劉曉星 沈建達

[摘 要]分析了混凝土預制件在振動臺上成型的工作原理，采用端面式混沌激振器，建立了混沌振動臺的動力學模型并進行運動分析，得出混沌振動臺具有較寬的振動頻率、較高的振動加速度、振幅和振動烈度，能增加被振混凝土預制件中各種物料與物料之間碰撞和拌合的機會并降低模具與物料之間的摩擦，具有更好的密實性和均勻性且效率高，對所加工的預制件原材料適應面寬等優(yōu)勢，最后通過實例分析證實了其有效性。

[關鍵詞]振動臺、混沌振動、激振器、混凝土預制件

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）10-0112-01

本文提出了將端面式混沌激振器應用到振動臺預制件成型機中，進行了建模與運動分析。由于混沌振動能隨機產生能量較大的寬頻振動，振動成型時能同時施加多種振動頻率來適應骨料顆粒粒徑大小不一的要求，實例分析也表明了對成型效果有本質影響的振動加速度、振幅和振動烈度等技術參數皆能有所提高，同時增加了被振混凝土混合物中各種物料與物料之間碰撞和拌合的機會并能降低模具與物料、物料與物料之間的摩擦，從而提高了預制件振動成型的密實效果和工作效率。與傳統(tǒng)振動成型方法比較能有效地提高密實度和均勻性，這種裝置已申請國家實用新型專利（一種混沌振動預制板件成型機，申請?zhí)枮椋?01720348340.2）。

1 混沌振動臺預制件成型機動力學模型

為研究方便，將單軸式的混沌振動臺預制件成型機簡化為動力學模型圖，其中M為參加振動的總質量，包括振動臺面、混凝土、振動器、模箱、托板等質量；K為系統(tǒng)總彈簧剛度（含隔振彈簧）；X、Y為振動臺架含混凝土的水平和垂直位移；激振器為端面式混沌激振器。

端面式混沌激振器為在偏心軸上裝配了兩個可調整的偏心塊。偏心塊與偏心軸之間呈現周向滑動摩擦關系，且兩偏心塊之間又呈現端面滑動摩擦的關系。兩偏心塊套在同一偏心軸上，配合關系相同，因此在結構上得以簡化，在加工、制造、裝配上較易實現。該混沌激振器有較強的非幾何性，自由度為3，能夠產生混沌振動，已獲實用新型專利（授權公告號為：CN202778923U）。

簡化后的混沌振動激振器的力學模型見圖1。激振器由偏心軸（OO1），偏心塊1（O1C2）和偏心塊2（O1C3）所組成。它們的轉動中心分別為：O，O1；質心分別為C1、C2、C3；轉角分別為φ0、φ1、φ2，其中φ0=ωt為剛性轉角。

以φ1、φ2為廣義坐標，設m1=m2=m3=m分別為偏心軸、偏心塊1、2的質量，loc1=lo1c2=lo1c3=l，引入參量θ1、θ2則φ1=ωt+θ1、φ2=ωt+θ2并應用Lagrange方程結合混沌振動砌塊成型機力學模型得系統(tǒng)的微分方程：

2 混沌振動砌塊成型機運動仿真

由（1）解得振動體的運動方程為：

通過Matlab仿真，特定條件下模擬振動體的運動軌跡可以看出振動體軌跡為近圓運動且這種運動不規(guī)則、不確定，振動體的振動具有混沌性。

3 實例分析

實際應用中振動臺預制件成型機采用雙軸式，即采用兩組轉速相同、轉向相反，相位差為零的混沌激振器，且2臺驅動電機軸中心連線的中垂面通過機體重心。故在高速旋轉過程中，由偏心質量產生的慣性力在水平方向互相抵消，在垂直方向互相疊加，使成型機振動臺作垂直定向的高頻振動。采用兩個旋轉方向相反的普通激振器，此時X方向的位移極小，可忽略不計，Y方向的位移與原料重力方向一致，有利于成型。

其中振動質量M=800kg，隔振彈簧剛度為K=31100kg/cm，兩個激振器的名義轉速分別為n1=n2=6592rpm；激振頻率為109.5Hz；兩個激振器的名義激振力分別為：F1=F2=21517.55N，總激振力F為43035N。計算分析結果為：振動臺振幅A=0.225mm；振動臺振動加速度a=10.9g；振動烈度為673cm2/s3系統(tǒng)所耗功率為：6.5KW。

將兩個旋轉方向相反的普通激振器改為兩個條件相同的混沌激振器（取中間值），其余條件完全相同，計算結果為：振動臺振幅A=0.228～0.428mm；振動臺振動加速度a=11.1～18.3g；振動烈度為622～1428cm2/s3系統(tǒng)所耗功率為：7.2KW。計算結果出現參數在一定范圍內變化，是由于混沌激振器在寬頻率、隨機狀態(tài)下工作，從成型的密實度和均勻性考慮皆優(yōu)越于傳統(tǒng)的振動臺。

4 結論

1、混沌振動激振器用于振動臺預制件成型中能隨機產生倍頻能量較大的寬頻振動從而施加多種振動頻率來適應骨料顆粒粒徑大小不一的要求。

2、成型過程中增加了被振混凝土混合物中各種物料與物料之間碰撞和拌合的機會并能降低模具與物料之間的摩擦，提高了預制件的密實成型效果和工作效率。

3、對成型效果有本質影響的技術參數例如振動加速度、振幅和振動烈度等皆有所提高。

4、將混沌振動技術引入到振動臺預制件成型中是可行而且有效的，采用混沌振動成型的混凝土預制件的密實度、均勻性等較傳統(tǒng)工藝能有較大改善。

參考文獻

[1] 姚平喜，楊世春.砌塊成型機振動密實機理初探[J].磚瓦，2009（2）：52-55.

[2] 陳宜通.混凝土機械[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2002.

作者簡介

劉曉星（1962一03），男，副教授。工作單位：昆明理工大學機電工程學院。