反共振振动机械的关键技术研究

发布时间：2020-05-17 14:53

【摘要】：目前振动机械有近百种,其应用遍及国民经济的各个部门。反共振振动机械较之传统振动机械具有一系列颇为突出的优点,重量轻、隔振效果好、激振力小、工作性能稳定、节能环保,具有广阔的应用前景。但由于一些关键技术没有解决,致使反共振振动机械至今没有得到推广应用。本文针对反共振振动机械的几个关键技术问题和理论问题进行了深入的研究,其主要工作及成果如下： (1)机械网络中的反共振理论是反共振振动机械的理论基础,利用机械阻抗方法和机电模拟方法对质量弹簧串联系统进行了动力学分析,论述了共振和反共振现象及三种反共振振动机的工作原理。将反共振隔振技术应用于振动机械,提出了单质体反共振隔振振动机和双质体反共振隔振振动机等两种新型的反共振振动机械。通过动力学分析、计算机仿真和试验台试验,证明单质体反共振隔振振动机传给基础的动载荷小于传统的一次隔振振动机,接近传统的二次隔振振动机。二次反共振隔振振动机的隔振效果优于传统的一次和二次隔振,整机重量小于普通的二次隔振振动机。 (2)以原点反共振振动机为例,分析了质量比μ、反共振频率比、阻尼比、和频率比对上下质体振幅及动力传递率的影响,提出了“令反共振点位于两共振点正中间”、“令反共振时上质体振幅最小”和“介于以上两种方法之间的综合法”等三种参数选择方法,分别建立了与这三种方法相对应的条件方程并进行了计算机仿真和实验研究。 (3)考虑物料质量的随机波动性,基于随机摄动法对反共振振动机进行了动力学分析,研究了在上下质体不同参数组合和物料质量均值变化的情况下,物料质量随机波动对振动机上下质体振幅的影响,找出了物料质量随机波动对上下质体振幅响应的规律,提高了反共振振动机的设计水平。 (4)对惯性式反共振振动机进行了机电耦合建模与求解,建立了反共振状态下的同步性判据和同步传动性判据,推导了反共振状态下的同步稳定性判据和同步传动稳定性判据,理论和实验都证明,在反共振状态下,不但能够实现振动同步,而且能够实现振动同步传动。理论分析指出,同步性指数总是远大于同步传动性指数。因此只要能够实现振动同步传动就肯定能够实现自同步。在两轴能够实现自同步的情况下,却不一定能够实现同步传动。试验验证了上述理论结果的正确性。 (5)针对处理量阶梯性改变等特殊场合,提出了三种使反共振振动机上下质体振幅稳定的控制策略。以反共振点位于两个共振点正中间且只监控上质体的控制方法为例,进行了试验研究。设计制作了一个反共振振幅控制试验系统。该系统由机械本体、硬件控制平台和软件控制程序等组成。控制程序以Genie组态软件为平台,以模糊自整定PID参数控制器为核心。试验表明,控制方法有效,具有实际应用价值。 (6)将反共振振动机械的设计理论应用于生产实际,对一种应用于冶金行业的反共振振动筛进行了三维结构设计,利用虚拟样机技术对该反共振振动筛进行了刚度、强度和工艺性能的预测研究。最后研制出了世界上第一台反共振振动筛,进行了空载和负载调试。测试和试验表明,各项技术指标都达到了设计要求,隔振效果好,激振力较传统振动筛减小约30%,噪声由120dB减少到90dB,同步性能良好,启动停机非常平稳,振幅随物料的波动较小,在无计算机控制的情况下已达到了实际生产的要求。整机重量虽然比同样处理能力的单质体振动筛重了一些,但比相应的具有二次隔振的双质体振动筛却轻了许多。该项成果已申请了国家发明专利。
【图文】：

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Fig. 2.13 Isolation effect comparison of four kinds of isolation vibrating machines从图2.13可以看出，在有阻尼情况下，一次反共振隔振优于普通一次隔振的效果，接近普通二次隔振的效果，但整机的重量和高度远低于普通的二次隔振振动机。对于大型振动机械，可以减小厂房的建设费用。二次反共振隔振振动机的隔振效果优于一次反共振隔振振动机，而且可以消除附加的传给基础的动力矩载荷，隔振效果最佳，，由于其下质体的重量低于普通的二次隔振振动机的二次隔振架的重量，所以整机重量相对较低。2.4.4算例与试验设振动蹄的质量为10000kg，激振频率为76.4rad/s，激振力为2.33x10、

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进而可求得双质体反共振隔振振动机的传递率为0.04。图2.14为双质体反共振隔振振动机试验台，上质体上装有自同步激振器，在上下质体之间装有4个螺旋弹簧和4组杠打?及配重组成的反共振隔振器。下质体下面装有4个隔振弹簧作为支撑。下质体的振幅乘以隔振弹簧的刚度即可求得传给基础的动载荷。试验表明下质体振幅小于0.5nm，动载荷传递率小于0.04。a)!：]同步 b)强制同步图2.14反共振隔振振动机试验台Fig. 2.14 The test-bed of anti-vibration isolation vibrating machine2.5反共振振动机械的优越性与应用前景跨点反共振振动机的优点是很明显的。质量相当于二次隔振体。这样当激振频率在一定范围内变动时，跨点反共振较之原点反共振时传给基础的动载荷可减小1/5 ~ 1/10 ,但结构相应地也变得复杂了，而且整机地重量也会有所增加。但较目前广泛采用地一次隔振、二次隔振振动机，整机重量、成本都会有所下降，而且寿命和可靠性却可以大大提尚。2.6本章小结利用机械阻抗方法对质量弹簧串联系统系统进行了动力学分析，论述了该系统的共振和反共振现象。并在此基础上论述了一种原点反共振振动机和两种跨点反共振振动机的工作原理及应用前景。将反共振隔振技术应用于振动机械，提出了单质体反共振隔振振动机和双质体反共振隔振振动机等两种新型的反共振振动机械。通过动力学分析、计算机仿真和在试验台上的试验表明
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH113.1

【参考文献】