【摘要】：目前振動(dòng)機(jī)械有近百種,其應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。反共振振動(dòng)機(jī)械較之傳統(tǒng)振動(dòng)機(jī)械具有一系列頗為突出的優(yōu)點(diǎn),重量輕、隔振效果好、激振力小、工作性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保,具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于一些關(guān)鍵技術(shù)沒有解決,致使反共振振動(dòng)機(jī)械至今沒有得到推廣應(yīng)用。本文針對(duì)反共振振動(dòng)機(jī)械的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題和理論問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究,其主要工作及成果如下： (1)機(jī)械網(wǎng)絡(luò)中的反共振理論是反共振振動(dòng)機(jī)械的理論基礎(chǔ),利用機(jī)械阻抗方法和機(jī)電模擬方法對(duì)質(zhì)量彈簧串聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,論述了共振和反共振現(xiàn)象及三種反共振振動(dòng)機(jī)的工作原理。將反共振隔振技術(shù)應(yīng)用于振動(dòng)機(jī)械,提出了單質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)和雙質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)等兩種新型的反共振振動(dòng)機(jī)械。通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析、計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn),證明單質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)傳給基礎(chǔ)的動(dòng)載荷小于傳統(tǒng)的一次隔振振動(dòng)機(jī),接近傳統(tǒng)的二次隔振振動(dòng)機(jī)。二次反共振隔振振動(dòng)機(jī)的隔振效果優(yōu)于傳統(tǒng)的一次和二次隔振,整機(jī)重量小于普通的二次隔振振動(dòng)機(jī)。 (2)以原點(diǎn)反共振振動(dòng)機(jī)為例,分析了質(zhì)量比μ、反共振頻率比、阻尼比、和頻率比對(duì)上下質(zhì)體振幅及動(dòng)力傳遞率的影響,提出了“令反共振點(diǎn)位于兩共振點(diǎn)正中間”、“令反共振時(shí)上質(zhì)體振幅最小”和“介于以上兩種方法之間的綜合法”等三種參數(shù)選擇方法,分別建立了與這三種方法相對(duì)應(yīng)的條件方程并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)研究。 (3)考慮物料質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)性,基于隨機(jī)攝動(dòng)法對(duì)反共振振動(dòng)機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,研究了在上下質(zhì)體不同參數(shù)組合和物料質(zhì)量均值變化的情況下,物料質(zhì)量隨機(jī)波動(dòng)對(duì)振動(dòng)機(jī)上下質(zhì)體振幅的影響,找出了物料質(zhì)量隨機(jī)波動(dòng)對(duì)上下質(zhì)體振幅響應(yīng)的規(guī)律,提高了反共振振動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)水平。 (4)對(duì)慣性式反共振振動(dòng)機(jī)進(jìn)行了機(jī)電耦合建模與求解,建立了反共振狀態(tài)下的同步性判據(jù)和同步傳動(dòng)性判據(jù),推導(dǎo)了反共振狀態(tài)下的同步穩(wěn)定性判據(jù)和同步傳動(dòng)穩(wěn)定性判據(jù),理論和實(shí)驗(yàn)都證明,在反共振狀態(tài)下,不但能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)同步,而且能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)同步傳動(dòng)。理論分析指出,同步性指數(shù)總是遠(yuǎn)大于同步傳動(dòng)性指數(shù)。因此只要能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)同步傳動(dòng)就肯定能夠?qū)崿F(xiàn)自同步。在兩軸能夠?qū)崿F(xiàn)自同步的情況下,卻不一定能夠?qū)崿F(xiàn)同步傳動(dòng)。試驗(yàn)驗(yàn)證了上述理論結(jié)果的正確性。 (5)針對(duì)處理量階梯性改變等特殊場(chǎng)合,提出了三種使反共振振動(dòng)機(jī)上下質(zhì)體振幅穩(wěn)定的控制策略。以反共振點(diǎn)位于兩個(gè)共振點(diǎn)正中間且只監(jiān)控上質(zhì)體的控制方法為例,進(jìn)行了試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)制作了一個(gè)反共振振幅控制試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由機(jī)械本體、硬件控制平臺(tái)和軟件控制程序等組成�？刂瞥绦蛞訥enie組態(tài)軟件為平臺(tái),以模糊自整定PID參數(shù)控制器為核心。試驗(yàn)表明,控制方法有效,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 (6)將反共振振動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際,對(duì)一種應(yīng)用于冶金行業(yè)的反共振振動(dòng)篩進(jìn)行了三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)該反共振振動(dòng)篩進(jìn)行了剛度、強(qiáng)度和工藝性能的預(yù)測(cè)研究。最后研制出了世界上第一臺(tái)反共振振動(dòng)篩,進(jìn)行了空載和負(fù)載調(diào)試。測(cè)試和試驗(yàn)表明,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,隔振效果好,激振力較傳統(tǒng)振動(dòng)篩減小約30%,噪聲由120dB減少到90dB,同步性能良好,啟動(dòng)停機(jī)非常平穩(wěn),振幅隨物料的波動(dòng)較小,在無(wú)計(jì)算機(jī)控制的情況下已達(dá)到了實(shí)際生產(chǎn)的要求。整機(jī)重量雖然比同樣處理能力的單質(zhì)體振動(dòng)篩重了一些,但比相應(yīng)的具有二次隔振的雙質(zhì)體振動(dòng)篩卻輕了許多。該項(xiàng)成果已申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利。
【圖文】：

