反共振振动筛的振幅稳定性控制

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  摘 要:针对传统大型振动筛箱侧板易折断、振动量大、隔振效果差等一系列问题,提出了反共振振动筛的设计思想,通过建立反共振振动筛力学模型实现动力学分析,从而提升筛箱的稳定性控制。本文基于PID控制策略来控制反共振振动筛幅值的稳定性,并通过优化方法模拟调幅系统,进行仿真测试,经测试后所提出的控制方法具有明显效果,能够促使幅值稳定控制效果满意,以得到反共振振动筛的响应幅值。
  关键词:反共振振动筛;振幅稳定性;控制
  近年来,传统大型振动筛在中国煤厂中得到广泛的应用,它是分离和分类操作的主要载体,但在包装上很容易造成筛盒侧面破裂,不仅会增加振动质量,还会降低震动效果。反共振振动筛的振幅稳定性控制是一种新型振动模型,当反共振振动筛的振动频率达到一定值时,振动的自由度是静态的,在此影响下,本文基于振动筛力学模型建立了控制系統,并通过仿真分析了反共振振动筛控制系统的缺点,通过使用PID控制策略,解决PID参数调整和优化的问题,从而为实际的控制系统建立提供理论基础。
  一、反共振振动筛关键技术研究
  反共振振动筛具有重量轻,隔振效果好等一系列优点,但目前,反共振振动筛在实际应用期间仍存在一些关键的技术尚未解决问题,这些问题的存在都会严重影响反共振振动筛的推广,通过对关键问题进行具体分析后发现:
  (1)反共振振动筛的振幅稳定性控制理论主要是通过机电仿真方法的使用,能够进一步有效分析质量弹簧系统,动力分析后可以发现其中存在共振现象和反共振现象,而反共振振动筛的研究下可以发现,包括如隔振振动机和双质量反共振隔振机。经动力学分析,基于计算机仿真试验证明,反共振振动筛传递的基础动载荷会小于传递的动载荷,二次隔振整机的重量小于普通二次隔振机。
  (2)反共振振动筛的振幅稳定性系统应该将原点反共振振动筛作为主要分析内容,比较上下质量体内存在的振幅,使用“反共振点在两个共振点中间”“反共振时上部质量体的最小振幅”“以上两种综合方法”三种方法,通过三种方法的建立能够进行计算机仿真实验模式。
  (3)反共振振动筛的振幅稳定性控制期间需要考虑材料质量的随机波动性,当反共振振动筛上下质量体不同参数和材料质量平均值发生变化时,对材料质量随机波动进行研究,可以发现振动对振动机上、下质量幅值的影响,以及材料质量随机波动对上、下质量幅值的调节,会在一定程度上提高反共振振动筛的设计水平。
  (4)反共振振动筛的振幅稳定性控制可以基于惯性反共振振动筛的机电耦合建模与求解,建立反共振状态同步准则和同步传输准则,经准则分析研究后可以发现,基于反共振情况下能够有效实现振动同步的目标,其同步指标总是比同步传输指标大。
  (5)反共振振动筛的振幅稳定性控制在处理能力阶梯式变化等特殊场合,提出了三种反共振振动筛的方案,反共振振动筛分析后可以发现上下质量情况,在上下质量分析能够进一步保证振动稳定的控制,并经过常规实验研究之后,能够制作一个反共振幅度控制的测试系统,这种测试系统具有明显作用,主要以模糊自调节设置P1D参数控制器为核心,该控制方法具有有效性的特点,能够提升实用价值[1]。
  (6)反共振振动筛在常规分析之后,可以总结出其振幅的稳定性控制结果,稳定性控制理论应用在生产实践期间,能够利用虚拟样机技术使抗谐振式振动筛坚固、结实,最终,开发世界上第一个反共振振动筛。试验表明,当反共振振动筛系统设计的所有技术指标都能够达到应有的要求期间,就可以起到隔振效果好,同步性能良好,起停非常稳定,振幅随材料波动很小等特点,目前来说,该成果已申请了国家发明专利。
  二、反共振振动筛的利用工程
  反共振振动筛所产生的振动并不一定都是有益的,例如由于旋转机械的静态或动态不平衡等情况的发生,会致使反共振振动筛在工作过程会产生惯性力,从而引起机器车身出现振动的情况,在机器车身震动中可以将动态载荷进行传递,经传递之后就会引起振动现象,这种震动具有有害性特点。机床在对工件的加工会促使刀具和工件之间产生一定程度的摩擦情况,从而引起一定程度的振动,而在火车辆和飞机等在行驶期间产生的各种振动情况,就会促使乘客感到一定程度的不舒适,且桥梁也将在动态载荷作用下振动[2]。自人们开始研究抗振动技术初期,已经逐渐完成了多种研究分析,通过研究振动现象的出现特征与实际情况,可以找针对的固有规律特性,基于固有规律分析后能够对其有效利用,进而提升反共振振动筛在应用期间的重大济效益。
