一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法技术方案

本发明专利技术一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法，属于振动利用工程领域，本发明专利技术在保证振动系统的同步和稳定的情况下，考虑了振动系统有物料参振时，工作质体的振幅特性以及系统的隔振效果，使得设计出来的双机驱动双质体自同步振动系统在保证隔振效果的前提下制造成本更经济，工作效率更高；由于目前国内外尚无发现一套完整的自同步振动系统的动力学参数设计方法和有物料参振时的设计方法，因此，本发明专利技术不但填补了国内外自同步振动系统的设计方法而且给出了有物料参振时振动系统的设计方法，为本领域的科技工作者提供了一个完整的设计思路，为自同步理论与工程实际相结合提供了一个参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法
本专利技术属于振动利用工程领域，具体涉及一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法。
技术介绍
自同步振动机广泛应用矿山、冶金、水泥生产、材料运输等工业各部门中；从运动形式上，自同步振动机分为平面运动振动机和空间运动振动机两种类型；平面运动的自同步振动机的种类繁多、形式各异，在工程技术部门应用十分普遍，其中有自同步振动给料机、自同步振动输送机、自同步振动冷却机、自同步概率筛、自同步振动烘干机、自同步振动落砂机、自同步直线振动筛、自同步冷矿振动筛和热矿振动筛等。这类机械在物料供给、输送、筛分、冷却、干燥、成型和铸件落砂等方面得到了广泛的应用。在工业部门中除了推广平面运动的单质体和双质体自同步振动机(例如，自同步振动给料机、自同步振动输送机、自同步概率筛、自同步振动冷却机、自同步振动落砂机、自同步直线振动筛)之外，还采用空间运动的单质体与双质体自同步振动机，这类机械有螺旋式垂直振动输送机、自同步振动烘干机、自同步振动上料机、自同步振动冷却机和大长度双质体近共振式振动输送机等；自同步振动机有如下优点：(1)利用自同步原理代替了强制同步式振动机中的齿轮传动，使该类机械的传动部的结构相当简单；(2)由于取消了齿轮传动，使机器的润滑、维护和检修大为简化；(3)对于某些自同步振动机，可以减小启动与停车通过共振区时的振幅；(4)目前工业中应用的自同步振动机多数采用激振电机直接驱动，使它的构造更为简单，成本显著降低，而且便于安装；(5)自同步振动机激振器两根主轴可以在较大距离条件下进行安装；(6)该类振动机便于实现系列化、通用化与标准化；目前上述振动机械其共同的结构特点是：由两个电动机分别驱动两个安装在同一个刚性振动体上的两个激振器，驱动振动系统使振动系统实现振动同步稳定传动；但是，并没有考虑到振动系统中含参振物料时系统的隔振效果以及生产效率；由于在生产实际中，通常会造成振动的噪声较大，生产效率不高的问题；而解决这一问题的办法是把工作质体的振幅、参振物料的质量变化和隔振效果的因素考虑进去，并实现振动系统的同步和同步稳定。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法，在保证振动系统的同步和稳定的情况下，考虑了振动系统有物料参振时，工作质体的振幅特性以及系统的隔振效果，使得设计出来的双机驱动双质体自同步振动系统在保证隔振效果的前提下制造成本更经济，工作效率更高。一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法，包括以下步骤：步骤1、根据双机驱动双质体自同步振动系统的结构模型，得到系统的总动能、总势能和总耗能，从而建立双机驱动双质体振动系统的动力学模型；步骤2、确定双机驱动双质体自同步振动系统运行过程中的同步稳定运行的条件，具体步骤如下：步骤2-1、确定双机驱动双质体自同步振动系统中两激振器的实现同步条件；步骤2-2、确定双机驱动双质体自同步振动系统中两激振器的稳定运行条件；步骤3、在同步稳定运行的条件下，结合双机驱动双质体振动系统的动力学模型，获得能满足同步稳定运行的动力学参数区间，所述的动力学参数