振动出矿机工作参数电算优化

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1987.s2.015 北京钢铁学院学报 1987年2月 Journal of Beijing University Specjal issue 专辑1 of Iron and Steel Technology No.1,1987.2 振动出矿机工作参数电算优化 赖森华·黄存绍 童光煦 (采矿教研室) 摘 要 本文在分折振动出矿动力学问题的基础上，建立了包括放旷生产能力、单位矿量能耗和物料干扰强度在内的三 个振动出矿效果衡量指标。应用电子计算机对单轴和双轴惯性振动出旷机分别进行了工作参数最优化分析。室内使 型试验的结果表明，本文所提出的最佳工作参数及其实用的计算公式是易行和基本可靠的。 关键词：振动出矿，工作参数，电算优化，模型试验 Optimizing the Operating Parameters for Vibrating Feeders by Means of Electronic Computer Lai Senhua Huang Cunshao Tong Guangxu Abstract After analyzing the dynamic properties of vibrating drawing system,the loading capacity,unit energy comsumption and interfere strength of vibrated material have been put forwards as the indexes evaluating the loading effect of vibrating feeder.For both uniaxial and biaxial vibrating feeders,the opti- mization of operating parameters has been completed by means of the electro- nic computer.The results of our model tests show that the operating paramet- ers optimized for the feeders and the formulas about them are dependable and easy to carry out. Key words vibrating drawing,operating parameter,optimizing by elec- tronic computer,model test 硕士生论文是在中南工业大学，黄存绍老师指导下完成的。 8

、 年 月 专辑 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 ， 。 振动出矿机工作参数 电算优化 赖森华 ’ 黄 存绍 童光煦 采矿 教研 室 摘 要 本文在 分析振动 出矿 动力学 间题的蚤础上 ， 建 立了 包括 欣犷生 产 能 力 、 单 位犷盈 能耗和物料 干优 强度在 内的三 个振动出矿效 果衡最 指 标 。 应 用 电 子计算机对单 轴 和 汉 轴惯性 振动 出犷机分别 进行了工 作参数 最 优化分 析 。 室 内 漠 型试验 的结 果 表明 ， 本文所提 出的最佳工 作参数 及 其实用的 计算公式 是 易行和基本 可 靠的 。 关键 词 振 动 出犷 ， 工 作参数 ， 电算优 化 ， 模型试验 侧 解 ， ， ， ， 。 ， ， ， 硕士生论文是 在中南工业 大学 ，黄存绍老师指导下 完成的 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s2．015

前 言 振动出矿的理论分析和实践经验均表明，振动出矿效果是振动出矿机参数（包括动 力参数、埋没参数和几何参数等)和放出物料流动性的综合作用的反映，由于影响振动 出矿效果的因素很多，理论计算公式也相当复杂，试图用单纯的模型试验和数学上的解 释方法去优化其工作参数是相当困难的。计算机的应用为此提供了方便。我们应用最优 化程序在电子计算机上对普通惯性振动出矿机进行了工作参数最优化分析。并且部分地 进行了验证性模型试验，基本上获得了预期的结果。 1振动出矿效果衡量指标的确定 振动出矿是城动机械和放矿工艺有机结合的产物。人 们对它的评价亦采用了与这两者相应的许多标准。但是， 为了既全面而又有重点地衡量振动出旷效果，本文选用了 放矿生产能力和单位矿量能耗两个指标。并提出了矿石干 扰强度指标，以衡量矿岩物料流动性改善程度。 图1为普通惯性振动出矿机（包括单轴与双轴出矿机） 放矿示意图，通过动力学分析可以得到振动出矿生产能力 L2 的理论计算公式 图1叛动出矿统系运动示意图 Q=3.6FVr Fig.1 Illustration for 式中Q一放矿生产能力，t/h, the action of the vibrating F一卸旷端处物料层横断面面积，m2, drawing system V一振动出矿机工作台面上物料平均输送速度，m/s影 r一石松散容重，kg/m3。 其中F=HB。 对于圆运动振动出矿机 V=ox g0/ D 0 对于椭圆运动振动出矿机 V=0xcos(-,2c√D2-1-tg(0.-,)门+g0 对于直线运动振动出矿机 V-DVD:+8 0 9

