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雙振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速同步原理
雙振動(dòng)電機(jī)作為振動(dòng)源，用于振動(dòng)機(jī)械已有三十多年的歷史。它以獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，迅速取代了用機(jī)械方法保持轉(zhuǎn)速同步的老一代振源裝置，公司生產(chǎn)的直線振動(dòng)篩分過(guò)濾機(jī)，振動(dòng)給料機(jī)，均裝有兩臺(tái)并列的振動(dòng)電機(jī)。從振動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)到安裝使用，并無(wú)特殊要求，只要型號(hào)相同，任意兩臺(tái)裝機(jī)，均能滿意地同步工作，甚至在一臺(tái)瞬間晚起動(dòng)的反常情況下，當(dāng)機(jī)械猛然擺動(dòng)若干次后，仍進(jìn)入同步運(yùn)行，在十多年的生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)一臺(tái)同步失效。
一、振動(dòng)機(jī)械的工作特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)機(jī)理
在振動(dòng)機(jī)械的篩體上，并裝兩臺(tái)相對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)電機(jī)，驅(qū)使篩體作往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)，以滿足物料加工的除雜、去石、分級(jí)和篩理，作為振源的振動(dòng)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在電機(jī)軸的兩端軸伸上裝有同向偏心的偏重塊，作為振動(dòng)電機(jī)的激振元件。偏重塊與電機(jī)軸組成偏重轉(zhuǎn)子，被支承在電機(jī)軸承上。兩臺(tái)震動(dòng)電機(jī)緊固在篩體上，篩體通過(guò)支承彈簧聯(lián)結(jié)在固定的機(jī)架上。
直線振動(dòng)篩分過(guò)濾機(jī)通常設(shè)計(jì)為低頻大振幅的遠(yuǎn)共振機(jī)械，以滿足篩理運(yùn)動(dòng)特性的要求。所謂遠(yuǎn)共振機(jī)械是指：在以激振元件（偏重塊），彈性／阻尼元件（彈簧）和慣性元件（篩體）組成的振動(dòng)系統(tǒng)中，激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率之比即頻率比≥２．５的振動(dòng)機(jī)械，工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離共振轉(zhuǎn)速，從振動(dòng)參數(shù)的相關(guān)特性知道，振動(dòng)機(jī)械的頻率比，振動(dòng)體位移對(duì)激振力的落后角與阻尼比之間存在這樣一種關(guān)系：當(dāng)阻尼比很小，頻率比≥２．５時(shí)，振動(dòng)體（篩體）位移對(duì)激振力的 落后角一１８０ ¨。在糧食振動(dòng)機(jī)械上表現(xiàn)為，當(dāng)偏 重塊向前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，篩體向后轉(zhuǎn)動(dòng)；偏重塊向左時(shí)，篩體向右，由于振動(dòng)電機(jī)相對(duì)反向旋轉(zhuǎn)，故兩偏重塊對(duì) 篩體作反向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
二、單振動(dòng)電機(jī)的簡(jiǎn)化振動(dòng)方程與進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)
振動(dòng)電機(jī)偏重塊質(zhì)量m n，以偏心距７和角速度力響應(yīng)，作與激振力相同角頻率的平面回轉(zhuǎn)諧運(yùn)動(dòng)，篩體平面回轉(zhuǎn)角速度與激振力角速度相同。由于篩體位移落后激振力１８０度，所以，固定在篩體上的振動(dòng)電機(jī)，其偏重塊受篩體牽連，作與篩體反方向的牽連運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生反向牽連運(yùn)動(dòng)慣性力，設(shè)支承彈簧剛度為ｋ，阻尼系數(shù)為ｆ。該振動(dòng)機(jī)械的力學(xué)模型如圖１所示。按模型建立振動(dòng)微分方程，并經(jīng)推導(dǎo)，得簡(jiǎn)化振動(dòng)方程：Ｍ￣ｋｏｏ２＝ｍｏｔｔｏ ，式中左邊∞為篩體Ｍ的平面回轉(zhuǎn)角速度，為解釋方便，用Ｑ代ｃＵ，則 ＭＭ２ ＝ｍｏ７ｏｏ此方程反映了篩體Ｍ與偏重塊ｍｎ之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。