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双振动电机转速同步原理全面剖析

  双振动电机作为振动源用于粮食机械已有三十多年的历史,它以独特的优点,迅速取代了用机械方法保持转速同步的老一代振源装置,企业生产的清粉机,振动筛和去石机,均装有两台并列的振动电机。从电机采购到安装使用,并无特殊要求,只要型号相同,任意两台装机,均能满意地同步工作,甚至在一台瞬间晚起动的反常情况下,当机械猛然摆动若干次后,仍进入同步运行,在十多年的生产过程中,无一台同步失效。
   1 粮食振动机械的工作特点和运动机理   在粮食振动机械的筛体上,并装两台相对反向旋转的振动电机,驱使筛体作往复线性运动,以满足粮食加工的除杂、去石、分级和筛理,作为振源的振动电机,结构简单,在电机轴的两端轴伸上装有同向偏心的偏重块,作为振动电机的激振元件。偏重块与电机轴组成偏重转子,被支承在电机轴承上。两台振动电机紧固在筛体上,筛体通过支承弹簧联结在固定的机架上。  粮食振动机械通常设计为低频大振幅的远共振机械,以满足筛理运动特性的要求。所谓远共振机械是指:在以激振元件(偏重块),弹性/阻尼元件(弹簧)和惯性元件(筛体)组成的振动系统中,激振频率与系统的固有频率之比即频率比2.5的振动机械,工作转速远离共振转速,从振动参数的相关特性知道,振动机械的频率比,振动体位移对激振力的落后角与阻尼比之间存在这样一种关系:当阻尼比很小,频率比2.5时,振动体(筛体)位移对激振力的 落后角一180 。在粮食振动机械上表现为,当偏 重块向前转动时,筛体向后转动;偏重块向左时,筛 体向右,由于振动电机相对反向旋转,故两偏重块对 筛体作反向往复运动。
   2单振动电机的简化振动方程与进动运动   振动电机偏重块质量mn,以偏心距7和角速度力响应,作与激振力相同角频率的平面回转谐运动,筛体平面回转角速度与激振力角速度相同[2】。由于筛体位移落后激振力180o,所以,固定在筛体上的振动电机,其偏重块受筛体牵连,作与筛体反方向的牵连运动,产生反向牵连运动惯性力,设支承弹簧刚度为k,阻尼系数为f。该振动机械的力学模型如图1所示[1】。按模型建立振动微分方程,并经推导,得简化振动方程:M ̄koo2=motto ,式中左边为筛体M的平面回转角速度,为说明方便,用Q代cU,则  MM2 =mo7oo  此方程反映了筛体M与偏重块mn之间的动力学关系。mn是偏重块质量,也就是偏重转子不平衡量,而筛体M可以看作偏重转子的支承系统,转子支承系统对转子不平衡量的响应叫同步进动(SY.achronous whir1) J。用动力学说明为:偏重转子不平衡量m0,在以偏心距7和角速度旋转时,筛体M则以 为半径和与转子同频的回转角速度Q作同步进动运动,机械处于惯性力平衡的稳定工作状态。若Q时,则是非同步进动状态,经常发生在起动过程(CO>Q)和停车过程(<Q)中,机械处于不稳定过渡状态。
图1单振动电机机械力学模型
 
   3双振动电机机械的进动运动
   将左右两台振动电机对称地装于筛体纵向中心线的两侧,筛体通过弹簧支承在机架上,左右偏重转子转向相反。
图2双振动电机机械工作原理
 
  设左右偏重块质量均为m。,两偏重转子的偏心距均为r,左偏重转子角速度为,右偏重转子角速度为(o2,且 ,筛体质量为M(含2m。)、筛体回转角速度为n、回转振幅为 ,按两种情况分析转子进动问题。
   3.1独立的转子进动运动   假设将筛体平分为左右两个独立的分筛体,质1量各为M,则与上节中单台振动电机机械一样,各自组成独立的转子进动系统。左、右分筛体,各自以不同的角速度进行同步进动。   若左右振动电机以相同的角速度旋转时,由于电机相对转向相反,两分筛体的横向惯性分力相互抵消,纵向惯性分力相互叠加,形成纵向惯性往复运动。在同步进动情况下,两分筛体的独立进动运动之和与整体筛体的进动运动是相等的,两个独立的偏重转子可与一个整体筛体同时作同步进动。
   3.2一个整体筛体时转子进动运动   若左右振动电机的角速度不同,且 稍大于oyz, 一oyz=△。由于两台振动电机固定在同一筛体M上,当两台振动电机同时工作时,左、右偏重转子各自独立旋转,此时,偏重转子与筛体的动力学关系是,筛体M作为两偏重转子的共同支承系统,由于CO1oyz,故M不可能对不同角速度的两个偏重转子同时作同一的同频回转响应,即不能实现同步进动。实际上,此刻两偏重转子与筛体都处于非同步进动状态,是惯性力不平衡的过渡状态。振动电机偏重转子在电磁扭矩的驱动下作匀速旋转,产生激振力。迫使筛体作同步回转,产生惯性力,此筛体惯性力即是振动电机的负载。根据电机负载特性,振动电机电流随负载成正比例变化。负载决定着电流大小。也就是Q决定着电流大小。Q比 小△ ,则电机电流在满足Q回转角速度的筛体惯性力负载下,从与 角速度相适应的激振力电流自行下降至与 一△ 角速度相适应的激振力电流,使电机激振力角速度与一半筛体惯性力的角速度相等,由非同步进动恢复到同步进动,系统惯性力又恢复了平衡。双振动电机由不同的角速度 、oyz变为相同的角速度,实现双振动电机机械同步运行。
   4保证同步起动的措施
   安装在筛体上的振动电机均有一定的安装角(电机轴线与铅锤线之夹角),以满足筛面振动特性要求,一般在7。~53。之间。偏重转子在静态灵活转动情况下,质心自动处于最低位置。且最低点的位置精度与安装角成正比,这样就使两偏重块自动处于最低位置,保持在同一起跑线上开始转动,尚须注意的是,当安装角较小(例如7。)时,质心停留在上死点的可能性有所增加,为避免此种情况发生,在偏重转子最低位置处和静子对应的最高位置各装一枚同极永磁铁,使转子、静子在上死点处相互推开,以保证同步起动万无一失。
   5 结束语
   双振动电机机械的同步运转,是由两台独立旋转的振动电机,在同一筛体平面回转运动的制约下,利用转子进动运动和电机负载特性,由机械自身的自同步调节机能实现的。是机械在特定条件下的自然物理现象。有强的抗干扰和恢复能力,因无任何外部调控机件,不需任何维护,因此,同步是持续的,可靠的。

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