一种四机驱动双质体振动冲击破碎机及其参数确定方法技术

本发明专利技术专利属于振动破碎技术领域，一种四机驱动双质体振动冲击破碎机的参数确定方法，该破碎机的动力学模型包括两个质体、四个激振器及两组弹簧，两质体间、质体与基座间分别装有橡胶垫，质体1通过弹簧1与质体2连接，同时，质体2通过弹簧2连接在地基上；激振器1与激振器2对称设置于同一质体上，激振器3与激振器4对称设置于另一质体上；激振器1与激振器4同向回转，激振器2与激振器3同向回转，在同一质体上的两个激振器反向运动；整个系统只在x方向上产生位移；主要应用振动同步理论，获得该系统的同步性及稳定性判据，得出了该模型的合理工作点，并为工程中实际振动系统的振动同步问题提出了理论依据，并最终实现其工程应用价值。

A Four-Machine Driven Dual-Body Vibration Impact Crusher and Its Parameter Determination Method

The patent of the invention belongs to the technical field of vibration crushing. A method for determining the parameters of a four-machine driven double-mass vibration impact crusher is presented. The dynamic model of the crusher includes two plastids, four exciters and two sets of springs. Rubber cushions are installed between the two plastids, between the plastids and the base respectively. The plastid 1 is connected with the plastid 2 through the spring 1, while the plastid 2 is connected to the foundation through the spring 2. The exciter 1 and 2 are symmetrically located on the same mass, the exciter 3 and 4 are symmetrically located on the other mass; the exciter 1 and 4 rotate in the same direction, the exciter 2 and 3 rotate in the same direction, and the two exciters move in the same mass; the whole system only generates displacement in the X direction; the synchronization theory is mainly applied to obtain the synchronization and synchronization of the system. Based on the stability criterion, the reasonable working point of the model is obtained, and the theoretical basis for the vibration synchronization of the actual vibration system in engineering is put forward. Finally, the engineering application value of the model is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种四机驱动双质体振动冲击破碎机及其参数确定方法
本专利技术属于振动破碎装置
，涉及一种基于四机驱动双质体振动冲击破碎机及其参数确定方法。
技术介绍
在振动破碎领域，很多设备已经应用到工程实际中，而本专利提出一种新的振动冲击破碎设备模型。其自动化程度高，拥有较高的破碎效率，经济性能有所提高。本专利以双质体四机驱动动力学模型为研究对象，应用平均法和哈密顿最小作用量的原理，分别得到四激振器最终实现同步的同步性判据，分析了系统实现同步的耦合机理，定义了同步性和稳定性能力系数，数值方面，给出了两质体相对运动的幅-频曲线关系、系统同步能力系数曲线及稳定性系数，界定出系统处于不同共振区间下的三类相位关系：激振器间、质体间以及质体与激振器间的相位关系。而三类相位关系就是机械设备最终功能的体现。仿真方面，验证了数值结论的正确性。通过对仿真区域进行特性分析，选择适合工程实际的稳定区域，这样可根据双质体四机驱动振动同步理论为新型、高效率、大破碎量的振动冲击破碎设备的研制开发提供理论指导。普通的振动破碎机有如下问题：1.单个激振器，或者双激振器驱动设备工作时，要求较大功率的激振器，使得激振器自身体积增大，从而对激振器的技术要求提高，成本大幅提高。2.单一质体或单、双激振器，相对于双质体四机驱动来说能量利用率低，不符合国家节能减排的要求。随着振动理论的不断完善，需要依照先进的振动原理设计一款性能完善，符合要求的振动冲击破碎机，使其既提升生产率又提高能源的利用率，并且实现自动化。
技术实现思路