Fig. 2.13 Isolation effect comparison of four kinds of isolation vibrating machines從圖2.13可以看出，在有阻尼情況下，一次反共振隔振優(yōu)于普通一次隔振的效果，接近普通二次隔振的效果，但整機(jī)的重量和高度遠(yuǎn)低于普通的二次隔振振動(dòng)機(jī)。對(duì)于大型振動(dòng)機(jī)械，可以減小廠房的建設(shè)費(fèi)用。二次反共振隔振振動(dòng)機(jī)的隔振效果優(yōu)于一次反共振隔振振動(dòng)機(jī)，而且可以消除附加的傳給基礎(chǔ)的動(dòng)力矩載荷，隔振效果最佳，，由于其下質(zhì)體的重量低于普通的二次隔振振動(dòng)機(jī)的二次隔振架的重量，所以整機(jī)重量相對(duì)較低。2.4.4算例與試驗(yàn)設(shè)振動(dòng)蹄的質(zhì)量為10000kg，激振頻率為76.4rad/s，激振力為2.33x10、

進(jìn)而可求得雙質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)的傳遞率為0.04。圖2.14為雙質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，上質(zhì)體上裝有自同步激振器，在上下質(zhì)體之間裝有4個(gè)螺旋彈簧和4組杠打?及配重組成的反共振隔振器。下質(zhì)體下面裝有4個(gè)隔振彈簧作為支撐。下質(zhì)體的振幅乘以隔振彈簧的剛度即可求得傳給基礎(chǔ)的動(dòng)載荷。試驗(yàn)表明下質(zhì)體振幅小于0.5nm，動(dòng)載荷傳遞率小于0.04。a)!：]同步 b)強(qiáng)制同步圖2.14反共振隔振振動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)Fig. 2.14 The test-bed of anti-vibration isolation vibrating machine2.5反共振振動(dòng)機(jī)械的優(yōu)越性與應(yīng)用前景跨點(diǎn)反共振振動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。質(zhì)量相當(dāng)于二次隔振體。這樣當(dāng)激振頻率在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，跨點(diǎn)反共振較之原點(diǎn)反共振時(shí)傳給基礎(chǔ)的動(dòng)載荷可減小1/5 ~ 1/10 ,但結(jié)構(gòu)相應(yīng)地也變得復(fù)雜了，而且整機(jī)地重量也會(huì)有所增加。但較目前廣泛采用地一次隔振、二次隔振振動(dòng)機(jī)，整機(jī)重量、成本都會(huì)有所下降，而且壽命和可靠性卻可以大大提尚。2.6本章小結(jié)利用機(jī)械阻抗方法對(duì)質(zhì)量彈簧串聯(lián)系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，論述了該系統(tǒng)的共振和反共振現(xiàn)象。并在此基礎(chǔ)上論述了一種原點(diǎn)反共振振動(dòng)機(jī)和兩種跨點(diǎn)反共振振動(dòng)機(jī)的工作原理及應(yīng)用前景。將反共振隔振技術(shù)應(yīng)用于振動(dòng)機(jī)械，提出了單質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)和雙質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)等兩種新型的反共振振動(dòng)機(jī)械。通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析、計(jì)算機(jī)仿真和在試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)表明
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH113.1

【參考文獻(xiàn)】

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4 熊萬(wàn)里,何R

本文編號(hào)：2668731