包括工作质体频率比、隔振质体频率比、工作质体与系统总质量的质量比；步骤4、确定双机驱动双质体振动系统的参振物料系数，并根据上述参振物料系数，获得临界频率比差的取值范围、工作质体与系统总质量的质量比取值范围；步骤5、在所获的临界频率比差的取值范围内和工作质体与系统总质量的质量比的取值范围内，确定工作质体振幅增幅度最大时，所对应的临界频率比差和工作质体与系统总质量的质量比；步骤6、根据获得的工作质体与系统总质量的质量比，结合工作质体与系统总质量的质量比与工作质体临界频率比之间的关系，获得工作质体临界频率比；步骤7、根据所获得的临界频率比差与工作质体临界频率比，进一步获得工作质体频率比：步骤8、判断所获工作质体频率比和工作质体与系统总质量的质量比是否在步骤3所述的动力学参数区间内，若是，则执行步骤9，否则，返回执行步骤4；步骤9、根据实际需求，在隔振质体频率比取值范围内进行取值，并将其与所获工作质体频率比、工作质体与系统总质量的质量比代入结合双机驱动双质体振动系统的动力学模型中，获得双机驱动双质体自同步振动系统的所有参数，包括工作质体质量、隔振质体质量、振动弹簧刚度、隔振弹簧刚度、工作振幅、偏心转子偏心距和偏心块质量；步骤10、根据所获双机驱动双质体自同步振动系统的参数，构建双机驱动双质体自同步振动系统。步骤1所述的建立双机驱动双质体振动系统的动力学模型，具体步骤如下：步骤1-1、确定双机驱动双质体振动系统的总动能T；公式如下：其中，J01表示双机驱动双质体振动系统第一偏心转子的转动惯量；J02表示双机驱动双质体振动系统第二偏心转子的转动惯量；J1表示工作质体绕自身质心的转动惯量；J2表示隔振质体绕自身质心的转动惯量；表示第i个偏心转子的振动速度；表示工作质体的质心的振动速度；表示工作质体的质心的振动速度；表示第i个偏心转子的相位角，i＝1，2；m1表示工作质体质量；m2表示隔振质体质量；m0i表示第i个偏心转子的质量，ψ表示工作质体和隔振质体的绕质心转动的角度；步骤1-2、确定双机驱动双质体振动系统的总势能U；公式如下：其中，XK2j表示与隔振质体连接的四个隔振弹簧的变形矢量，j＝1，2，3，4；XKi表示工作质体与隔振质体之间的两个软弹簧的变形矢量，i＝1，2；XK3表示在水平方向为y轴、竖直方向为x轴的坐标系中y方向与隔振质体连接的弹簧的变形矢量；K表示振动弹簧的刚度矩阵，K2表示x方向隔振弹簧的刚度矩阵、K3表示y方向隔振弹簧的刚度矩阵；步骤1-3、确定双机驱动双质体振动系统的总耗能D；公式如下：其中，表示与隔振质体连接的四个隔振弹簧的振动速度，j＝1，2，3，4；表示工作质体与隔振质体之间的两个软弹簧的振动速度，i＝1，2；XK3表示在水平方向为y轴、竖直方向为x轴的坐标系中y方向与隔振质体连接的弹簧的振动速度；F表示振动弹簧的阻尼矩阵、F2表示x方向隔振弹簧的阻尼矩阵、F3表示y方向隔振弹簧的阻尼矩阵；fdi表示双机驱动双质体振动系统中电机的阻尼系数；步骤1-4、将获得的双机驱动双质体振动系统的总动能、总势能和总耗能带入拉格朗日方程中，获得双机驱动双质体振动系统的动力学模型；公式如下：其中，M1为双机驱动双质体振动系统的总质量，M1＝m01+m02+m1+m2；M2表示隔振质体的总质量，M2＝m01+m02+m2；Jψ表示双机驱动双质体振动系统的总转动惯量，Jψ＝J1+J2+(m01+m02)(r2+l02)，式中，l0表示偏心转子的质心到双机驱动双质体振动系统质心的距离；r表示两偏心转子的偏心半径；fψ＝fxl2+f2x1ly12+f2x2ly02+f2y1lx12，式中，fx表示振动弹簧在x方向的阻尼；f2x1表示x方向隔振弹簧在x方向的阻尼；f2x2表示y方向隔振弹簧在x方向的阻尼；l表示系统静止时振动弹簧的原长；ly0表示y方向的隔振弹簧与隔振质体的连接点到隔振质体质心的距离；ly1表示隔振弹簧与隔振质体的连接点到隔振质体质心在y方向的距离，lx1表示隔振弹簧与隔振质体的连接点到隔振质体质心在x方向的距离；f2x本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据双机驱动双质体自同步振动系统的结构模型，得到系统的总动能、总势能和总耗能，从而建立双机驱