  三、反共振振幅稳定性控制理论与应用
  (一)反共振振幅稳定性控制理论
  反共振振动筛振幅稳定性控制中所存在的共振和反共振属于两种模式,这两种模式具有相反属性。反共振振动筛振幅稳定性控制期间其原点共振振动筛的上筛面是平直的筛面,箱体安装倾斜角度为10°,芯块沿相反方向旋转可以产生线性激振力,表面位置是可调的,通过对反共振振动筛结构模型研究证明,反共振振动筛单向振幅可以稳定在45mm,筛箱质量发生很小的变化,也会影响激励频率,最终导致上下波动质体振幅的变化,PID控制技术可用于反共振动振动筛监测上,处理完信号后改变电动机励磁频率,从而制成反共振振动筛,以进一步实现幅度的稳定控制,该方法很简单,控制效果好。
  (二)反共振振幅稳定性控制应用
  1.减振技术的应用
  反共振振动筛动态减震器的研究已经经过了很长时间,在过去十年中,学者们通过对动态减震器进行研究,已经取得了一定程度的实际研究成果[4]。一般来说,动态减震器与系统共振是紧密相连的,例如,曲柄活塞式动力机械设备处于一定的激励频率,为了消除或减少主体结构的上下振动,可以在主体系统特定部分增加一个附加组件,在附加组件的增加中可以促使主系统和子系统之间连接点产生原始共振,这种原始共振的出现可以逐渐转变为反共振,主要目的是为了可以减少振动情况[5]。反共振振幅稳定性控制期间可以使用一组动态减震器,只要激励频率与平台上任何子系统反谐振频率一致,就可以造成强迫振动。近年来,随着国内外对相关内容的研究可以发现,国外已经逐渐开始加强对振动器的使用,主要是使用弹性体结构的方式起到动态减震器的作用,弹性体具有无限数量的共振和反共振频率,可以设计出满足各种需求的振动器,以达到降低振动的目的。   2.模态分析技术的应用
  反共振振动筛振幅稳定性控制期间所应用的模态分析技术,在机械领域频率响应函数测试中可以起到较好的效果,但是在实际应用期间,可能会出现一些错误的指令,针对这些错误指令的发生可以使用反共振理论将问题及时解决。本文主要根据阻尼系统反共振理论进行研究,在研究期间需要注意的是两个相邻的共振峰之间必须有一定现象,这种现象就是一个反共振点的出现,在模态分析中具有反共振点可以根据峰值判断顺序,在多种因素影响下,如果缺少阶次和虚假模式时就会导致很难判断[6]。如果两个相邻谐振点之间没有反谐振点,则可以将两个相邻谐振点视为虚点,如果在两个相邻谐振点之间有两个或更多个反谐振点,就可以认为存在两个相邻谐振点现象,并在总结之后做好相关现场测试,这种现场测试的方案能够及时发现泄漏现象,并针对泄露及时采用相关的解决方案。机械工程模态测试一般都是小型阻尼系统模式,这种识别方法可以为我们提供一种新的模态分析,在分析过程中,可以使用不同的方法从不同方面更准确地识别模态。
  3.隔振技术的应用
  反共振振动筛的振幅稳定性控制具有一定特点,在提升隔振技术效果期间可以根据反共振理论进行设计,在设计反共振隔振装置之后可以有效解决出现的振动问题,在航空领域应用中,可以极大程度提升乘员和飞行员在航行中的舒适度。同时,在隔振技术应用中可以采用一种新型的隔振装置,这种隔振装置主要是转子/机身隔振,通过隔振装置的应用不仅可以起到聚焦隔振器的隔振功能,还可以在隔振技术的应用中增加隔离的垂直激励力,进而起到极好的隔振功能,在反共振振动筛的振幅稳定性控制期间,应该隔振技术能够具有适应性强的特点,还可以确保能够具有较高的可靠性。
  4.振动机械的应用
  反共振振动筛的振幅稳定性控制通过反共振振动筛理论,可以发现反共振振动筛和交叉点反共振振动筛两组模式。实际上,现有振动筛都可以根据反共振理论进行设计,已广泛用于光学、电气和声学技术中,在工程实践中出现的噪声抑制消声器,可以根据反共振原理设计双层微孔板吸声结构,具有良好的吸声效果。
  四、反共振振动筛的振幅稳定性控制模型建立
  反共振振动筛在对振幅稳定性控制期间,应做好稳定性控制的模型,具体建立的模型如图1所示,其中振动筛主要工作的部分是上部质量块,而下部质量配备有惯性振动激励器。当系统具有原点反共振时,由于传递函数力矩,振动筛为自由度振动系统矩阵和广义导纳矩阵,在频域中系统继承的定义分别为单谐激励力和上下质量的位移输出,分析后所得到系统两个传递函数是由信号发生器产生的,所产生的系统主要为正弦信号激励系统,当模块内振幅为4mm时,需要记下此时振幅值,即偏差核心模块产生的激振力振幅,并可以基于该值计算偏心块的质量。