前 吉‘ 翻 振 动 出矿的理论分 析和实践经 验 均表明 ， 振动 出矿效果是振动 出矿 机参数 包括动 力 参数 、 埋没参数和 几何参数等 和放 出物料流动性 的综合作用 的反映 ， 由于影响振 动 出矿效果 的因素很 多 ， 理论计算公 式也相 当复杂 ， 试 图用单纯的模型试 验 和 数学 上 的解 释方法去优化 其工作参数是相 当困难 的 。 计算机的应用 为此提供 了方便 。 我们应 用最优 化程 序在电子 计算机上对 普通 惯性振 动 出矿机进行 了工 作参数最优化分 析 。 并且部分地 进行 了验证性模型试验 ， 基本 上获得 了预 期的结果 。 振动出矿效果衡且指标的确定 卜 振 动 出矿 是振动 机械和放矿 工 艺有 机结 合 的 产物 。 人 们对它的评价 亦采用 了与这 两者 相 应 的许 多 标准 。 但是 ， 为 了既 全 面 而又 有重 点地衡 量振 动 出矿效果 ， 本文选用 了 放矿 生 产能力和单位矿 量能耗两个指标 。 卜提 出了矿石千 扰 强度指标 ， 以衡 量矿岩物料流动性改 善程 度 。 图 为普通 惯性振 动出矿机 包括单轴 与双轴 出矿机 放矿示 意图 ， 通 过动力学 分析可以 得 到振 动 出矿 生产能力 的 、 理 论计算公 式 宁牛 一气，只， 。 ‘ 下‘ － 气一 目 脚 【习 图 · 一 振动出矿统 系运 动示 意图 式 中 一放矿 生 产能力 ， 一 卸矿端 处物料层横断面面积 ， ， 一振 动 出矿 机工作台面上物料平均输 送 速度 ， 一矿石 松散 容重 ， ” 。 其 中 二 。 对 于 圆运 动振 动 出矿 机 二 、 丝丝 卫宜 曰 对 于椭 圆运动振 动 出矿机 二 啦卫丛鱼二鱼业〔召 一 一 叻 一 价 ， 〕 笼 乃 对 于直线运 动振动 出矿 机 卫左斌厉万 业至

1 D=o'y gO 6=cosa+(Fisinj0;+Njcos0i)/m1g 6=sina+(Nisin0-Ficos0;)/m1g N:=SiRorcos(01-a) Kctgvc E,=S;RorC sin9i-a）-1) 2Kctg中e K.=1-sinve 1+sine 以上各式中 H一卸矿旷端物料层厚度，m, B一卸矿端工作台面宽，m, 0一激振频率，1/s 中.，中，一分别为垂直台面和沿台面方向振动响 应的初相角，deg D一工作状态系数， x,y一分别为振动系统的x和y方向振幅，m, F:,N;一分别为图1所示OB面上切力和正压力，kg影 61一OB面面积，m2, R。一受矿旷巷道水力半径，m影 ,:一OB面与台面夹角，deg影 a一台面倾角，degs K一侧压系数： 中，：一分别为矿旷石与巷道周壁，矿石间的 摩擦角，degs m,一台面上矿石质最，kgs/m。 同时，还可以获得驱动电动机功率理论计算公式： N=_Nz 111 .×10-3 式中N一电动机功率，kW影 Nz一振动平均功率，kW, ”,一电动机与激振器间传递系数， 门2一激振器齿轮传递系数。 其中 NCF.B.sin()+FyB,sin( +F0 BoSin(g-)〕 式中FxF,F0一分别为激振力在x、y、8方向的力幅。单位分别为kg、kg、 kg·m影 B.、By、B9一分别为各方向的振幅，单位分别为m、m、1, -激振力i方向初相角，i=x、y、8,地：一振动系统中心i方向相应位差， i=x,y,0。 这些参数均可在振动出矿系统的动力学分析中获得，此处从略。 10