专利技术目的：针对目前振动破碎设备存在的使用大功率激振器、破碎率低、耗能等弊端，本专利技术提出了双质体四机驱动振动冲击破碎机的设计方法，理论上论述了该动力学模型的同步性条件及同步状态下的稳定性判据，并通过仿真分析验证数值分析的正确性，最终确定了系统的合理工作区域，以实现运动类型为线性往复运动，进而，为新型、破碎率高、破碎量大的振动冲击破碎机的研制开发提供理论指导。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种四机驱动双质体振动冲击破碎机的参数确定方法，该破碎机的动力学模型包括：两个质体、四个激振器及两组弹簧，两质体间、质体与基座间分别装有橡胶垫，质体1通过弹簧1与质体2连接，同时，质体2通过弹簧2连接在地基上；激振器1与激振器2对称设置于同一质体上，激振器3与激振器4对称设置于另一质体上；激振器1与激振器4同向回转，激振器2与激振器3同向回转，在同一质体上的两个激振器反向运动；整个系统只在x方向上产生位移；所述激振器的参数确定方法，包括如下步骤：步骤1,动力模型的建立振动系统动力学模型如图1所示，安装在电机上的四个不平衡转子的转角分别为两个质体的运动方向被限制在x方向，并分别用x1和x2表示，基于拉格朗日方程振动系统的运动微分方程如下：其中M1＝m1+m01+m02；M2＝m2+m03+m04；M＝M1+M2；Joi＝m01r12,i＝1,2；Joi＝m02r22,i＝3,4；r1＝r2＝r；式中，m1——质体1质量；m2——质体2质量；m01——质体1上激振器1,2质量；m02——质体2上激振器3,4质量；ri——激振器偏心距(i＝1,2)；k1x,k2x——x方向上弹簧刚度；f1x,f2x——x方向上阻尼系数。Joi——激振器i的转动惯量(i＝1,2,3,4)；——激振器i的相位角(i＝1～4)；——激振器i的角速度(i＝1～4)；——激振器i的角加速度(i＝1～4)；设不平衡转子的质量为：m01＝m0；m02＝ηm0。四个不平衡转子的平均相位为2α1、2α2、2α3分别为不平衡转子两两之间的相位差，其关系如下因此有在振动系统运动过程中，假设不平衡转子一段时间后达到同步，并且其同步角速度则在稳定状态下有当系统在稳态下同步运转时，不平衡转子的平均角加速度很小，即将式(3)代入式(1)的前两个方程中，并忽略f2x(相对其他参数，f2x很小)，因此得在式(4)和(5)中，系统的弹簧刚度k2x＜＜k1x，则M1'＝M1,在稳定状态下，振动系统中各不平衡转子的同步角速度满足对式(4)和(5)进行变换，并结合式(2)，最终获得x方向两质体相对运动微分方程如下。其中x12＝x1-x2m是振动系统的诱导质量。根据式(6)，易得两质体相对运动固有频率(也叫主振系统固有频率)ω0以及稳态下的响应，其表达式如下其中对于小阻尼的振动机，在工程上有f1x＝2ξ1xmω0，且一般有ξ1x≤0.07。根据式(8)，不难得出当振动频率达到共振点时(即ωm0＝ω0)，A21的值达到最大。这表明ω0是x方向上两个质体具有反相位相对运动的固有频率。通过求解响应表达式的极值，两质体反相位相对运动的响应幅值λ21可得出反相位相对运动响应幅值λ12在工程中具有很大应用价值。步骤2,系统同步性分析根据式(1)中前两个方程，通过传递函数法求得稳态下两质体的响应其中将式(1)前两个方程写成矩阵形式，得到两质体的耦合矩阵及特征方程。其中M为惯性耦合矩阵，K为刚度耦合矩阵，Δ(ω2)为特征方程。令特征方程的值等于0，则有ω4M1M2-ω2M1k2x-ω2M1k1x-ω2M2k1x+k1xk2x＝0(12)求解式(12)，可以得到两质体在x方向上的两个固有频率在实际工程中，隔振弹簧刚度k2x远远小于主振弹簧刚度k1x，因此忽略ω'inv中的k2x，则有ω'inv≈ω0，这表明ω'inv是x方向上两个质体具有反相位相对运动的固有频率。很明显，ω'sa是x方向上两个质体具有同相位相对运动的固有频率。当激振器达到同步运转，同步角速度将(10)式中x1、x2对时间t求二阶导后，将其代入(1)式后四个方程中，同时结合式(2)，并在0～2π对积分取均值，整理后，四电机的平衡方程如下。其中其中为电机i的输出电磁力矩，Tu为标准激振子的动能。在积分过程中，2α1、2α2、2α3随时间的变化量相比于随时间的变化量来说很小，因此可认为2α1、2α2、2α3为慢变参数，可用其积分中值代替。设ΔT0ij(ij＝12,23,34,13,24,14)为电机i,j的输出电磁力矩之差，则有整理后，得其中为电机i,j之间无量纲耦合力矩，其约束函数为因此得到三个不平衡转子的同步判据为式(44)～(49)可以被描述为：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(14)中各式相加，变换后得则为三电机平均无量纲载荷力矩，其约束函数为了进一步分析系统的同步性能力，定义同步能力系数ζij(ij＝12,23,34,13,24,14)，且有一般来说，同步能力系数越大，振动系统的同步能力越强，系统越容易达到同步。步骤3，推导稳定性条件振动系统的动能(T)和势能(V)如下单周期内振动系统的振动系统的动能和势能由此可得出其中单周期内振动系统的Hamilton平均作用量为振动系统同步状态中的稳定相位差解应对应Hamilton平均作用量极小值点，I的Hessen矩阵H同步稳定节的邻域内正定。I的Hessen矩阵H如下其中若I的Hesse矩阵正定，则式(57)应满足H1＝d11>0(64)H2＝d11d22-d12d21>0(65)H3＝d11d22d33+d12d23d31+d13d21d32-d11d本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四机驱动双质体振动冲击破碎机的参数确定方法，其特征在于，该破碎机的动力学模型包括：两个质体、四个激振器及两组弹簧，两质体间、质体与基座间分别装有橡胶垫，质体1通过弹簧1与质体2连接，同时，质体2通过弹簧2连接在地基上；激振器1与激振器2对称设置于同一质体上，激振器3与激振器4对称设置于另一质体上；激振器1与激振器4同向回转，激振器2与激振器3同向回转，在同一质体上的两个激振器反向运动；整个系统只在x方向上产生位移；所述激振器的参数确定方法，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安装在电机上的四个不平衡转子的转角分别为

