一种三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法，装置的质体通过弹簧和导向杆与基础相连；三个激振器固定在质体上，三个不平衡转子分别由感应电动机驱动，旋转方向皆为逆时针方向；三个不平衡转子分别绕旋转轴的三个中心点旋转，旋转中心点共线；另外，振动弹簧伸缩方向与装置的运动方向平行，同时与导向杆垂直；利用振动自同步原理，通过建立动力学模型和系统微分方程、推导同步性条件和稳定性条件。并做了数值分析和仿真模拟。证明了在振动机械的设计过程中，其工作点只有选择在亚共振区域，并且当三个不平衡转子一样时，其工作效率最好。本发明专利技术采用三机自同步驱动，结构简单，稳定性强，既能提高生产效率又能节约能源。

A Method for Determining the Parameters of a Three-machine Driven Sub-resonant Self-synchronous Vibration Conveyor

The invention discloses a method for determining the parameters of a three-machine driven sub-resonant self-synchronous vibration conveyor device, in which the mass of the device is connected with the foundation through a spring and a guide rod; three exciters are fixed on the mass, three unbalanced rotors are driven by an induction motor respectively, and the rotating direction is counterclockwise; three unbalanced rotors rotate around three central points of the rotating axis respectively. In addition, the expansion direction of the vibration spring is parallel to the motion direction of the device and perpendicular to the guide rod. Based on the principle of self-synchronization of vibration, the dynamic model and differential equation of the system are established, and the synchronization and stability conditions are deduced. The numerical analysis and simulation are also done. It is proved that the working point of the vibration machine is only in the sub-resonance region, and the working efficiency is the best when the three unbalanced rotors are the same. The invention adopts three-machine self-synchronous drive, has simple structure and strong stability, can improve production efficiency and save energy.