动双质体振动系统的动力学模型；步骤2、确定双机驱动双质体自同步振动系统运行过程中的同步稳定运行的条件，具体步骤如下：步骤2‑1、确定双机驱动双质体自同步振动系统中两激振器的实现同步条件；步骤2‑2、确定双机驱动双质体自同步振动系统中两激振器的稳定运行条件；步骤3、在同步稳定运行的条件下，结合双机驱动双质体振动系统的动力学模型，获得能满足同步稳定运行的动力学参数区间，所述的动力学参数包括工作质体频率比、隔振质体频率比、工作质体与系统总质量的质量比；步骤4、确定双机驱动双质体振动系统的参振物料系数，并根据上述参振物料系数，获得临界频率比差的取值范围、工作质体与系统总质量的质量比取值范围；步骤5、在所获的临界频率比差的取值范围内和工作质体与系统总质量的质量比的取值范围内，确定工作质体振幅增幅度最大时，所对应的临界频率比差和工作质体与系统总质量的质量比；步骤6、根据获得的工作质体与系统总质量的质量比，结合工作质体与系统总质量的质量比与工作质体临界频率比之间的关系，获得工作质体临界频率比；步骤7、根据所获得的临界频率比差与工作质体临界频率比，进一步获得工作质体频率比；步骤8、判断所获工作质体频率比和工作质体与系统总质量的质量比是否在步骤3所述的动力学参数区间内，若是，则执行步骤9，否则，返回执行步骤4；步骤9、根据实际需求，在隔振质体频率比取值范围内进行取值，并将其与所获工作质体频率比、工作质体与系统总质量的质量比代入结合双机驱动双质体振动系统的动力学模型中，获得双机驱动双质体自同步振动系统的所有参数，包括工作质体质量、隔振质体质量、振动弹簧刚度、隔振弹簧刚度、工作振幅、偏心转子偏心距和偏心块质量；步骤10、根据所获双机驱动双质体自同步振动系统的参数，构建双机驱动双质体自同步振动系统。...

【技术特征摘要】
1.一种双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据双机驱动双质体自同步振动系统的结构模型，得到系统的总动能、总势能和总耗能，从而建立双机驱动双质体振动系统的动力学模型；步骤2、确定双机驱动双质体自同步振动系统运行过程中的同步稳定运行的条件，具体步骤如下：步骤2-1、确定双机驱动双质体自同步振动系统中两激振器的实现同步条件；步骤2-2、确定双机驱动双质体自同步振动系统中两激振器的稳定运行条件；步骤3、在同步稳定运行的条件下，结合双机驱动双质体振动系统的动力学模型，获得能满足同步稳定运行的动力学参数区间，所述的动力学参数包括工作质体频率比、隔振质体频率比、工作质体与系统总质量的质量比；步骤4、确定双机驱动双质体振动系统的参振物料系数，并根据上述参振物料系数，获得临界频率比差的取值范围、工作质体与系统总质量的质量比取值范围；步骤5、在所获的临界频率比差的取值范围内和工作质体与系统总质量的质量比的取值范围内，确定工作质体振幅增幅度最大时，所对应的临界频率比差和工作质体与系统总质量的质量比；步骤6、根据获得的工作质体与系统总质量的质量比，结合工作质体与系统总质量的质量比与工作质体临界频率比之间的关系，获得工作质体临界频率比；步骤7、根据所获得的临界频率比差与工作质体临界频率比，进一步获得工作质体频率比；步骤8、判断所获工作质体频率比和工作质体与系统总质量的质量比是否在步骤3所述的动力学参数区间内，若是，则执行步骤9，否则，返回执行步骤4；步骤9、根据实际需求，在隔振质体频率比取值范围内进行取值，并将其与所获工作质体频率比、工作质体与系统总质量的质量比代入结合双机驱动双质体振动系统的动力学模型中，获得双机驱动双质体自同步振动系统的所有参数，包括工作质体质量、隔振质体质量、振动弹簧刚度、隔振弹簧刚度、工作振幅、偏心转子偏心距和偏心块质量；步骤10、根据所获双机驱动双质体自同步振动系统的参数，构建双机驱动双质体自同步振动系统。2.