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彈性連桿振動系統的啟動功率、工作功率的分析與計算

關鍵詞：功率、做功、電機、頻率比、阻尼比、調試。

內容摘要：通過彈簧變形所消耗能量，計算啟動功率和工作功率。認識做自由振動衰減曲線，實測衰減振幅，計算阻尼比；很有必要。振動機在調試時，改變K0，可以改變B　。

1.彈性連桿振動系統與慣性式振動系統的比較現在，鑄造行業廣泛應用的振動輸送機和振動沸騰砂冷卻機均采用了慣性式

振動系統。該系統采用振動電機驅動；振動頻率：960 次/分；振幅：不大于3.5 mm；振幅可調，為系統的優點；為過共振系統，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。停機時，不規則搖晃較大，給與之軟聯結部件帶來麻煩；例如：振動沸騰砂冷卻機的鼓風軟管和除塵罩。

彈性連桿振動系統采用曲柄彈性連桿驅動。振動頻率：400-600 次/分；振幅不大于15 mm；為近共振系統；完成同樣的輸送功能，較慣性式振動系統更節省電力；槽體受力小，槽體長度可大于6米；有利于大型化。停機平穩，無不規則搖晃。

2、彈性連桿振動系統參數的計算

根據振動機的使用要求，已知：振動重量：W kg；振動頻率：ω rad/s；振幅：B mm；振動方向。在選定頻率比Ｚ、阻尼比之后，計算出：
 

3、啟動功率 的計算

使用現場表明：振動系統啟動的第一個 ----曲柄由中點轉至止點，是最吃力的。用此時消耗的功，計算啟動功率是可靠的。在此過程中，系統彈簧的變形量
 

啟動功率公式與機械設計手冊第四(六)版不同。

4.工作功率的計算

振動系統正常振動時，曲柄轉動，通過彈性連桿驅動質體做往復直線振動。

質體在振動中，連桿彈簧的變形力平衡質體所受介質(空氣)的粘性阻尼。

4.1.質體在正常振動中的相位.速度和阻尼

 

由上表可以看出：質體在振動中，所受阻尼和速度均呈CosB圓弧曲線變化。符合振動質體所受阻尼與其運動速度成正比。在此過程中，質體消耗功，可用 扇形面積代表；此扇形面積是彈簧變形呈線性變化時內接直角的三角形面積的1.57倍。

4.2.如果連桿彈簧在振動中，呈線性變形；此時做功：
 

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

工作功率公式與機械設計手冊第四(六)版相同；證明了手冊公式的正確。

5.功率計算實例
 

為了適應彈性連桿振動系統啟動、工作狀態時，頻繁過載的特點，選用高轉差率六極電機，YH160M-6，7.5 KW電機一臺；而不是選用Y系列六極普通電機。

6、前面機械設計手冊例題的選擇參數：Z=0.87. =0.065時，參數的計算

K=4708 KN/m; =1512 KN/m;=25°;r=15.4 mm;進一步計算出: Ne=6 KW;

N=4.8 KW?？梢赃x用YH160M—6,7.5KW電機一臺;此外,還可以選用YH132M2—6,  

5.5KW電機一臺和YH100L-6，1.5KW電機一臺。啟動時，用兩臺電機；啟動之后，正常振動時，停掉1.5 KW電機，用5.5 KW電機一臺驅動。從而實現節電的目標。

7.實測衰減振幅，計算阻尼比  

由前面的計算表明：選用不同的頻率比和阻尼比，與之對應的連桿彈簧剛度、相位差角、曲柄半徑、啟動功率和工作功率也不同。對機械設計手冊第四版單行本、第17—127頁的圖17-7-9，自由振動衰減曲線，實測衰減振幅后，計算出的阻尼比：=0.0635?？梢姡鹤枘岜刃∮?.07是可能的；準確使用阻尼比很有必要！

一臺振動機確定了振動重量W、振動頻率、振幅B、振動方向后，選定頻率比Z；再計算出主振彈簧剛度K和連桿彈簧剛度K。后，應先組裝振動槽體、主振彈簧、導向板彈簧和底架。接下來，做出振動機的自由振動衰減曲線；實測衰減振幅；計算出阻尼比。之后，再計算出：相位角差、曲柄半徑r、啟動功率和工作功率；并選定電機。然后，完成振動機整體制造、組裝。再進行最后的調試。這一方案可用在振動機定型試制中。對于非標的單件生產的振動機的阻尼比，可參考相近振動機型的參數。

8、振動輸送機的調試

振動輸送機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機構實現的。振幅是否滿足要求，只能實測。若實測振幅不理想，可通過調整連桿彈簧剛度來改變振幅；也就是：根據 ，加大K0，α減小，B增大；反之，減小K0,α增大,B減小。

參數資料：機械設計手冊第四版單行本(第六版亦同)

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