超声波振捣器研究

　　建筑施工必须用振捣器对硅进行密实,现行施工中普遍采用偏心式或行星式振捣器,它们主要存在2个方面的问题:一是噪声污染,严重影响城市环境;二是频率提高受到轴承寿命的限制,尽管采用各种不同结构,但由于受到振动轴承寿命的限制,有时仅有十几个小时的工作时间,这严重制约了振捣器的寿命和工作效率的提高.本文提出了超声振捣器概念—使用超声发生器产生超声振动,通过变幅杆扩大振幅,对硷起振动密实作用.由于没有转动部件,不用轴承,就有轴承寿命的问题;且由于采用超声波振动,没有噪声污染,因此具有广泛的应用前景.

　　1超声振捣器的工作原理

　　声波是人耳能感受的一种纵波,它的频率在16-16000Hz范围内.频率超过16000Hz的振动称为超声波.振捣用的超声波频率为16000-25000玩.超声波区别于普通声波的特点是:频率高、波长短、能量大、传播过程中反射、折射、共振、损耗等现象显著.超声振捣的原理是利用超声波作为动力,推动振动棒以极高的速度冲击硅,硷在振捣下被密实.图1为超声振捣的原理示意图.振捣时,超声发生器产生高频交流电,换能器上产生与电流相同频率的机械振动,借助于变幅杆把振幅放大到0.05-0.1mm左右,驱动振动棒作超声振动,振动棒把振动传给硅骨料,使硅产生重质液体状态,从而使硅密实.由于每秒钟振动次数多达16000次以上,所以能够产生很好的密实效果.

　　2超声振捣器的组成

　　超声振捣器主要由超声发生器、换能器、变幅杆、振动棒等组成.

　　2.1超声发生器

　　超声发生器(超声电源)的作用是将工频交流电转变为有一定功率输出的超声波振荡,以提供振动棒作往复振动所需的能量.其基本要求是:输出功率和频率在一定范围内连续可调,工作可靠.超声发生器有电子管式的,也有晶体管式的.目前晶体管式的发展较快.其组成框图如图2所示,分为振荡级、电压放大级、功率放大级及电源等4个部分.

　　2.2换能器

　　换能器的作用是将高频电磁振荡转换成机械振动.目前可采用压电效应和磁致伸缩效应2种方法.

　　2.2.1压电效应换能器石英晶体、铁酸钡(BaTiO3)以及错钦酸铅(zrPbTiO3)等物质在它们的两介面上

　　加以一定电压,则将产生一定的机械变形,这一现象称为“压电效应”.如果两面加上每秒16000次以上的交变电压,则该物质产生高频的伸缩变形,使周围的介质作超声振动.为了获得最大的超声波强度,应使晶体管处于共振状态,当晶体片厚度为超声波长的四分之一时,产生的振动最为理想.

　　2.2.2磁致伸缩换能器铁、钻、镍及其合金与铁氧化体等材料,其长度能随着所处磁场的强度或伸或缩的现象称为磁致伸缩效应.磁致伸缩换能器又可分为金属的和铁氧体的2类.金属换能器机械强度高、单位面积辐射功率大,工作性能稳定,但电声效率较低(30%-40%),可用于大、中功率振捣器.由于温度升高时磁致伸缩效应减弱,需采用强制水冷.铁氧体磁致伸缩换能器的电声效率较高(>80%),但机械强度低,单位面积辐射功率小,用于小功率超声振捣器,可采用强冷风冷或自然冷却.