振动利用工程发展现状和应用前景

摘要：由于近二三十年来振动与波利用技术在工程技术的各个部门及人类生活的各个方面的广泛应用，而使“振动利用工程”已逐渐发展成为振动学与机械学相结合的一门新学科，目前它正处在迅速发展的过程中，预计在今后几十年内还会获得迅速的发展。本文从振动与波利用技术发展的角度，扼要地介绍近期有关该种技术的发展概况，论述该种技术在工程技术等各部门，诸如公路与建筑施工、石油化工、地质、电子通讯、光与电子器件、医疗以及经济、社会和自然界等各个方面的发展与应用概观及远景。特别地说明振动载体旋流干燥机在阻燃剂干燥上的应用，包括干燥机的结构和干燥机理。 关键词：振动利用工程；振动载体；旋流；干燥机

1 引言

自然界和人类社会中的某一个量随时间或大或小的变化即称为振动。振动是物质世界运动的一种基本形式，物质世界中的每一个物体及其中的每一个分子都始终处于振动之中。毫无例外，人类自身的每一器官也每时每刻都处在振动之中，例如，心脏的搏动、血液的循环、肺部的张缩呼吸、脑细胞的思维以及耳膜的振动和声带的振动等，前面所列举的这些振动都有人体对振动的有效利用；离开这些振动人类就无法生存。从人类的生活及周围工作环境来说，也到处在利用振动。例如电视机和收音机的振荡电路、门铃、电话机、机械表与电子表、挂钟、理发用电推子、各部门使用的各种类型的振动机、光导纤维通信技术、医疗设备中的彩超、医用CT和核磁共振、机械设备与结构故障的振动诊断技术等等都是对振动与波动原理的实际应用，部属于振动利用的范畴；从广义的角度来看，在社会与经济生活中，例如，人口的增长与衰减、农作物虫灾发生的周期性现象、股市的升跌和振荡、社会经济发展过程中速度的增长与衰减等，都可以归纳为不同形式的振动；在自然界及宇宙中，也到处存在着振动，月亮的圆缺、潮汐的涨落、树木的年轮、一些树木和花草年复一年的发芽、生长与枯萎等等。对这些振动和波动现象进行研究，找出其内在规律，并进行有效的利用，就会对社会产生重大的社会效益与经济效益，为人类造福。

振动也会给人类和社会带来危害。例如，运载工具的振动会使乘客感到不舒适；环境噪声使人烦躁不安；共振及次谐波共振会引起机械设备、桥梁结构及Ｅ机的破坏；地震使人民生命财产遭受巨大损失。对于这些有害振动，人们虽然已付出了很大的努力，并设法采取有效措施加以限制以至完全消除，但直到今天，利用现代的科学水平对于许多有害的振动问题还未能得到很好抑制或彻底根除。

振动能给人类带来福祉，创造良好的生活环境和条件。例如，拨动琴弦能发出美妙动

人的乐章，使人心旷神怡；在医疗方面，利用超声波能够诊断、治疗疾病；在土建工程中，振动沉桩、振动拔桩以及混凝土灌注时的振动捣固等；在电子和通讯工程方面，录音机、电视机、收音机、程控电话等诸多电子器件以及电子计时装置和通讯系统使用的谐振器等都是由于振动才有效地工作的；在工程地质方面，利用超声波进行检测和地质勘探；在石油开采上，还可利用振动提高石油产量；在海洋工程方面，海浪波动的能量可以用来发电；在许多工矿企业，可以利用振动技术和设备完成许多工艺过程，或用来提高某些机器的工作效率。最近30多年来，应用振动原理而工作的机器(振动机械)得到了迅速发展。据不完全统计，目前已用于工业生产中的振动机有百余种之多。例如，振动给料机、振动输送机、振动整形机、振动筛、振动离心脱水机、振动干燥机、振动冷却机、振动球磨机、振动光饰机、动平衡试验机和振动破碎机、振动压路机、振动摊

铺机、振动冷冻机、舱壁振动器、振动夯土机、振捣器、振动沉拔桩机和各种型式的激振器等，这些振动机械在各个工业部门已发挥了重要作用。振动存在于各个领域，按其类型大致可分为：线性和非线性系统的振动、波动(声波、光波等)以及电和磁的振荡等等。因此，我们可将振动利用工程分为线性振动的利用、非线性振的利用、波动和波能的利用以及电、磁和电磁振荡器在工程技术中的应用、社会经济领域和自然界中的振动现象与规律及其利用等。

