减震器在锤片式饲料粉碎机上的应用

孙春一 金世哲

（1.辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001；2.抚顺东霸仪表与自动化有限责任公司,辽宁抚顺113001）

锤片式饲料粉碎机是饲料加工厂的主要粉碎设备，安装时，电机、粉碎机等直接安放在机座上，机座下装有若干只减震器，机器通过减震器直接安放在基础平面上。粉碎机工作时不可避免地要产生振动，通过粉碎机与基础之间的减震器来隔离振动的传递。因此，分析粉碎机产生振动原因，实施减震器的布置、安装与维护，选择减震材料、类型和应用，进行减震器设计等对设计人员和使用者来说是非常有必要的，具有重要的实际意义。

1 粉碎机产生振动的原因

粉碎机主要运动部件为装在粉碎室内的转子，转子包括主轴、锤架板、销轴、锤片和轴承等，粉碎机工作时，利用高速旋转的锤片对饲料产生撞击使其破碎。由于转子的静、动不平衡和锤片与销轴孔的磨损不均匀等因素在转子上产生一个不平衡离心力，这个不平衡力将通过主轴传递到轴承及基座上，由于转子的结构为中心对称，转子轴弯曲变形后，不承受转矩作用，转子不产生扭曲振动,只引起垂直振动，这是锤片式粉碎机产生振动的主要原因。

振动对粉碎机的生产和周围环境带来不利的影响，在粉碎机机座与基础之间安装减震器，可以减小振动造成的不良影响，提高粉碎机的工作寿命和可靠性。

2 减震器布置和安装

2.1 减震器布置

粉碎机采用支承式减震，见图1。

在减震器设计中，合理布置减震器显得非常重要，布置减震器时的原则为：①一般采用多个减震器并联，减震器对称布置在粉碎机质心两侧，以粉碎机的主惯性轴作为对称轴；②减震器宜布置在同一水平面内；③选用同一型号的减震器,使每个隔振器刚度大小和变形量相等，这样可避免设备的偏转，而且安装、拆卸方便；④当粉碎机从其平衡位置沿坐标轴平移一距离时，各减震器对粉碎机的作用力的合力应通过粉碎机的质心。

2.2 减震器安装

安装尺寸和要求遵照机器说明书的安装小样图。减震器安装不当时，其隔振效果并不好，所以安装减震器时注意以下各点：①安装使用的减震器必须是符合标准要求的合格产品，不应在环境温度低于-10℃时安装减震器。②考虑到减震器静力载荷下的变形值和蠕变现象，由减震器支承的粉碎机，必须在安装减震器24 h后才能与外接件（如挠性接管等）进行连接。③安装时不得用撬棒或榔头撬压与敲打减震器,以免损坏减震器。④所有减震器安装完成后,应检查粉碎机是否处于正常位置,否则必须用垫片或垫块进行调整。减震器的上安装平面对于机座平面的倾斜度每1 m长不得超过3 mm。减震器应该牢固地紧贴在基座上，可用塞尺进行测试，厚0.2 mm的塞尺应不能插入减震器下表面2/3的周边,厚0.3 mm的塞尺应插不进减震器的下表面。为了弥补各减震器上表面与粉碎机的支承表面之间的间隙(减震装置中减震器之间的高度差)，应当使用钢质垫圈。垫圈外径不小于紧固螺栓或螺柱直径的两倍，厚度不小于3 mm。⑤当粉碎机重心较高时,应考虑在设备上方加装侧向限制器。

3 减震器材料和类型选择

根据减震对象、使用要求、工作载荷、减震器刚度、安装尺寸和稳定性等因素,选择合适的减震器材料和类型。

粉碎机减震应用最多的是橡胶减震器，橡胶材料主要优点是：①形状可以任意设计，使减震器各方向的刚度满足使用要求。②具有阻尼特性，减震缓冲效果好。③由于特有的变形特性，可自由地选择形状和尺寸,安装时允许有较大的误差。④制造容易、安装方便。

橡胶减震器的选型如下：①承受较大的工作载荷或安装减震器的空间受限时,可采用压缩型橡胶减震器。②承受较大的工作载荷且机器转数大于1 000 r/min时，可采用压缩-剪切型橡胶减震器。③承受较小的工作载荷，或机器转数大于600 r/min，或要求振动主方向的刚度较低时，可采用剪切型橡胶减震器。