ｍｎ是偏重塊質(zhì)量，也就是偏重轉(zhuǎn)子不平衡量，而篩體Ｍ可以看作偏重轉(zhuǎn)子的支承系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡量的響應(yīng)叫同步進(jìn)動(dòng)（SY.achronous whir1） Ｊ。用動(dòng)力學(xué)解釋為：偏重轉(zhuǎn)子不平衡量ｍ０，在以偏心距７和∞角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，篩體Ｍ則以 為半徑和與轉(zhuǎn)子同頻的回轉(zhuǎn)角速度Ｑ作同步進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械處于慣性力平衡的穩(wěn)定工作狀態(tài)。若Ｑ≠∞時(shí)，則是非同步進(jìn)動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)常發(fā)生在起動(dòng)過(guò)程（ＣＯ＞Ｑ）和停車過(guò)程（∞＜Ｑ）中，機(jī)械處于不穩(wěn)定過(guò)渡狀態(tài)。
設(shè)左右偏重塊質(zhì)量均為ｍ。，兩偏重轉(zhuǎn)子的偏心距均為ｒ，左偏重轉(zhuǎn)子角速度為∞，右偏重轉(zhuǎn)子角速度為（ｏ２，且 >，篩體質(zhì)量為Ｍ（含２ｍ。）、篩體回轉(zhuǎn)角速度為ｎ、回轉(zhuǎn)振幅為 ，按兩種情況分析轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)問(wèn)題。
⒈獨(dú)立的轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)
假設(shè)將篩體平分為左右兩個(gè)獨(dú)立的分篩體，質(zhì)１量各為÷Ｍ，則與上節(jié)中單臺(tái)振動(dòng)電機(jī)機(jī)械一樣，各自組成獨(dú)立的轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)系統(tǒng)。左、右分篩體，各自以不同的角速度進(jìn)行同步進(jìn)動(dòng)。
若左右振動(dòng)電機(jī)以相同的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于振動(dòng)電機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)向相反，兩分篩體的橫向慣性分力相互抵消，縱向慣性分力相互疊加，形成縱向慣性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在同步進(jìn)動(dòng)情況下，兩分篩體的獨(dú)立進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)之和與整體篩體的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是相等的，兩個(gè)獨(dú)立的偏重轉(zhuǎn)子可與一個(gè)整體篩體同時(shí)作同步進(jìn)動(dòng)。
⒉一個(gè)整體篩體時(shí)轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)
若左右振動(dòng)電機(jī)的角速度不同，且∞稍大于ｏｙｚ，∞ 一ｏｙｚ＝△∞。由于兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)固定在同一篩體Ｍ上，當(dāng)兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，左、右偏重轉(zhuǎn)子各自獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，偏重轉(zhuǎn)子與篩體的動(dòng)力學(xué)關(guān)系是，篩體Ｍ作為兩偏重轉(zhuǎn)子的共同支承系統(tǒng)，由于ＣＯ１≠ｏｙｚ，故Ｍ不可能對(duì)不同角速度的兩個(gè)偏重轉(zhuǎn)子同時(shí)作同一的同頻回轉(zhuǎn)響應(yīng)，即不能實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)動(dòng)。實(shí)際上，此刻兩偏重轉(zhuǎn)子與篩體都處于非同步進(jìn)動(dòng)狀態(tài)，是慣性力不平衡的過(guò)渡狀態(tài)。振動(dòng)電機(jī)偏重轉(zhuǎn)子在電磁扭矩的驅(qū)動(dòng)下作勻速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激振力。迫使篩體作同步回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生慣性力，此篩體慣性力即是振動(dòng)電機(jī)的負(fù)載。