傳力。然而采用一般的金屬彈簧，如螺旋彈簧，不僅不便安裝，而且由于阻尼力小，存在駐波效應(yīng)，機(jī)器起停階段極不穩(wěn)定，對強(qiáng)隨機(jī)激勵響應(yīng)的抑制能力差，容易與機(jī)殼產(chǎn)生耦臺振動。采用籠條式或鋼環(huán)式彈性支承，除也有螺旋彈簧支承的缺點之外，還有剛度太大，難加工等缺點。橡膠彈性支承已成功地應(yīng)用于多種轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，如玻纖拉絲機(jī)、巖棉離心機(jī)等機(jī)器上+但它的最大缺點是易老化，且不耐高溫，調(diào)節(jié)費時費力，維修時間長，難以保證立式?jīng)_擊破碎機(jī)長期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運行。
2、采用鋼纜彈簧支承裝置的意義及國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀
  基于前述分析，我們提出采用強(qiáng)非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想，其實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)是具有非線性剛度和大阻尼特性的鋼纜彈簧支承裝置。此種非線性彈性支承不同于業(yè)已存在的“彈性支承接觸限制器”式變剛度彈性支承、“帶預(yù)壓彈簧支承”式變剛度或變阻尼支承，因為此種非線性彈性支承同時具有連續(xù)的非線性剛度特性和阻尼特性，而后兩者儀具有分段線性組成的非線性剛度特性和阻尼特性，易產(chǎn)生沖擊且結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)有困難。如果把我們提出的非線性彈性支承用于立式?jīng)_擊破碎機(jī)，利用其非線性特性，可解決轉(zhuǎn)子起動停機(jī)時通過臨界轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性問題，利用其大阻尼特性，還可解決駐波效應(yīng)和強(qiáng)隨機(jī)激勵響應(yīng)抑制問題，并通過合理的非線性參數(shù)選擇，最終達(dá)到自動定心，減小軸承動載荷和外傳力，解除與殼體的耦合振動，實現(xiàn)良好的減振降噪和延長軸承壽命的效果。同時，該種彈性支承還具有耐高溫、壽命極長、安裝調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。
    其大不平衡量、強(qiáng)隨機(jī)激勵、大盤懸臂及工作環(huán)境惡劣等諸多因素，造成立式?jīng)_擊破碎機(jī)轉(zhuǎn)子減振、隔振難度很大，尚無成熟的方法和裝置可供借鑒或利用，國內(nèi)外破磨領(lǐng)域已露出回避該機(jī)型的苗頭，如國內(nèi)某一流設(shè)計研究院+已轉(zhuǎn)而開發(fā)其它種類的“多破少磨”系統(tǒng)。可見，以立式?jīng)_擊破碎機(jī)轉(zhuǎn)子減振、隔振為目標(biāo)行研究，發(fā)掘原理成熟而結(jié)構(gòu)又非常簡單的該型破碎機(jī)的高效、節(jié)能潛力+使其重?zé)ㄉ鷻C(jī)，少走彎路，具有重要價值。
    資料表明，有關(guān)非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)行為研究，多集中在滑動軸承和擠壓油膜軸承上，且發(fā)展較快，近年更有向非線性主動控制方向發(fā)展的趨勢，一些研究成果令人鼓舞，但相應(yīng)裝置因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和保養(yǎng)困難而不適于立式?jīng)_擊破碎機(jī)。
    關(guān)于滾動軸承非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)行為研究逐漸有零星報道，說明了已為國內(nèi)外學(xué)者重視，某些單項已具實用性，但多集中在滾動軸承自身的非線性、分段線性變剛度或橡膠、聚合物等模型或材料的研究上，并未發(fā)現(xiàn)有適合立式?jīng)_擊破碎機(jī)惡劣工作條件或結(jié)構(gòu)特殊要求的支承結(jié)構(gòu)。
    就目前國內(nèi)外此方向研究的問題而言，多集中
在確定性激勵線性和弱非線性或隨機(jī)激勵線性和弱非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)問題的研究，對我們所提出的強(qiáng)隨機(jī)激勵強(qiáng)非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)力學(xué)行為研究，尚未見報道。更談不上對這種系統(tǒng)從“強(qiáng)非線性+強(qiáng)隨機(jī)激勵”方面作深入研究。因
此，為開發(fā)出相應(yīng)的實用化強(qiáng)非線性支承裝置，并將其用于破碎機(jī)械，有必要就有關(guān)問題，展開深入的理論研究。
    根據(jù)市場調(diào)查，有關(guān)科研院所、生產(chǎn)和使用廠家都無一例外地肯定了立式?jīng)_擊破碎機(jī)原理可行，結(jié)構(gòu)簡單，投資少，若壽命能得到保證，那么該機(jī)型在實現(xiàn)“多破少磨”工藝中具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。因此，若能成功解決立式?jīng)_擊破碎機(jī)壽命短這一難題，將使其重?zé)ㄉ鷻C(jī)，推廣應(yīng)用前景相當(dāng)樂觀。