里上 ， ，口， 口 产 ， 口，一 口 ， 口 一 叻 ， 〔 一 。 叻 一 〕 。 一 功 叻 ， 以上 各式 中 一卸矿端物料层厚度 ， ， 一 卸矿端工作台面宽 ， ， 一激振频率 ， ， 币 二 ， 也一分别 为垂 直 台面 和沿 台 面方向振动 响 应 的初相角 ， 一工 作状态 系数， ’ ’ 一分 别为振动 系统的 和 方 向振幅 ， ， 、 ， ，一分别为 图 所示 面上切力 和正压 力 ， ， 、 。一 面面积 ， 、 。 一受矿 巷道水力 半径 ， 、 ，一 面 与台面夹 角 ， ， 一台面倾角 ， ， ‘ 一侧压 系数， ’ 机 ， 叭一分别 为矿石与巷道 周壁 ， 矿 石间的 摩擦 角 ， ， 一 台面 上矿石质 量 ， · 。 同时 ， 还 可 以获得驱 动 电动 机功率理论计算公 式 一竺 一 一 勺 勺 式 中 一 电动 机功率 ， ， ” 一 电动 机与激振 器间传递 系数， 其 中 一振动平 均功率 ， ， 勺 一激振 器齿 轮传递 系数 。 一少 一 〔 价 一 叻 ， 价 ， 一 叻 艺 。 口鞠 咖 一 咖 〕 式中 。 ， 一分别为激振力在 、 、 方 向的力 幅 。 单位分别 为 、 、 ， 二 、 、 一 分别 为各方 向的振 幅 ， 单位分别为 、 、 ， 一 或激振 力 方向初相角 ， 、 、 ， 叭一振动 系统 中心 方向相应位差 ， ， ， ‘ 这些参数均可在振动 出矿 系统 的动 力 学分 析中获 得 ， 此 处从略

实验室研究和现场观察的大量事实足以证明，振动出大大地改善了受矿巷道内矿 石流动性。由于此时矿石受到重力，旷粒间相互摩擦力和振动波传递的干扰力的作用， 而产生相当复杂的运动，至目前为止还未建立起成熟的理论和获得研究成果，以作为衡 量振动出矿在这方面的效果。为此，本文提出以振动出矿机受矿端运动轨迹特征为基础 的受振物料干扰强度概念，间接对这一问题进行一些探讨。 对于单轴振动出矿旷机，主要考虑受矿端处振动干扰扩大了矿旷石拱的跨度，起到破拱 作用（如图2所示)，可得 S.=Gr Icos(r +Q8 -a) 式中S,一受振物料千扰强度，m, Gr一轨迹椭圆长轴长度，m y'一轨迹椭圆长轴与台面夹角，degQ8一放矿静止角计算值，Q0=45°+片， 其余符号同前。 图2单轴掀机运动示意图 3双船版机运动示意图 Fig.2 Illustration for the action Fig,3 Illustration for the action of the of the uniaxial vibrating feeder biaxial vibrating feeder 对于双轴振动出矿机，改善矿石流动性主要表现在使物料顺拉表面间摩擦力减小， 物料成拱所需的颗粒间的夹持力减小，而削弱了成拱作用（如图3所示)，可得 S,=Grsin (y-a) 符号均与前述同。 2工作参数电算优化 从上面理论分析中得到的振动出矿效果的三个衡量指标可以看出，能反映矿岩物料 放出流动性的参量有内摩擦角和阻尼系数。对于矿旷石自然安息角，在一定程度上反映了 矿岩物料流动性，但在振动出矿机工作参数确定时仅被用来确定眉线角，而工作台面外 伸长度常受巷道和出矿设备限制，选用有利于放矿可控性的矿旷石自然安息角常用值。 此外，根据国内使用振动出矿机的经验和参考现有的一些科研成果，选取如表1所 示的给定参量值作为电算分析的已知条件，选取如表2所示的参数作为电算优化变量和 约束条件。 11