根據(jù)電機(jī)負(fù)載特性，振動(dòng)電機(jī)電流隨負(fù)載成正比例變化。負(fù)載決定著電流大小。也就是Ｑ決定著電流大小。Ｑ比小△ ，則電機(jī)電流在滿足Ｑ回轉(zhuǎn)角速度的篩體慣性力負(fù)載下，從與∞ 角速度相適應(yīng)的激振力電流自行下降至與一△∞角速度相適應(yīng)的激振力電流，使震動(dòng)電機(jī)激振力角速度與一半篩體慣性力的角速度相等，由非同步進(jìn)動(dòng)恢復(fù)到同步進(jìn)動(dòng)，系統(tǒng)慣性力又恢復(fù)了平衡。雙振動(dòng)電機(jī)由不同的角速度∞、ｏｙｚ變?yōu)橄嗤慕撬俣?infin;，實(shí)現(xiàn)雙振動(dòng)電機(jī)機(jī)械同步運(yùn)行。
四、保證同步起動(dòng)的措施
安裝在篩體上的振動(dòng)電機(jī)均有一定的安裝角（電機(jī)軸線與鉛錘線之夾角），以滿足篩面振動(dòng)特性要求，一般在７～５３度之間。偏重轉(zhuǎn)子在靜態(tài)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，質(zhì)心自動(dòng)處于*低位置。且*低點(diǎn)的位置精度與安裝角成正比，這樣就使兩偏重塊自動(dòng)處于*低位置，保持在同一“起跑線”上開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，尚須注意的是，當(dāng)安裝角較小（例如≤７。）時(shí)，質(zhì)心停留在上死點(diǎn)的可能性有所增加，為避免此種情況發(fā)生，在偏重轉(zhuǎn)子*低位置處和靜子對(duì)應(yīng)的*高位置各裝一枚同極永磁鐵，使轉(zhuǎn)子、靜子在上死點(diǎn)處相互推開(kāi)，以保證同步起動(dòng)萬(wàn)無(wú)一失。
五、
雙振動(dòng)電機(jī)機(jī)械的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，是由兩臺(tái)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)電機(jī)，在同一篩體平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的制約下，利用轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和電機(jī)負(fù)載特性，由機(jī)械自身的自同步調(diào)節(jié)機(jī)能實(shí)現(xiàn)的。是機(jī)械在特定條件下的自然物理現(xiàn)象。有強(qiáng)的抗干擾和恢復(fù)能力，因無(wú)任何外部調(diào)控機(jī)件，不需任何維護(hù)，因此，同步是持續(xù)的，可靠的。
在振動(dòng)機(jī)械的篩體上，并裝兩臺(tái)相對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)電機(jī)，驅(qū)使篩體作往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)，以滿足物料加工的除雜、去石、分級(jí)和篩理，作為振源的振動(dòng)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在電機(jī)軸的兩端軸伸上裝有同向偏心的偏重塊，作為振動(dòng)電機(jī)的激振元件。偏重塊與電機(jī)軸組成偏重轉(zhuǎn)子，被支承在電機(jī)軸承上。兩臺(tái)震動(dòng)電機(jī)緊固在篩體上，篩體通過(guò)支承彈簧聯(lián)結(jié)在固定的機(jī)架上。
直線振動(dòng)篩分過(guò)濾機(jī)通常設(shè)計(jì)為低頻大振幅的遠(yuǎn)共振機(jī)械，以滿足篩理運(yùn)動(dòng)特性的要求。所謂遠(yuǎn)共振機(jī)械是指：在以激振元件（偏重塊），彈性／阻尼元件（彈簧）和慣性元件（篩體）組成的振動(dòng)系統(tǒng)中，激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率之比即頻率比≥２．５的振動(dòng)機(jī)械，工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離共振轉(zhuǎn)速，從振動(dòng)參數(shù)的相關(guān)特性知道，振動(dòng)機(jī)械的頻率比，振動(dòng)體位移對(duì)激振力的落后角與阻尼比之間存在這樣一種關(guān)系：當(dāng)阻尼比很小，頻率比≥２．５時(shí)，振動(dòng)體（篩體）位移對(duì)激振力的 落后角一１８０ ¨。在糧食振動(dòng)機(jī)械上表現(xiàn)為，當(dāng)偏 重塊向前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，篩體向后轉(zhuǎn)動(dòng)；偏重塊向左時(shí)，篩體向右，由于振動(dòng)電機(jī)相對(duì)反向旋轉(zhuǎn)，故兩偏重塊對(duì) 篩體作反向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