    因此，通過對這種新型的強(qiáng)非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計與動力學(xué)分析，摸清其減振降噪規(guī)律，最終研制出鋼纜彈簧支承裝置，使其在實現(xiàn)“多破少磨”節(jié)能降耗工藝中發(fā)揮作用，在工程應(yīng)用上具有現(xiàn)實的意義。
3、重點研究內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo)、應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益
  綜合分析現(xiàn)有立式?jīng)_擊破碎機(jī)與工程需要的差距，采用鋼纜彈簧支承裝置的立式?jīng)_擊破碎機(jī)設(shè)計是一項創(chuàng)新性研究，應(yīng)建立和發(fā)展有關(guān)設(shè)計理論，著重于以下幾個方卣的研究：
    (1)提出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)鋼纜彈簧支承裝置的實現(xiàn)方案，包括設(shè)計及加工：
    (2)進(jìn)行非線性振動理論分析、仿真實驗和樣機(jī)測試，提出振動響應(yīng)和振動傳遞特性的計算方法。選用多種實驗方案，通過測試并附以理論分析，尋找最佳支承參數(shù)；
    (3)給出最佳支承參數(shù)的樣機(jī)生產(chǎn)實驗。通過實驗，搞清減振隔振的實際效果；
    (4)考核支承裝置的壽命。
    此外，對強(qiáng)非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究，不應(yīng)僅僅停留在尋找合理的設(shè)計參數(shù)等問題上，而是從非線性振動力學(xué)著手，研究該系統(tǒng)非線性行為的全局特性，不僅要了解和綜合該系統(tǒng)在建模、求解、仿真實驗和實測等各環(huán)節(jié)的一系列力學(xué)規(guī)律，而且要力求綜合利用這些規(guī)律，使其能在綜合設(shè)計立式?jīng)_擊破碎機(jī)中起作用，從而確定鋼纜彈簧支承裝置的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
    應(yīng)指出，作者已完成部分研究內(nèi)容。
    通過理論分析和市場調(diào)查，采用鋼纜彈簧支承裝置的立式?jīng)_擊破碎機(jī)具有或應(yīng)能實現(xiàn)如下主要技術(shù)指標(biāo)、應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益：
    (1)用在立式?jīng)_擊破碎機(jī)上，軸承動載荷降低到未加鋼纜彈簧支承裝置之前的1/5以下+壽命提高到原來的3倍以上，第二階共振峰最大起動停機(jī)振幅比不超過3,5。
    (2)每套成本不超過1.5萬元。
    (3)將此裝置用在立式?jīng)_擊破碎機(jī)上，并組成“多破少磨”系統(tǒng)，能在保證長期穩(wěn)定運行的情況下，使磨機(jī)產(chǎn)量翻番，節(jié)能30%以上。可代替高細(xì)磨，生產(chǎn)高標(biāo)號水泥。
    (4)不僅可以用于小產(chǎn)量水泥生產(chǎn)線，更可以用于中、大型產(chǎn)量水泥生產(chǎn)線。
    (5)不考慮提高軸承壽命，減少維修工作、降低停機(jī)損失以及采用立式?jīng)_擊破碎機(jī)實現(xiàn)“多破少磨”而帶來的經(jīng)濟(jì)效益，僅考慮該項目的高技術(shù)含量而給制造廠帶來的經(jīng)濟(jì)效益，按每臺立式?jīng)_擊破碎機(jī)（~800）售價8～10萬元概估，每臺帶來30%的高附加利潤計算，銷售100臺即可多獲得(8～10)×30%×100=240—300萬元利潤。
    (6)若用于中、大型產(chǎn)量水泥生產(chǎn)線，用其代替輥壓機(jī)，實現(xiàn)“多破少磨”工藝，則一條生產(chǎn)線設(shè)備和基建一次投資約可節(jié)省60 -70萬元。
    此外，由于涉及復(fù)雜的非線性動力學(xué)計算和設(shè)計，理論難度大，一般企業(yè)難于仿制。
4、結(jié)束語
    大中型立式?jīng)_擊破碎機(jī)，屬于大盤懸臂、隨機(jī)大不平衡量、工作環(huán)境惡劣的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外還沒有解決其振動噪聲強(qiáng)烈、軸承壽命極短這一難題，尚無與之相適應(yīng)的可靠實用的支承裝置，因而破碎機(jī)轉(zhuǎn)子不能長期穩(wěn)定地工作在其高效節(jié)能區(qū)域，致使在生產(chǎn)中不能發(fā)揮其巨大的高效節(jié)省潛力。
    本文從轉(zhuǎn)子動力學(xué)角度人手，提出降低立式?jīng)_擊破碎機(jī)振動噪聲，延長軸承使用壽命的方法，為設(shè)計節(jié)能降耗效果優(yōu)良的新型立式?jīng)_擊破碎機(jī)指出了可行的方向。分析表明，鋼纜彈簧支承裝置可解決上述問題。并指出應(yīng)通過對這種新型的強(qiáng)非線性彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計與動力學(xué)分析，摸清其減振降噪規(guī)律，最終研制出鋼纜彈簧支承裝置，使其在實現(xiàn)“多破少磨”節(jié)能降耗工藝中發(fā)揮作用。
    將強(qiáng)非線性鋼纜彈簧支承裝置用于立式?jīng)_擊破碎機(jī)，具有較好的應(yīng)用前景并將創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。