4 减震器的维护

橡胶减震器老化、蠕动和疲劳等耐久性能要求应符合:①老化、疲劳竖向刚度变化率不大于20%；②蠕动量不应大于橡胶层总厚度的5%；③支座外观目视无龟裂。

刚度和阻尼的检测需要有专门的仪器设备，没有这种测试手段时,只要适当控制橡胶的硬度以及在额定载荷下的变形量,一般均能获得较满意的隔振效果。硬度或变形量超标,或支座外观目视有龟裂即可判定减震器失效，应当立即更换。

5 减震器设计

由粉碎机产生振动的原因可以看出，粉碎机本身为振源，要采取积极(主动)隔振。不少资料从不同角度介绍了减震器的设计，下面综合给出减震器核算步骤和计算公式。

5.1 确定原始数据

通过图纸和设计资料确定粉碎机的原始参数，包括粉碎机的安装尺寸、整机质量、质心位置、转子质量，主轴转速。

5.2 刚度计算

5.2.1 隔振系数与频率比

最佳选择范围：频率比Z=3～5时，隔振系数=0.11～0.04。选取 η 后

5.2.2 减震器刚度

偏心质量激振角频率

减震器总刚度

减震器采用R个，对称布置，单个减震器的刚度

式中：ω——偏心质量激振角频率(rad/s);

n——转子最大工作转速(r/min)；

K——减震器总刚度(N/m)；

m1——粉碎机总体质量(kg)。

5.3 单个减震器承载力

作用在粉碎机质量中心处沿竖向的转子最大激振力幅值

式中：Pcz——转子激振力幅值（N）；

m0——转子质量（kg）；

e——转子当量偏心距（m）；

A——平衡精度（mm/s）。

单个减震器承载力

式中：g——重力加速度(g=9.8 m/s2)。

5.4 选择减震器的规格型号

通常选用轴向刚度和径向刚度相等的橡胶减震器，以使粉碎机在铅垂和水平方向都有较好的减震效果。

根据所算出的单个减震器承载力在标准减震器系列中选择减震器型号、主要性能及外形尺寸，主要性能包括额定载荷[P]、额定固有频率[fn]、额定静变形[δ]，然后进行减震器主要性能校核。

5.5 减震器固有频率校核

减震器固有角频率

减震器固有频率校核公式为

式中：ωn——减震系统固有角频率（rsd/s）；fn——减震器固有频率（Hz）；

[fn]——额定固有频率（Hz）。

5.6 减震器静变形校核

减震器的静变形δ是指粉碎机静止时，在其重力作用下减震器的压缩变形量，校核公式为

式中：δ——静变形（mm）；

Ed——橡胶的静态弹性模量（N/m2）；

Ej——橡胶的动态弹性模量（N/m2）；一般取值Ed/Ej=2.5。

6 举例说明

SFSP56型锤片式饲料粉碎机的电机与粉碎机主轴采用联轴器直接方式传动，电机座直接安装在机器底座上。机器底座下面安放6个或4个减震器，直接安装在基础平面上，不需要其他联结。SFSP56×40(或36)型安装小样如图1所示，带括号的尺寸适用于56×36机型。

下面对SFSP56×40机型所用的减震器进行校核。

粉碎机主轴转速n=2 950 r/min,机器总质量m1=790 kg,转子质量m0=160 kg，安放6个减震器。

① 初定 δ=0.06，代入式(1)得 Z=4.05，选择 Z=4.5。

② 将 n 代入式(2)得 ω=308.77 rsd/s，m1、ω 和 Z 代入式(3)、（4）得 K=3 719 394 N/m、K1=619 899 N/m。

③由机械设计手册（第6卷）查出粉碎机转子的动平衡等级为G16,A=16 mm/s和ω代入式（6）得e=5.18×10-5m，m0、ω 和 e 代入式(5)得 Pcz=790.17 N，将Pcz、m1、g 和 R 代入式(7)得 Pi=1 488 N，由 Pi在实用橡胶手册中查出JG3-4型橡胶减震器的[P]=2 646 N，Pi＜[P]。其他主要性能[fn]=7～10 Hz，[δ]=6～11.5 mm。

④ 将K和m1代入式(8)得ωn=68.6 rsd/s，由式(9)得 fn=10.9 Hz，fn≈[fn]=10 Hz，并能满足 z=ω/ωn=3～5 的要求。

⑤ Pi、K1和 Ed/Ej代入式(10)得 δ=6 mm＜[δ]。

7 结语

在锤片式粉碎机应用减震器时，根据相关的标准和要求,详细说明了布置规则、安装与维护、减震材料选择、减震器设计等步骤,并用例题说明校核过程,为实际使用提供参考。