  五、基于MATLAB/NCD工具箱的振幅稳定性控制
  反共振振动筛的振幅稳定性控制中基于MATLAB/NCD工具箱的振幅稳定性控制是成熟的技术,该技术的使用原理简单,最大优势是在实际应用期间并不需要进行研究,只有获得一定良好控制参数就足以,而不用将受控对象的具体数字模型进行了解。目前而言,实际工程测试的参数主要是积分参数内容,应用PD控制标准的数学模型能够构建系统仿真的模式,具体仿真控制框架图如图2所示,基于MATLAB/NCD工具箱振幅稳定控制期间应确保峰值处于稳定,只有确保峰值稳定才能够在控制模块中添加驱动限制器,并进行仿真系统分析,经仿真后输出振幅曲线分析,就可以有效从振幅曲线上了解具体振幅情况,通过及时调整各个环节内的参数情况,进而做好振幅的稳定性控制,进而满足稳定控制的实际需求。基于此,本文研究分析中,主要的幅度控制系统内会包含非线性系统,在非线性优化模块使用期间能够优化控制系统中PID参数设计,从而进一步集成非线性系统控制器,这种控制器主要是表现在表面之上,通过优化设计的应用可以确保优化后的设计能够在仿真功能内具有结果准确的特点,如果系统存在不确定性,也可以使用NCD模块设计坚固的控制器,其中,非線性模块连接到系统的输出端,需要设置相应性能并进行调整变量的偏差,从而获取上部质体振幅输出曲线,并将其放大并显示,如图3所示,可以看出,PID控制系统的输出效果非常好,因此,优化控制系统的PID参数设计尤为重要。
  六、反共振振动筛的振幅稳定性控制的应用
  反共振振动筛振幅稳定性控制期间,首先应该做好仔细分析,目前大型的振动给料机已经得到广泛的应用,主要用在矿山中,在矿山应用中能够使用新推出的大型振动给料机,在给料机应用后能够有效减少安装的供料器数量,通过简化生产过程,能够有效提高生产操作效率,目前而言,大型振动筛分机也在不断发展,我国使用的最大筛分机宽度为5m,长度为9m或更长,振动式离心脱水机是煤矿必备的脱水设备。反共振振动筛的振幅稳定性控制的主要难点是要求车身应该有一定的刚度特性,只有基于刚度特性视角下才可以具备良好稳定性特点,所具备的隔振效果能够最大程度减小传递到基础的动态载荷,而反共振振动筛的使用优势为:
  (1)反共振振动筛上部质量体是工作体,但是在下部质量体上安装了激振器,这大大简化了工作体的结构,振动质量可以减小30%,并且激振力可以相应地减小,激振器在下部质量体上一般不会出现振动的情况,所存在灵活性的特点能够将整机可能出现的噪声情况,极大程度降低。
  (2)反共振振动筛的振幅稳定性控制的应用,可以起到较好的隔振效果,通过具体分析可以发现,反共振隔振屏在实际应用期间所产生的隔振效果,将会远优于单质量隔振屏。
  (3)由于反共振振动筛的振幅稳定性控制上部质量体减少了激励器的质量,就需要在激励器周围加强质量。
  (4)由于反共振振动筛的振幅稳定性控制的激振力降低了30%,因此,驱动电机所产生的功率也将出现极大程度的降低,在降低期间也可以起到明显的节能效果,停止时由于振动质量突然增加30%,相应的振幅会在共振后突然减小,振幅可降低30%。
  (5)反共振振动筛的振幅稳定性控制期间可以通过降低整机的高度,起到良好的隔振效果,工程造价方面,由于上部质量体不受激振力的直接影响,因此可以延长其寿命。
  (6)反共振振动筛的振幅稳定性控制期间可以易于模块化设计,这种模块化设计方式能够及时将容易受损的部件进行更换,进而提高操作可靠性要求,我国在隔振方面研究中主要依靠引进国外产品进行操作,很少有独立创新,而反共振振动筛是一项原始的创新,很容易进入市场。
  七、结语
  反共振振动筛的振幅稳定性控制是能够提升反振动效果的有效方案,本文在设计期间主要是基于反共振振动筛力学模型,从而提出一种PID控制策略,并在此基础上进行一定程度的在线调整和优化方案。本次研究中可以发现,振幅控制系统在应用反共振振动筛期间,可以提升振幅的稳定性控制特点,从而进一步获得系统幅频特性曲线。
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