弹性连杆振动系统的启动功率、工作功率的分析与计算

关键词：功率、做功、电机、频率比、阻尼比、调试。

内容摘要：通过弹簧变形所消耗能量，计算启动功率和工作功率。认识做自由振动衰减曲线，实测衰减振幅，计算阻尼比；很有必要。振动机在调试时，改变K0，可以改变B　。

1.弹性连杆振动系统与惯性式振动系统的比较现在，铸造行业广泛应用的振动输送机和振动沸腾砂冷却机均采用了惯性式

振动系统。该系统采用振动电机驱动；振动频率：960 次/分；振幅：不大于3.5 mm；振幅可调，为系统的优点；为过共振系统，频率比在3—5之间；槽体受力大，槽体长度不大于6米；限制了长度大型化。停机时，不规则摇晃较大，给与之软联结部件带来麻烦；例如：振动沸腾砂冷却机的鼓风软管和除尘罩。

弹性连杆振动系统采用曲柄弹性连杆驱动。振动频率：400-600 次/分；振幅不大于15 mm；为近共振系统；完成同样的输送功能，较惯性式振动系统更节省电力；槽体受力小，槽体长度可大于6米；有利于大型化。停机平稳，无不规则摇晃。

2、弹性连杆振动系统参数的计算

根据振动机的使用要求，已知：振动重量：W kg；振动频率：ω rad/s；振幅：B mm；振动方向。在选定频率比Ｚ、阻尼比之后，计算出：
 

3、启动功率 的计算

使用现场表明：振动系统启动的第一个 ----曲柄由中点转至止点，是最吃力的。用此时消耗的功，计算启动功率是可靠的。在此过程中，系统弹簧的变形量
 

启动功率公式与机械设计手册第四(六)版不同。

4.工作功率的计算

振动系统正常振动时，曲柄转动，通过弹性连杆驱动质体做往复直线振动。

质体在振动中，连杆弹簧的变形力平衡质体所受介质(空气)的粘性阻尼。

4.1.质体在正常振动中的相位.速度和阻尼

 

由上表可以看出：质体在振动中，所受阻尼和速度均呈CosB圆弧曲线变化。符合振动质体所受阻尼与其运动速度成正比。在此过程中，质体消耗功，可用 扇形面积代表；此扇形面积是弹簧变形呈线性变化时内接直角的三角形面积的1.57倍。

4.2.如果连杆弹簧在振动中，呈线性变形；此时做功：
 

实际情况是：连杆弹簧在振动中的变形，呈圆弧曲线变化；其 消耗功是线性变化所消耗功的1.57倍；工作功率当然也是的1.57倍。
 

工作功率公式与机械设计手册第四(六)版相同；证明了手册公式的正确。

5.功率计算实例
 

为了适应弹性连杆振动系统启动、工作状态时，频繁过载的特点，选用高转差率六极电机，YH160M-6，7.5 KW电机一台；而不是选用Y系列六极普通电机。

6、前面机械设计手册例题的选择参数：Z=0.87. =0.065时，参数的计算

K=4708 KN/m; =1512 KN/m;=25°;r=15.4 mm;进一步计算出: Ne=6 KW;

N=4.8 KW。可以选用YH160M—6,7.5KW电机一台;此外,还可以选用YH132M2—6,  

5.5KW电机一台和YH100L-6，1.5KW电机一台。启动时，用两台电机；启动之后，正常振动时，停掉1.5 KW电机，用5.5 KW电机一台驱动。从而实现节电的目标。

7.实测衰减振幅，计算阻尼比  

由前面的计算表明：选用不同的频率比和阻尼比，与之对应的连杆弹簧刚度、相位差角、曲柄半径、启动功率和工作功率也不同。对机械设计手册第四版单行本、第17—127页的图17-7-9，自由振动衰减曲线，实测衰减振幅后，计算出的阻尼比：=0.0635。可见：阻尼比小于0.07是可能的；准确使用阻尼比很有必要！

一台振动机确定了振动重量W、振动频率、振幅B、振动方向后，选定频率比Z；再计算出主振弹簧刚度K和连杆弹簧刚度K。后，应先组装振动槽体、主振弹簧、导向板弹簧和底架。接下来，做出振动机的自由振动衰减曲线；实测衰减振幅；计算出阻尼比。之后，再计算出：相位角差、曲柄半径r、启动功率和工作功率；并选定电机。然后，完成振动机整体制造、组装。再进行最后的调试。这一方案可用在振动机定型试制中。对于非标的单件生产的振动机的阻尼比，可参考相近振动机型的参数。

8、振动输送机的调试

振动输送机的使用功能在于保证振幅和频率满足要求。保证频率是通过传动机构实现的。振幅是否满足要求，只能实测。若实测振幅不理想，可通过调整连杆弹簧刚度来改变振幅；也就是：根据 ，加大K0，α减小，B增大；反之，减小K0,α增大,B减小。

参数资料：机械设计手册第四版单行本(第六版亦同)

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