实验室研究 和现场观察的大量事实足以证明 ， 振动出矿大大地改善 了受矿 巷道内矿 石流动 性 。 由于此时矿石受到重力 ， 矿粒 间相互摩擦 力和 振动 波传递 的干扰力 的作用 ， 而 产生相 当复杂的运动 ， 至 目前为止还未建立起 成熟 的理论 和获得研究成果 ， 以作 为衡 量振动 出矿在这方面的效果 。 为此 ， 本 文提出以振动 出矿机受矿端运动轨迹特征 为基础 的受振物料千扰强 度概念 ， 间接对这一 问题进行一些探讨 。 对 于单轴 振 动 出矿 机 ， 主要考虑受矿端处振动 干扰扩大 了矿石拱 的跨度 ， 起到破 拱 作用 如图 所示 ， 可 得 ‘ 一 式 中 。 一受振 物料干扰强度 ， ， 一轨迹椭 圆 长轴 长度 ， 尹一轨迹椭 圆长轴 与 台面夹 角 ， 一放矿静止 角计算值 ， 二 “ 功 。 ， 其余符号 同前 。 卜 图 单 轴振机运 动 示意图 图 双 抽 丛 振机运 动示意图 · ， 对 于双轴 振 动 出矿 机 ， 改 善矿 石 流动性 主要表现在使物抖 颖粒 表面间摩擦 力减小 ， 物料 成拱 所需 的 颗粒 间的夹 持力减小 ， 而削弱 了成拱作用 如 图 所 示 ， 可 得 。 ‘ 一 符号均与前述 同 。 工作参数电算优化 从上面理论分析中得 到的振动 出矿效果的三个衡量指标可以看出 ， 能反映矿岩物料 放 出流动性的参量有内靡擦角和阻尼 系数 。 对于犷右自然安息角 ， 在一定程度上 反映 了 矿岩物料流动性 ， 但 在振动 出矿机工作 参数确 定时仅被 用来确定眉线 角 ， 而 工作台面 外 伸长度常受 巷二直和 出矿设备限制 ， 选 用有利于放矿可控性的矿石 自然安 息角常 用值 。 此 外 ， 根 据 国内使用振动 出矿机的经验和参考现有的一些科研 成果‘ 选取如表 所 示的给 定 参 量值作 为电算 分析的 已知 条件 ， 选取 如表 所示的参数作 为电算优 化变量和 约 束 条件

表1电算分析用给定参数值 Table 1 The regular value used for the analysis of the computer Item Names of parameters Symbol Unit Value Properties Relative damping cooffi- of rock cient 5 0.0-0.3 materials Internal friction angle Pr deq· 35-55 Unit weight of porous materials kg/m3 1700 Repese angle n, deq. 40 Structure of Weight of vibrator G kg 300 vibrating Distance between axials 1 今 0.15 feeder Lenght of working table m 2.6 Structure of The larges size of dx m 0.4 draw point drawed materials Passing coefficient Ki 2.0 Area of drawpoint Er m2 1.2 丧2被优化参数和约束条件 Table 2 Optimized parameters and limiting range Value range Item Names of parameters Symbol Unit Lower Higher Optimizem Dip angle of working table deg. 5 15 Parameters Vibrating angle B deg. 10 89 Rational speed r/min 500 2500 Vibrator coordinate/ buring deepth Ko -1.0 1.0 Nominal amplitude Am m 0.0001 0.0150 Brow hight/drawpoint width K 05 1.5 Brow hight/buring deepih Ke 0.5 1.5 Ratio of back/front spring stiffness K12 1.0 4.0 Ratio of x/y spring stiff- ness 0.001 1.000 12

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