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彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)功率、工作功率的分析與計(jì)算

關(guān)鍵詞：功率、做功、電機(jī)、頻率比、阻尼比、調(diào)試。

內(nèi)容摘要：通過彈簧變形所消耗能量，計(jì)算啟動(dòng)功率和工作功率。認(rèn)識(shí)做自由振動(dòng)衰減曲線，實(shí)測(cè)衰減振幅，計(jì)算阻尼比；很有必要。振動(dòng)機(jī)在調(diào)試時(shí)，改變K0，可以改變B　。

1.彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)與慣性式振動(dòng)系統(tǒng)的比較現(xiàn)在，鑄造行業(yè)廣泛應(yīng)用的振動(dòng)輸送機(jī)和振動(dòng)沸騰砂冷卻機(jī)均采用了慣性式

振動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；振動(dòng)頻率：960 次/分；振幅：不大于3.5 mm；振幅可調(diào)，為系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)；為過共振系統(tǒng)，頻率比在3—5之間；槽體受力大，槽體長度不大于6米；限制了長度大型化。停機(jī)時(shí)，不規(guī)則搖晃較大，給與之軟聯(lián)結(jié)部件帶來麻煩；例如：振動(dòng)沸騰砂冷卻機(jī)的鼓風(fēng)軟管和除塵罩。

彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)采用曲柄彈性連桿驅(qū)動(dòng)。振動(dòng)頻率：400-600 次/分；振幅不大于15 mm；為近共振系統(tǒng)；完成同樣的輸送功能，較慣性式振動(dòng)系統(tǒng)更節(jié)省電力；槽體受力小，槽體長度可大于6米；有利于大型化。停機(jī)平穩(wěn)，無不規(guī)則搖晃。

2、彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算

根據(jù)振動(dòng)機(jī)的使用要求，已知：振動(dòng)重量：W kg；振動(dòng)頻率：ω rad/s；振幅：B mm；振動(dòng)方向。在選定頻率比Ｚ、阻尼比之后，計(jì)算出：
 

3、啟動(dòng)功率 的計(jì)算

使用現(xiàn)場(chǎng)表明：振動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)的第一個(gè) ----曲柄由中點(diǎn)轉(zhuǎn)至止點(diǎn)，是最吃力的。用此時(shí)消耗的功，計(jì)算啟動(dòng)功率是可靠的。在此過程中，系統(tǒng)彈簧的變形量
 

啟動(dòng)功率公式與機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四(六)版不同。

4.工作功率的計(jì)算

振動(dòng)系統(tǒng)正常振動(dòng)時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過彈性連桿驅(qū)動(dòng)質(zhì)體做往復(fù)直線振動(dòng)。

質(zhì)體在振動(dòng)中，連桿彈簧的變形力平衡質(zhì)體所受介質(zhì)(空氣)的粘性阻尼。

4.1.質(zhì)體在正常振動(dòng)中的相位.速度和阻尼

 

由上表可以看出：質(zhì)體在振動(dòng)中，所受阻尼和速度均呈CosB圓弧曲線變化。符合振動(dòng)質(zhì)體所受阻尼與其運(yùn)動(dòng)速度成正比。在此過程中，質(zhì)體消耗功，可用 扇形面積代表；此扇形面積是彈簧變形呈線性變化時(shí)內(nèi)接直角的三角形面積的1.57倍。

4.2.如果連桿彈簧在振動(dòng)中，呈線性變形；此時(shí)做功：
 

實(shí)際情況是：連桿彈簧在振動(dòng)中的變形，呈圓弧曲線變化；其 消耗功是線性變化所消耗功的1.57倍；工作功率當(dāng)然也是的1.57倍。
 

工作功率公式與機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四(六)版相同；證明了手冊(cè)公式的正確。

5.功率計(jì)算實(shí)例
 

為了適應(yīng)彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)、工作狀態(tài)時(shí)，頻繁過載的特點(diǎn)，選用高轉(zhuǎn)差率六極電機(jī)，YH160M-6，7.5 KW電機(jī)一臺(tái)；而不是選用Y系列六極普通電機(jī)。

6、前面機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)例題的選擇參數(shù)：Z=0.87. =0.065時(shí)，參數(shù)的計(jì)算

K=4708 KN/m; =1512 KN/m;=25°;r=15.4 mm;進(jìn)一步計(jì)算出: Ne=6 KW;

N=4.8 KW?？梢赃x用YH160M—6,7.5KW電機(jī)一臺(tái);此外,還可以選用YH132M2—6,  

5.5KW電機(jī)一臺(tái)和YH100L-6，1.5KW電機(jī)一臺(tái)。啟動(dòng)時(shí)，用兩臺(tái)電機(jī)；啟動(dòng)之后，正常振動(dòng)時(shí)，停掉1.5 KW電機(jī)，用5.5 KW電機(jī)一臺(tái)驅(qū)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目標(biāo)。

7.實(shí)測(cè)衰減振幅，計(jì)算阻尼比  

由前面的計(jì)算表明：選用不同的頻率比和阻尼比，與之對(duì)應(yīng)的連桿彈簧剛度、相位差角、曲柄半徑、啟動(dòng)功率和工作功率也不同。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版單行本、第17—127頁的圖17-7-9，自由振動(dòng)衰減曲線，實(shí)測(cè)衰減振幅后，計(jì)算出的阻尼比：=0.0635。可見：阻尼比小于0.07是可能的；準(zhǔn)確使用阻尼比很有必要！

一臺(tái)振動(dòng)機(jī)確定了振動(dòng)重量W、振動(dòng)頻率、振幅B、振動(dòng)方向后，選定頻率比Z；再計(jì)算出主振彈簧剛度K和連桿彈簧剛度K。后，應(yīng)先組裝振動(dòng)槽體、主振彈簧、導(dǎo)向板彈簧和底架。接下來，做出振動(dòng)機(jī)的自由振動(dòng)衰減曲線；實(shí)測(cè)衰減振幅；計(jì)算出阻尼比。之后，再計(jì)算出：相位角差、曲柄半徑r、啟動(dòng)功率和工作功率；并選定電機(jī)。然后，完成振動(dòng)機(jī)整體制造、組裝。再進(jìn)行最后的調(diào)試。這一方案可用在振動(dòng)機(jī)定型試制中。對(duì)于非標(biāo)的單件生產(chǎn)的振動(dòng)機(jī)的阻尼比，可參考相近振動(dòng)機(jī)型的參數(shù)。

8、振動(dòng)輸送機(jī)的調(diào)試

振動(dòng)輸送機(jī)的使用功能在于保證振幅和頻率滿足要求。保證頻率是通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。振幅是否滿足要求，只能實(shí)測(cè)。若實(shí)測(cè)振幅不理想，可通過調(diào)整連桿彈簧剛度來改變振幅；也就是：根據(jù) ，加大K0，α減小，B增大；反之，減小K0,α增大,B減小。

參數(shù)資料：機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版單行本(第六版亦同)

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