2 振动机械与振动仪器及其相关技术的应用与发展

线性和非线性振动利用技术多数是通过能产生振动的机械设备或仪器，即振动机械会经或振动仪器来完成的，振动机械或振动仪器作为一种特殊的设备或装置已在工业生产中得到广泛的应用。

振动机械或仪器有着广泛的用途，例如给料和输送、筛分和烘干、破碎和清理、成型和压实、振捣和打拔、试验和测示、监测和诊断以及其他用途等。据初步统计，振动机械和仪器的用途和种类已达百余种，它们在工业、农业、国防以及人类生活的各个方面发挥着重要的作用。表1中举出了振动机械和仪器的主要用途。

2.1振动干燥工艺

干燥是工业生产中的一个复杂的工艺过程，该种工艺是近十几年来振动利用发展的 一项新技术。振动流化床是在普通流化床的基础上发展起来的，床层除受干燥气流作用外，再附加以振动作用使之处于流化状态下进行干燥，在流化床上施加一定的振幅和频

率的振动，使得机内物料处于悬浮沸腾的流化状态的床层结构，利用对流、传导或辐射加热即可进行振动流化干燥作业。振动流化干燥机有多种型式，惯性式振动干燥机在实际应用中最为普遍。

2.2振动破碎机的应用

物料的破碎是工矿企业应用较广的一种工艺过程，大部分开采出的矿物原料都需要 进行破碎和磨碎。传统破碎机的破碎方法存在着很大的局限性，例如物料的抗压强度极 限到达2x108Pa时，破碎过程耗能较高，或难以破碎，或使物料过磨，所用设备也很复杂。振动破碎工艺的发展则可克服传统工艺的缺陷。惯性振动圆锥破碎机利用偏心块产生的离心力来破碎矿石或其他物料，利用挤压和冲击，使物料破碎。惯性振动圆锥破碎机的破碎比远大于普通圆锥破碎机，而且可在很大范围内调节，在中细碎作业中，它有广泛的发展前途。

2.3振动摊铺及振动压路

振动摊铺机和振动压路机是筑路作业中的关键设备，是振动在筑路工程中的典型应 用实例。振动摊铺机的工作过程是：先将物料撒布在整个宽度上，再利用熨平机构的激振器对被摊铺物料进行压实。振动系统决定了对物料摊铺的工作效率和密实效果，是决定摊铺质量的关键系统之一。振动压路机是依靠正反高速旋转的偏心块产生离心力，使振动碾作受迫振动压实路面的。装在连接板上的振动马达，带动偏心轴正反高速旋转产生离心力使振动碾振动。装在偏心轴上的调幅装置用于改变振动的振幅，振动碾由装在梅花板上的驱动马达来驱动。由于在压路机中引入振动，使路面的密实度在由90％提高到95％以上，进而显著提高其工作质量与使用寿命，这在筑路作业中具十分重要的意义。

2.4振动成型与整形工艺

利用振动对金属材料或松散物料进行成型(包括塑性加工)较之静力情况下成型可显著降低能耗、提高成形工件的质量。试验指出，在金属材料塑性加工过程中引入振动，可以降低能耗、提高工效与工件质量，是一个值得研究的方向。振动整形就是通过振动的方式强制性地将料袋形成规整的形状，以利于存放或装运。振动整形机广泛应用于化工、食品等工业部门。其工作原理是：当输送机将料袋送入整形机梯形槽体，整形机槽体在激振器作用下发生振动，槽体上方装有一固定的整形板，料袋随槽体不断振动，冲击整形板，从而达到使料袋平整的目的。

2.5振动时效工艺及应用

用振动时效可在一定程度上消除金属构件的内部残余应力、稳定工件加工后的尺寸 和形状，目前已被国内外广泛采用。振动时效就是通过对工件施加周期性应力，迫使工件在其共振频率范围内产生振动。这种周期性动应力反复推动金属内部结构中的金属原子错位和晶格滑移，使内应力松弛和均化。振动时效设备，一般包括激振装置、测振装置和动应力控制装置。和热时效相比，振动时效具有易于操作、减少运输、变形小、缩短生产周期和节约能源等优点，是一项值得推广应用的节能新工艺。

2.6振动诊断技术与振动测试工艺

利用振动信号的不同特征对机械和结构的故障进行诊断，是最近十多年来发展起来的一种新技术。利用模糊理论、灰色理论或神经网络方法对振动信号进行分析与诊断，在工业企业中得到了广泛应用。利用振动原理对机械系统的振位移、速度和加速度进行测示是一