根据权利要求1所述的双机驱动双质体自同步振动系统的参数确定方法，其特征在于，步骤1所述的建立双机驱动双质体振动系统的动力学模型，具体步骤如下：步骤1-1、确定双机驱动双质体振动系统的总动能T；公式如下：其中，J01表示双机驱动双质体振动系统第一偏心转子的转动惯量；J02表示双机驱动双质体振动系统第二偏心转子的转动惯量；J1表示工作质体绕自身质心的转动惯量；J2表示隔振质体绕自身质心的转动惯量；表示第i个偏心转子的振动速度；表示工作质体的质心的振动速度；表示隔振质体的质心的振动速度；表示第i个偏心转子的相位角，i＝1，2；m1表示工作质体质量；m2表示隔振质体质量；m0i表示第i个偏心转子的质量，ψ表示工作质体和隔振质体的绕质心转动的角度；步骤1-2、确定双机驱动双质体振动系统的总势能U；公式如下：其中，XK2j表示与隔振质体连接的四个隔振弹簧的变形矢量，j＝1，2，3，4；XKi表示工作质体与隔振质体之间的两个软弹簧的变形矢量，i＝1，2；XK3表示在水平方向为y轴、竖直方向为x轴的坐标系中y方向与隔振质体连接的弹簧的变形矢量；K表示振动弹簧的刚度矩阵，K2表示x方向隔振弹簧的刚度矩阵、K3表示y方向隔振弹簧的刚度矩阵；步骤1-3、确定双机驱动双质体振动系统的总耗能D；公式如下：其中，表示与隔振质体连接的四个隔振弹簧的振动速度，j＝1，2，3，4；表示工作质体与隔振质体之间的两个软弹簧的振动速度，i＝1，2；表示在水平方向为y轴、竖直方向为x轴的坐标系中y方向与隔振质体连接的弹簧的振动速度；F表示振动弹簧的阻尼矩阵、F2表示x方向隔振弹簧的阻尼矩阵、F3表示y方向隔振弹簧的阻尼矩阵；fdi表示双机驱动双质体振动系统中电机的阻尼系数；步骤1-4、将获得的双机驱动双质体振动系统的总动能、总势能和总耗能带入拉格朗日方程中，获得双机驱动双质体振动系统的动力学模型；公式如下：其中，M1为双机驱动双质体振动系统的总质量，M1＝m01+m02+m1+m2；M2表示隔振质体的总质量，M2＝m01+m02+m2；JΨ表示双机驱动双质体振动系统的总转动惯量，JΨ＝J1+J2+(m01+m02)(r2+l02)，式中，l0表示偏心转子的质心到双机驱动双质体振动系统质心的距离；r表示两偏心转子的偏心半径；fψ＝fxl2+f2x1ly12+f2x2ly02+f2y1lx12，式中，fx表示振动弹簧在x方向的阻尼；f2x1表示x方向隔振弹簧在x方向的阻尼；f2x2表示y方向隔振弹簧在x方向的阻尼；l表示系统静止时振动弹簧的原长；ly0表示y方向的隔振弹簧与隔振质体的连接点到隔振质体质心的距离；ly1表示隔振弹簧与隔振质体的连接点到隔振质体质心在y方向的距离，lx1表示隔振弹簧与隔振质体的连接点到隔振质体质心在x方向的距离；f2xy＝f2x2ly0；f2x＝f2x1+f2x2；f2y＝f2y1+f2y2，式中，f2y1表示x方向的隔振弹簧在y方向的阻尼；f2y2表示y方向的隔振弹簧在y方向的阻尼；k2x＝k2x1+k2x2，式中，k2x1表示x方向的隔振弹簧在x方向的刚度；k2x2表示y方向的隔振弹簧在x方向的刚度；kψ＝kxl2+k2x1ly12+k2x2ly02+k2y1lx12，式中，kx表示振动弹簧在x方向的刚度；k2y1表示x方向的隔振弹簧在y方向的刚度；k2xy＝k2x2ly0；k2y＝k2y1+k2y2，式中，k2y1表示x方向的隔振弹簧在y方向的刚度；式中k2y2表示y方向的隔振弹簧在y方向的刚度；ky表示振动弹簧在y方向的刚度；Te1表示电机1电磁转矩；fd1表示电机1的阻尼系数；Te2表示电机2电磁转矩；fd2表示电机2的阻尼系数；β表示两偏心转子旋转中心与静止状态两质体质心的连线与x轴之间的夹角；步骤1-5、求解双机驱动双质体振动系统的动力学模型的稳态响应解；稳态响应解x、y1、y2的公式如下：其中，rm＝m01/m1；η＝m02/m01；表示激振器的平均相位；α表示两偏心转子相位差的一半；式中c1x＝η2nx2(1-nψ2)，d1x＝2η2ξψnψnx2，η2表示工作质体与系统总质量的质量比，a1＝(1-nx2)(1-nψ2)+4ξxξψnxnψ(τ1-1)-τ2，b1＝2ξxnx(1-2τ3-nψ2)+2ξψnψ(1-nx2)；τ1＝f2xy2/f2xfψ，τ2＝k2xy2/k2xkψ，τ3＝f2xyk2xy/f2x...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春雨，贺斌，闫明明，张义民，闻邦椿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21