二、單振動(dòng)電機(jī)的簡(jiǎn)化振動(dòng)方程與進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)
振動(dòng)電機(jī)偏重塊質(zhì)量m n，以偏心距７和角速度力響應(yīng)，作與激振力相同角頻率的平面回轉(zhuǎn)諧運(yùn)動(dòng)，篩體平面回轉(zhuǎn)角速度與激振力角速度相同。由于篩體位移落后激振力１８０度，所以，固定在篩體上的振動(dòng)電機(jī)，其偏重塊受篩體牽連，作與篩體反方向的牽連運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生反向牽連運(yùn)動(dòng)慣性力，設(shè)支承彈簧剛度為ｋ，阻尼系數(shù)為ｆ。該振動(dòng)機(jī)械的力學(xué)模型如圖１所示。按模型建立振動(dòng)微分方程，并經(jīng)推導(dǎo)，得簡(jiǎn)化振動(dòng)方程：Ｍ￣ｋｏｏ２＝ｍｏｔｔｏ ，式中左邊∞為篩體Ｍ的平面回轉(zhuǎn)角速度，為解釋方便，用Ｑ代ｃＵ，則 ＭＭ２ ＝ｍｏ７ｏｏ此方程反映了篩體Ｍ與偏重塊ｍｎ之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。ｍｎ是偏重塊質(zhì)量，也就是偏重轉(zhuǎn)子不平衡量，而篩體Ｍ可以看作偏重轉(zhuǎn)子的支承系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡量的響應(yīng)叫同步進(jìn)動(dòng)（SY.achronous whir1） Ｊ。用動(dòng)力學(xué)解釋為：偏重轉(zhuǎn)子不平衡量ｍ０，在以偏心距７和∞角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，篩體Ｍ則以 為半徑和與轉(zhuǎn)子同頻的回轉(zhuǎn)角速度Ｑ作同步進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械處于慣性力平衡的穩(wěn)定工作狀態(tài)。若Ｑ≠∞時(shí)，則是非同步進(jìn)動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)常發(fā)生在起動(dòng)過(guò)程（ＣＯ＞Ｑ）和停車過(guò)程（∞＜Ｑ）中，機(jī)械處于不穩(wěn)定過(guò)渡狀態(tài)。
三、雙振動(dòng)電機(jī)機(jī)械的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)
將左右兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)對(duì)稱地裝于篩體縱向中心線的兩側(cè)，篩體通過(guò)彈簧支承在機(jī)架上，左右偏重轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反。如圖２所示。
設(shè)左右偏重塊質(zhì)量均為ｍ。，兩偏重轉(zhuǎn)子的偏心距均為ｒ，左偏重轉(zhuǎn)子角速度為∞，右偏重轉(zhuǎn)子角速度為（ｏ２，且 >，篩體質(zhì)量為Ｍ（含２ｍ。）、篩體回轉(zhuǎn)角速度為ｎ、回轉(zhuǎn)振幅為 ，按兩種情況分析轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)問(wèn)題。
⒈獨(dú)立的轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)
假設(shè)將篩體平分為左右兩個(gè)獨(dú)立的分篩體，質(zhì)１量各為÷Ｍ，則與上節(jié)中單臺(tái)振動(dòng)電機(jī)機(jī)械一樣，各自組成獨(dú)立的轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)系統(tǒng)。左、右分篩體，各自以不同的角速度進(jìn)行同步進(jìn)動(dòng)。
若左右振動(dòng)電機(jī)以相同的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于振動(dòng)電機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)向相反，兩分篩體的橫向慣性分力相互抵消，縱向慣性分力相互疊加，形成縱向慣性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在同步進(jìn)動(dòng)情況下，兩分篩體的獨(dú)立進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)之和與整體篩體的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是相等的，兩個(gè)獨(dú)立的偏重轉(zhuǎn)子可與一個(gè)整體篩體同時(shí)作同步進(jìn)動(dòng)。