【技术特征摘要】
1.一种四机驱动双质体振动冲击破碎机的参数确定方法，其特征在于，该破碎机的动力学模型包括：两个质体、四个激振器及两组弹簧，两质体间、质体与基座间分别装有橡胶垫，质体1通过弹簧1与质体2连接，同时，质体2通过弹簧2连接在地基上；激振器1与激振器2对称设置于同一质体上，激振器3与激振器4对称设置于另一质体上；激振器1与激振器4同向回转，激振器2与激振器3同向回转，在同一质体上的两个激振器反向运动；整个系统只在x方向上产生位移；所述激振器的参数确定方法，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安装在电机上的四个不平衡转子的转角分别为两个质体的运动方向被限制在x方向，并分别用x1和x2表示，基于拉格朗日方程振动系统的运动微分方程如下：其中M1＝m1+m01+m02；M2＝m2+m03+m04；M＝M1+M2；Joi＝m01r12,i＝1,2；i＝3,4；r1＝r2＝r；式中，m1——质体1质量；m2——质体2质量；m01——质体1上激振器1,2质量；m02——质体2上激振器3,4质量；ri——激振器偏心距(i＝1,2)；k1x,k2x——x方向上弹簧刚度；f1x,f2x——x方向上阻尼系数。Joi——激振器i的转动惯量(i＝1,2,3,4)；——激振器i的相位角(i＝1～4)；——激振器i的角速度(i＝1～4)；——激振器i的角加速度(i＝1～4)；设不平衡转子的质量为：m01＝m0；m02＝ηm0；四个不平衡转子的平均相位为2α1、2α2、2α3分别为不平衡转子两两之间的相位差，其关系如下因此有在振动系统运动过程中，假设不平衡转子一段时间后达到同步，并且其同步角速度则在稳定状态下有获得x方向两质体相对运动微分方程如下：其中x12＝x1-x2m是振动系统的诱导质量；根据式(6)，易得两质体相对运动固有频率ω0以及稳态下的响应，其表达式如下其中通过求解响应表达式的极值，两质体反相位相对运动的响应幅值λ21可得出步骤2,获得系统同步性条件根据式(1)中前两个方程，通过传递函数法求得稳态下两质体的响应其中d＝(f1x+f2x)ωm0,e＝k1x,f＝f1xωm0,将式(1)...

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