防止管模与拖辊发生碰撞的自动跟随弹簧减振系统

　　0 引 言

　　离心机浇注工位是用来驱动管模高速旋转,使浇入管模的熔态铁水在强大的离心力作用下贴紧管模内腔而逐渐结晶、冷却、成型为球墨铸铁管的一整套设备系统。

　　由于管模长期在高温下工作,且经常受到不均匀的冷却作用,致使管模产生永久变形,造成几何偏心和质量偏心,这在高速旋转的情况下,必然产生碰撞和振动,在高温下的这种碰撞和振动又使管模的变形进一步加剧,导致铁水结晶过程受到不同程度的破坏,金相组织产生疏松,产品强度降低,延伸率下降,使产品质量难以保证。

　　1 原刚性支撑系统产生碰撞的原因

　　原设计的浇铸工位是刚性支撑,其结构简图如图1所示。

　　设管模质量为m,质心与旋转中心间的距离为r,管模旋转角速度为ω,那么管模旋转产生的离心力在竖直方向的投影为

　　当满足下列条件时管模将跳离拖辊:

　　当无解。因而管模与拖辊之间不会产生撞击;

　　当有解,管模将跳离拖辊,管模跳离拖辊后,其在竖直方向上的运动方程式为:

　　当x=0时,管模将与拖辊发生碰撞。偏心距r越大,管模跳得越高,管模与拖辊之间碰撞也就越剧烈,所造成的危害也就越严重。

　　当然产生撞击的原因不仅于此。例如,拖辊安装位置不正确,拖辊轴线与管模轴线不平行,拖辊表面径向跳动过大,左右两组拖辊轴线不重合,拖辊轴承间隙过大,管模轨道不圆,也会导致管模与拖辊产生撞击。

　　但这些因素与管模的几何偏心和质量偏心相比要小得多,同时它们大部分可以通过提高安装精度予以消除。

　　2 防止管模与拖辊发生撞击的自动跟随减振系统

　　在机架下面加上一组弹簧,变刚性支撑为弹性支撑。其结构简图如图2所示。

　　设管模的质量为m,偏心距为r,机架及拖辊质量为M。取整体坐标轴为竖直向上,则在管模未跳离拖辊前,系统的运动方程为:

　　当N=0时管模处于跳离拖辊的临界状态,设此时应满足下式:

　　则当D>1时,ψd解存在,管模将跳离拖辊,并产生撞击;当D<1时,ψd无解,管模将始终与拖辊保持接触,不会产生撞击,因此称D为跳离系数。

　　根据以上分析,可知使管模不跳离拖辊的条件为D<1,即

　　上式的物理意义为,在忽略阻尼的情况下,当机架M与弹簧k组成的子系统发生共振时,k-Mω²=0,式(13)必然满足,这时拖辊将自动跟随管模运动,始终保持接触,不会产生撞击;而当整个系统处于共振状态时,k-(M+m)ω²=0,式(13)不成立,管模必然会跳离拖辊,产生撞击。