【技术实现步骤摘要】
一种三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法专利
本专利技术属于振动输送
，涉及一种三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法。
技术介绍
振动输送机是利用激振器使料槽振动，从而使槽内物料沿一定方向滑行或抛移的连续输送机械。随着振动技术的进步，振动输送机越来越经济、高效。振动输送机的输送频率越来越快，要求的功率越来越大，会产生更大的噪声。本专利技术属于振动输送机中的大型振动输送机。普通的大型振动输送机与小型振动输送机原理相同，采用的是双机驱动，采用的是双机驱动，而双机驱动会产生许多问题：1.双机驱动输送机工作过程中，对电机本身的功率要求比较大，造成电机自身的体积也大，对电机的技术要求高，成本大幅提高。同时降低了电能的利用率。不符合国家节能减排的要求2.双机驱动的输送机只能用于小型设备的输送，在大型工业生产中需要大型输送机，双机驱动无法满足实际需求。3.在物料输送过程中，随着物料的往复运动，双机驱动对输送机产生的振幅较大，为了安全起见，必须停机输送，致使振动输送机不能连续工作，降低了自动化程度。为了减少这种情况发生，需要对振动系统做一些改进。设计一种多机驱动亚共振自同步振动输送机，使其既能提高生产效率又能节约能源，同时能减少成本。
技术实现思路
本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法，该装置的动力学模型包括：激振器、不平衡转子、质体、支撑装置；支撑装置包括弹簧和导向杆；质体通过弹簧和导向杆与地基相连；三个激振器固定在质体上，三个不平衡转子分别由感应电动机驱动，并且旋转方向皆为逆时针方向旋转；三个不平衡转子分别绕旋转轴的三个中心点旋转，并且三个旋转中心点共线；另外，振动弹簧伸缩方向与装置的运动方向平行，同时与导向杆垂直；所述的三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法，包括如下步骤：步骤1，建立动力学模型和系统运动微分方程：振动输送动力学模型见图1，建立如图所示的坐标系，基于拉格朗日方程，推到出系统运动的微分方程为：其中，M＝m+m1+m2+m3；Joi＝miri2；r1＝r2＝r3＝r式中，M——系统总质量；mi——激振器i质量(i＝1,2,3)；Joi——激振器i转动惯量(i＝1,2,3)；r——激振器偏心距；Tei——电机i电磁输出转矩；fi——电机i的轴阻尼系数(i＝1,2,3)；kx，ky，kψ——x，y和ψ方向弹簧刚度；fx，fy，fψ——x，y和ψ方向阻尼系数；和——d·/dt和d·/dt2步骤2，推导同步性条件：根据动力学模型，可以假定三个转子质量：m1＝η1m0；m2＝η2m0；m3＝η3m0(其中质量比η1＝1)；三个转子的相位关系满足其中2α1，2α2分别为转子1、2和转子2、3之间的相位差，为三个转子的平均相位。当系统实现同步时，取2α1和2α2的积分中值并将其代替2α1和2α2，由此得假设三个不平衡转子实现同步运转，且同步角速度则其角加速度近似为0，即将式(3)代入式(1)中的第一个微分方程中，得系统的响应方程通过传递函数法求解式(4)，得系统响应其中，对式(5)中的时间t求二阶导后，将其代入式(1)后三个方程中，并同时在0～2π上对积分，整理后，可得三电机的平衡方程如下。其中式中，为标准激励的动能，为电机的输出电磁力矩。对式(6)做减法运算，分别得到电机1、2和电机2、3之间的输出电磁力矩之差，ΔT012,ΔT023，表达式如下由式(7)变换可得其中则分别为1、2电机之间和2、3电机之间无量纲耦合力矩。同时，等式(8)左边部分分别对应为1、2电机之间和2、3电机之间无量纲残余力矩之差。其约束函数如下故三激励器的同步判据为：式(11)和(12)可描述为：任意两个电机的无量纲残余力矩之差的绝对值小于或等于其无量纲耦合力矩的最大值。将式(6)中各式相加，变换后得三个电机的平均无量纲载荷力矩其限制函数为为了更好地分析振动系统的同步性能力，因此，定义了振动系统中各不平衡转子之间的同步性能力系数，表达式如下：其中，一般情况下，振动系统的同步性能力系数越大，振动系统的同步能力越强，系统越容易实现同步。步骤3，推导稳定性条件：由式(3)可知令Δνi＝νi-νi0，可将(Δνi)'关于线性化得其中为稳定时相位差积分中值，(·)0表示时Δα＝{Δα1Δα2}T的值。令Δα＝{Δα1Δα2}T,将式(18)减去式(17)，式(19)减去式(18)，整理后得其中D＝(dij)2×2，且有假设Δα是关于时间t的函数，则有Δα＝νexp(λt)，将其代入式(20)，由此得D的特征多项式为λ2-(d11+d22)λ+(d11d22-d12d21)＝0(21)当且仅当所有λ的值具有负实部时，式(21)的解稳定。根据Routh判据，D的所有特征值全部具有负实部的条件为-(d11+d22)>0(22)d11d22-d12d21>0(23)式(22)和(23)即为振动系统同步状态下的稳定性判据。本专利技术的有益效果：1)采用三机驱动同步振动机构，与原有的双机驱动振动输送机相比，提高了工作效率，同时又节约了能源。2)在模型上进行创新，三个电机固定在质体上，三个不平衡转子分别由电机驱动，并且旋转方向相同。质体通过弹簧和导杆与基础相连。另外，振动弹簧与x轴平行且和导向杆垂直。三个不平衡转子分别绕旋转轴中心旋转，并且旋转中心共线。感应电动机驱动三个不平衡转子一起逆时针方向旋转，在模型上更接近工程实践。3)应用振动同步理论，采用三机驱动实现系统的同步工作。将工作区域选择在亚共振区域。在亚共振状态下，三个转子两两之间的相位差均在(-π/2,π/2)内，此时激振力叠加，质体运动状态为线性往复运动，工作效率最好。附图说明图1为三机驱动亚共振自同步振动输送机动力学模型图。图中：1.弹簧2.导向杆3.激振器4.转子5.质子。图中各参数含义：O1--左激振器旋转中心；O2--中激振器旋转中心；O3--右激振器旋转中心；--左激振器旋转相位角；--中激振器旋转相位角；--右激振器旋转相位角；--左激振器旋转角速度；--中激振器旋转角速度；--右激振器旋转角速度；r1--左激振器偏心距；r2--中激振器偏心距；r3--右激振器偏心距；m1--左激振器质量；m2--中激振器质量；m3--右激振器质量；m--质体的质量；kx--弹簧刚度系数。图2为不同ηi(i＝1,2,3)下τcijmax随zx的变化图。图3为不同ηi(i＝1,2,3)下ζij(ij＝12,23,13)随zx的变化图；(a)η1＝η2＝η3＝1，(b)η1＝η2＝1，η3＝0.5，(c)η1＝1，η2＝0.75，η3＝0.5。图4为不同ηi(i＝1,2,3)下稳定相位差随zx的变化图；(a)η1＝η2＝η3＝1，(b)η1＝η2＝1，η3＝0.5，(c)η1＝1，η2＝0.75，η3＝0.5。图5为不同ηi下同步稳定性能力系数随的zx的变化图。图6为当η1＝η2＝η3＝1时，亚共振状态下的仿真结果图；(a)电机转速，(b)转子1和2之间的相位差，(c)转子2和3之间的相位差，(d)转子1和3之间的相位差，(e)x方向上的位移。图7为当η1＝η2＝1,η3＝0.5时，亚共振状态下的仿真结果图；(a)电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法，其特征在于，该装置的动力学模型包括：激振器、不平衡转子、质体、支撑装置；支撑装置包括弹簧和导向杆；质体通过弹簧和导向杆与地基相连；三个激振器固定在质体上，三个不平衡转子分别由感应电动机驱动，并且旋转方向皆为逆时针方向旋转；三个不平衡转子分别绕旋转轴的三个中心点旋转，并且三个旋转中心点共线；另外，振动弹簧伸缩方向与装置的运动方向平行，同时与导向杆垂直；所述的三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法，包括如下步骤：步骤1，建立动力学模型和系统运动微分方程建立坐标系，基于拉格朗日方程，推到出系统运动的微分方程为：

【技术特征摘要】
1.一种三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法，其特征在于，该装置的动力学模型包括：激振器、不平衡转子、质体、支撑装置；支撑装置包括弹簧和导向杆；质体通过弹簧和导向杆与地基相连；三个激振器固定在质体上，三个不平衡转子分别由感应电动机驱动，并且旋转方向皆为逆时针方向旋转；三个不平衡转子分别绕旋转轴的三个中心点旋转，并且三个旋转中心点共线；另外，振动弹簧伸缩方向与装置的运动方向平行，同时与导向杆垂直；所述的三机驱动亚共振自同步振动输送机装置的参数确定方法，包括如下步骤：步骤1，建立动力学模型和系统运动微分方程建立坐标系，基于拉格朗日方程，推到出系统运动的微分方程为：其中M＝m+m1+m2+m3；Joi＝miri2；r1＝r2＝r3＝r步骤2，推导同步性条件据动力学模型，假定三个转子质量：m1＝η1m0；m2＝η2m0；m3＝η3m0(其中质量比η1＝1)；三个转子的相位关系满足其中2α1，2α2分别为转子1、2和转子2、3之间的相位差，为三个转子的平均相位；得系统的响应方程：通过传递函数法求解式(4)，得系统响应：其中得三电机的平衡方程如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学良，王志辉，徐金林，李超，高志国，马辉，闻邦椿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21