⒉一個(gè)整體篩體時(shí)轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)
若左右振動(dòng)電機(jī)的角速度不同，且∞稍大于ｏｙｚ，∞ 一ｏｙｚ＝△∞。由于兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)固定在同一篩體Ｍ上，當(dāng)兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，左、右偏重轉(zhuǎn)子各自獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，偏重轉(zhuǎn)子與篩體的動(dòng)力學(xué)關(guān)系是，篩體Ｍ作為兩偏重轉(zhuǎn)子的共同支承系統(tǒng)，由于ＣＯ１≠ｏｙｚ，故Ｍ不可能對(duì)不同角速度的兩個(gè)偏重轉(zhuǎn)子同時(shí)作同一的同頻回轉(zhuǎn)響應(yīng)，即不能實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)動(dòng)。實(shí)際上，此刻兩偏重轉(zhuǎn)子與篩體都處于非同步進(jìn)動(dòng)狀態(tài)，是慣性力不平衡的過(guò)渡狀態(tài)。振動(dòng)電機(jī)偏重轉(zhuǎn)子在電磁扭矩的驅(qū)動(dòng)下作勻速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激振力。迫使篩體作同步回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生慣性力，此篩體慣性力即是振動(dòng)電機(jī)的負(fù)載。根據(jù)電機(jī)負(fù)載特性，振動(dòng)電機(jī)電流隨負(fù)載成正比例變化。負(fù)載決定著電流大小。也就是Ｑ決定著電流大小。Ｑ比小△ ，則電機(jī)電流在滿足Ｑ回轉(zhuǎn)角速度的篩體慣性力負(fù)載下，從與∞ 角速度相適應(yīng)的激振力電流自行下降至與一△∞角速度相適應(yīng)的激振力電流，使震動(dòng)電機(jī)激振力角速度與一半篩體慣性力的角速度相等，由非同步進(jìn)動(dòng)恢復(fù)到同步進(jìn)動(dòng)，系統(tǒng)慣性力又恢復(fù)了平衡。雙振動(dòng)電機(jī)由不同的角速度∞、ｏｙｚ變?yōu)橄嗤慕撬俣?infin;，實(shí)現(xiàn)雙振動(dòng)電機(jī)機(jī)械同步運(yùn)行。
四、保證同步起動(dòng)的措施
安裝在篩體上的振動(dòng)電機(jī)均有一定的安裝角（電機(jī)軸線與鉛錘線之夾角），以滿足篩面振動(dòng)特性要求，一般在７～５３度之間。偏重轉(zhuǎn)子在靜態(tài)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，質(zhì)心自動(dòng)處于*低位置。且*低點(diǎn)的位置精度與安裝角成正比，這樣就使兩偏重塊自動(dòng)處于*低位置，保持在同一“起跑線”上開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，尚須注意的是，當(dāng)安裝角較小（例如≤７。）時(shí)，質(zhì)心停留在上死點(diǎn)的可能性有所增加，為避免此種情況發(fā)生，在偏重轉(zhuǎn)子*低位置處和靜子對(duì)應(yīng)的*高位置各裝一枚同極永磁鐵，使轉(zhuǎn)子、靜子在上死點(diǎn)處相互推開(kāi)，以保證同步起動(dòng)萬(wàn)無(wú)一失。
五、
雙振動(dòng)電機(jī)機(jī)械的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，是由兩臺(tái)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)電機(jī)，在同一篩體平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的制約下，利用轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和電機(jī)負(fù)載特性，由機(jī)械自身的自同步調(diào)節(jié)機(jī)能實(shí)現(xiàn)的。是機(jī)械在特定條件下的自然物理現(xiàn)象。有強(qiáng)的抗干擾和恢復(fù)能力，因無(wú)任何外部調(diào)控機(jī)件，不需任何維護(hù)，因此，同步是持續(xù)的，可靠的。
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