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[摘 要]分析了混凝土预制件在振动台上成型的工作原理，采用端面式混沌激振器，建立了混沌振动台的动力学模型并进行运动分析，得出混沌振动台具有较宽的振动频率、较高的振动加速度、振幅和振动烈度，能增加被振混凝土预制件中各种物料与物料之间碰撞和拌合的机会并降低模具与物料之间的摩擦，具有更好的密实性和均匀性且效率高，对所加工的预制件原材料适应面宽等优势，最后通过实例分析证实了其有效性。
[关键词]振动台、混沌振动、激振器、混凝土预制件
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0112-01
本文提出了将端面式混沌激振器应用到振动台预制件成型机中，进行了建模与运动分析。由于混沌振动能随机产生能量较大的宽频振动，振动成型时能同时施加多种振动频率来适应骨料颗粒粒径大小不一的要求，实例分析也表明了对成型效果有本质影响的振动加速度、振幅和振动烈度等技术参数皆能有所提高，同时增加了被振混凝土混合物中各种物料与物料之间碰撞和拌合的机会并能降低模具与物料、物料与物料之间的摩擦，从而提高了预制件振动成型的密实效果和工作效率。与传统振动成型方法比较能有效地提高密实度和均匀性，这种装置已申请国家实用新型专利（一种混沌振动预制板件成型机，申请号为：201720348340.2）。
1 混沌振动台预制件成型机动力学模型
為研究方便，将单轴式的混沌振动台预制件成型机简化为动力学模型图，其中M为参加振动的总质量，包括振动台面、混凝土、振动器、模箱、托板等质量；K为系统总弹簧刚度（含隔振弹簧）；X、Y为振动台架含混凝土的水平和垂直位移；激振器为端面式混沌激振器。
端面式混沌激振器为在偏心轴上装配了两个可调整的偏心块。偏心块与偏心轴之间呈现周向滑动摩擦关系，且两偏心块之间又呈现端面滑动摩擦的关系。两偏心块套在同一偏心轴上，配合关系相同，因此在结构上得以简化，在加工、制造、装配上较易实现。该混沌激振器有较强的非几何性，自由度为3，能够产生混沌振动，已获实用新型专利（授权公告号为：CN202778923U）。
简化后的混沌振动激振器的力学模型见图1。激振器由偏心轴（OO1），偏心块1（O1C2）和偏心块2（O1C3）所组成。它们的转动中心分别为：O，O1；质心分别为C1、C2、C3；转角分别为φ0、φ1、φ2，其中φ0=ωt为刚性转角。
以φ1、φ2为广义坐标，设m1=m2=m3=m分别为偏心轴、偏心块1、2的质量，loc1=lo1c2=lo1c3=l，引入参量θ1、θ2则φ1=ωt+θ1、φ2=ωt+θ2并应用Lagrange方程结合混沌振动砌块成型机力学模型得系统的微分方程：
2 混沌振动砌块成型机运动仿真
由（1）解得振动体的运动方程为：
通过Matlab仿真，特定条件下模拟振动体的运动轨迹可以看出振动体轨迹为近圆运动且这种运动不规则、不确定，振动体的振动具有混沌性。
3 实例分析
实际应用中振动台预制件成型机采用双轴式，即采用两组转速相同、转向相反，相位差为零的混沌激振器，且2台驱动电机轴中心连线的中垂面通过机体重心。故在高速旋转过程中，由偏心质量产生的惯性力在水平方向互相抵消，在垂直方向互相叠加，使成型机振动台作垂直定向的高频振动。采用两个旋转方向相反的普通激振器，此时X方向的位移极小，可忽略不计，Y方向的位移与原料重力方向一致，有利于成型。
其中振动质量M=800kg，隔振弹簧刚度为K=31100kg/cm，两个激振器的名义转速分别为n1=n2=6592rpm；激振频率为109.5Hz；两个激振器的名义激振力分别为：F1=F2=21517.55N，总激振力F为43035N。计算分析结果为：振动台振幅A=0.225mm；振动台振动加速度a=10.9g；振动烈度为673cm2/s3系统所耗功率为：6.5KW。
将两个旋转方向相反的普通激振器改为两个条件相同的混沌激振器（取中间值），其余条件完全相同，计算结果为：振动台振幅A=0.228～0.428mm；振动台振动加速度a=11.1～18.3g；振动烈度为622～1428cm2/s3系统所耗功率为：7.2KW。计算结果出现参数在一定范围内变化，是由于混沌激振器在宽频率、随机状态下工作，从成型的密实度和均匀性考虑皆优越于传统的振动台。
4 结论
1、混沌振动激振器用于振动台预制件成型中能随机产生倍频能量较大的宽频振动从而施加多种振动频率来适应骨料颗粒粒径大小不一的要求。
2、成型过程中增加了被振混凝土混合物中各种物料与物料之间碰撞和拌合的机会并能降低模具与物料之间的摩擦，提高了预制件的密实成型效果和工作效率。
3、对成型效果有本质影响的技术参数例如振动加速度、振幅和振动烈度等皆有所提高。
4、将混沌振动技术引入到振动台预制件成型中是可行而且有效的，采用混沌振动成型的混凝土预制件的密实度、均匀性等较传统工艺能有较大改善。
参考文献
[1] 姚平喜，杨世春.砌块成型机振动密实机理初探[J].砖瓦，2009（2）：52-55.
[2] 陈宜通.混凝土机械[M].北京：中国建材工业出版社，2002.
作者简介
刘晓星（1962一03），男，副教授。工作单位：昆明理工大学机电工程学院。
[关键词]振动台、混沌振动、激振器、混凝土预制件
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0112-01
本文提出了将端面式混沌激振器应用到振动台预制件成型机中，进行了建模与运动分析。由于混沌振动能随机产生能量较大的宽频振动，振动成型时能同时施加多种振动频率来适应骨料颗粒粒径大小不一的要求，实例分析也表明了对成型效果有本质影响的振动加速度、振幅和振动烈度等技术参数皆能有所提高，同时增加了被振混凝土混合物中各种物料与物料之间碰撞和拌合的机会并能降低模具与物料、物料与物料之间的摩擦，从而提高了预制件振动成型的密实效果和工作效率。与传统振动成型方法比较能有效地提高密实度和均匀性，这种装置已申请国家实用新型专利（一种混沌振动预制板件成型机，申请号为：201720348340.2）。
1 混沌振动台预制件成型机动力学模型
為研究方便，将单轴式的混沌振动台预制件成型机简化为动力学模型图，其中M为参加振动的总质量，包括振动台面、混凝土、振动器、模箱、托板等质量；K为系统总弹簧刚度（含隔振弹簧）；X、Y为振动台架含混凝土的水平和垂直位移；激振器为端面式混沌激振器。
端面式混沌激振器为在偏心轴上装配了两个可调整的偏心块。偏心块与偏心轴之间呈现周向滑动摩擦关系，且两偏心块之间又呈现端面滑动摩擦的关系。两偏心块套在同一偏心轴上，配合关系相同，因此在结构上得以简化，在加工、制造、装配上较易实现。该混沌激振器有较强的非几何性，自由度为3，能够产生混沌振动，已获实用新型专利（授权公告号为：CN202778923U）。
简化后的混沌振动激振器的力学模型见图1。激振器由偏心轴（OO1），偏心块1（O1C2）和偏心块2（O1C3）所组成。它们的转动中心分别为：O，O1；质心分别为C1、C2、C3；转角分别为φ0、φ1、φ2，其中φ0=ωt为刚性转角。
以φ1、φ2为广义坐标，设m1=m2=m3=m分别为偏心轴、偏心块1、2的质量，loc1=lo1c2=lo1c3=l，引入参量θ1、θ2则φ1=ωt+θ1、φ2=ωt+θ2并应用Lagrange方程结合混沌振动砌块成型机力学模型得系统的微分方程：
2 混沌振动砌块成型机运动仿真
由（1）解得振动体的运动方程为：
通过Matlab仿真，特定条件下模拟振动体的运动轨迹可以看出振动体轨迹为近圆运动且这种运动不规则、不确定，振动体的振动具有混沌性。
3 实例分析
实际应用中振动台预制件成型机采用双轴式，即采用两组转速相同、转向相反，相位差为零的混沌激振器，且2台驱动电机轴中心连线的中垂面通过机体重心。故在高速旋转过程中，由偏心质量产生的惯性力在水平方向互相抵消，在垂直方向互相叠加，使成型机振动台作垂直定向的高频振动。采用两个旋转方向相反的普通激振器，此时X方向的位移极小，可忽略不计，Y方向的位移与原料重力方向一致，有利于成型。
其中振动质量M=800kg，隔振弹簧刚度为K=31100kg/cm，两个激振器的名义转速分别为n1=n2=6592rpm；激振频率为109.5Hz；两个激振器的名义激振力分别为：F1=F2=21517.55N，总激振力F为43035N。计算分析结果为：振动台振幅A=0.225mm；振动台振动加速度a=10.9g；振动烈度为673cm2/s3系统所耗功率为：6.5KW。
将两个旋转方向相反的普通激振器改为两个条件相同的混沌激振器（取中间值），其余条件完全相同，计算结果为：振动台振幅A=0.228～0.428mm；振动台振动加速度a=11.1～18.3g；振动烈度为622～1428cm2/s3系统所耗功率为：7.2KW。计算结果出现参数在一定范围内变化，是由于混沌激振器在宽频率、随机状态下工作，从成型的密实度和均匀性考虑皆优越于传统的振动台。
4 结论
1、混沌振动激振器用于振动台预制件成型中能随机产生倍频能量较大的宽频振动从而施加多种振动频率来适应骨料颗粒粒径大小不一的要求。
2、成型过程中增加了被振混凝土混合物中各种物料与物料之间碰撞和拌合的机会并能降低模具与物料之间的摩擦，提高了预制件的密实成型效果和工作效率。
3、对成型效果有本质影响的技术参数例如振动加速度、振幅和振动烈度等皆有所提高。
4、将混沌振动技术引入到振动台预制件成型中是可行而且有效的，采用混沌振动成型的混凝土预制件的密实度、均匀性等较传统工艺能有较大改善。
参考文献
[1] 姚平喜，杨世春.砌块成型机振动密实机理初探[J].砖瓦，2009（2）：52-55.
[2] 陈宜通.混凝土机械[M].北京：中国建材工业出版社，2002.
作者简介
刘晓星（1962一03），男，副教授。工作单位：昆明理工大学机电工程学院。