宗玉娟

（江蘇省揚(yáng)中中等專業(yè)學(xué)校，揚(yáng)中 212200）

振動(dòng)機(jī)械是一種比較特殊的機(jī)械設(shè)備，目前已廣泛投入到工業(yè)生產(chǎn)中。目前，振動(dòng)機(jī)械有近百種，其應(yīng)用范圍遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。而反共振振動(dòng)機(jī)械較與傳統(tǒng)振動(dòng)機(jī)械相比具有一系列頗為突出的優(yōu)點(diǎn)，比如，重量輕、隔振效果好、激振力小、工作性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保，故此反共振振動(dòng)機(jī)械具有十分廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)反共振的理論和應(yīng)用進(jìn)行了不少的研究工作，并設(shè)計(jì)出一些反共振振動(dòng)機(jī)械，但由于一些關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有很好地解決，致使反共振振動(dòng)機(jī)械至今在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有得到廣泛推廣應(yīng)用，而反共振振動(dòng)篩產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)尚屬空白。

1 單質(zhì)體反共振隔振振動(dòng)機(jī)械

振動(dòng)是一種較常見的日常運(yùn)動(dòng)形式。通常情況下，我們認(rèn)為振動(dòng)往往是有害的，在一定條件下可引起橋梁斷裂、動(dòng)態(tài)變形及動(dòng)態(tài)應(yīng)力、機(jī)械損害或疲勞、縮短零部件的使用壽命等。此外，振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生噪音，嚴(yán)重?fù)p害工作人員的身體健康，還會(huì)發(fā)生地震現(xiàn)象。但隨著對(duì)振動(dòng)理論的深入研究，人們利用振動(dòng)的特性解決了許多工業(yè)中的實(shí)際問(wèn)題，利用振動(dòng)特性制造的振動(dòng)機(jī)械也被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)領(lǐng)域，這就是振動(dòng)利用工程。這些振動(dòng)機(jī)械利用振動(dòng)來(lái)完成某些工藝過(guò)程，如振動(dòng)給料和輸送、振動(dòng)整形、振動(dòng)篩分、振動(dòng)選礦、振動(dòng)成型、振動(dòng)干燥、振動(dòng)冷卻、振動(dòng)拋光，等等。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，振動(dòng)機(jī)械的用途和種類已達(dá)百余種，它們?cè)诠I(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防以及人類社會(huì)生活的各個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。振動(dòng)利用工程的廣泛應(yīng)用和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，使很多生產(chǎn)過(guò)程和工藝發(fā)生了改變，加速了生產(chǎn)自動(dòng)化和機(jī)械化，從而促進(jìn)了學(xué)者對(duì)振動(dòng)利用工程更進(jìn)一步的深入研究。假設(shè)M是隔振體的配重；m為隔振體的質(zhì)量；a是杠桿的質(zhì)心C0與支點(diǎn)B之間的距離；r是支點(diǎn)A和支點(diǎn)B的之間的距離；R是配重質(zhì)心M到杠桿支點(diǎn)A之間的距離。首先要運(yùn)用已知方程式對(duì)該機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力微分方程進(jìn)行推導(dǎo)，其中U為位能；T為系統(tǒng)動(dòng)能；E為耗散函數(shù)，如式（1）～（3）所示。

從式（1）～（3）可以看出，一次反共振隔振時(shí)振動(dòng)機(jī)在沒(méi)有阻尼力時(shí)動(dòng)載荷傳遞率經(jīng)計(jì)算為零。振動(dòng)機(jī)的阻尼力、支點(diǎn)上的壓力、彈簧恢復(fù)力幾個(gè)力一定要在一個(gè)點(diǎn)上作用，這樣是為了使外力因素加的傳給基礎(chǔ)裝置的動(dòng)力矩載負(fù)荷為0。反共振隔振的振動(dòng)機(jī)比普通的一次隔振的振動(dòng)機(jī)的隔振能力要強(qiáng)很多[1]。

2 單質(zhì)體反共振振動(dòng)機(jī)與普通振動(dòng)機(jī)

振動(dòng)機(jī)械在實(shí)際應(yīng)用中通常會(huì)采取一般的隔振措施，常見的有一次隔振、二次隔振，但這些措施減少振動(dòng)機(jī)械傳給基礎(chǔ)的振動(dòng)有時(shí)并不理想，為使傳給基礎(chǔ)的振動(dòng)盡量減小，根據(jù)反共振原理建立動(dòng)力反共振隔振系統(tǒng)，通過(guò)增加慣性元件達(dá)到吸振目的，使基礎(chǔ)處于反共振狀態(tài)，此時(shí)，振動(dòng)機(jī)械傳給基礎(chǔ)的振動(dòng)最小。我們針對(duì)一次隔振的單質(zhì)體振動(dòng)機(jī)建立了相應(yīng)的力學(xué)模型，針對(duì)二次隔振的雙質(zhì)體振動(dòng)機(jī)建立了力學(xué)模型，使用與上文一樣的方式，可得到振動(dòng)機(jī)械動(dòng)載荷傳遞率的方程式。由此可以明顯看出，普通一次隔振的隔振能力不如一次反共振的隔振能力，一次反共振的隔振能力幾乎等同于二次隔振的隔振效果，但不論從高度上以及質(zhì)量上看，整臺(tái)機(jī)器都要比二次隔振振動(dòng)機(jī)的性能低很多。對(duì)于那些大型的隔振振動(dòng)機(jī)械來(lái)說(shuō)，廠房搭建消費(fèi)可以適當(dāng)削減。

3 單質(zhì)體的反共振振動(dòng)機(jī)隔振的參數(shù)

在遠(yuǎn)超共振的狀態(tài)下工作時(shí)，振動(dòng)機(jī)械通常取頻率比等于5，如式（4）所示。

由式（4）可得，由于在機(jī)械上附加了動(dòng)力反共振這種裝置，所以增加了參振的質(zhì)量,如式（5）所示。

即m′=0.027M，這樣容易降低機(jī)體的振幅。

假設(shè)原來(lái)的振幅λ等于4.5mm，那么我們?cè)诎惭b反共振的動(dòng)力裝置以后，它的振幅λ′大約等于4.38mm，即振幅只減小了0.12mm。我們可以通過(guò)增加適當(dāng)?shù)募ふ窳τ脕?lái)補(bǔ)償減小的振幅[2]。

4 試驗(yàn)和計(jì)算

把振動(dòng)篩的質(zhì)量設(shè)置為10t，單振幅設(shè)為4mm，激振力設(shè)成2.33×106N，隔振彈簧的剛度設(shè)置為3.92×106N/m，激振頻率設(shè)置為76.4Hz。那么在一次隔振時(shí)，傳遞給基礎(chǔ)的動(dòng)載荷有1.77×105N/mm2。如果我們利用反共振這種隔振的方式，得到R/r=3，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和杠桿的質(zhì)量在具體計(jì)算時(shí)中折合計(jì)算到機(jī)械的配重上，但反共振隔振的彈簧剛度比沒(méi)有變化，我們要讓激振頻率和反共振頻率相等，就是由ωAR=76.4Hz求出mAR=671.6kg，m=112kg，是1.12%的總質(zhì)量，與此同時(shí)za=3.94，進(jìn)而算出傳遞率等于3.26%，計(jì)算出7.59×104N是傳遞到基礎(chǔ)裝置的動(dòng)載負(fù)荷所降低到的值，由此得出，它的隔振效果要比普通一次振動(dòng)機(jī)的隔振效果還要降低57%。

為有利于測(cè)定其動(dòng)載荷，試驗(yàn)臺(tái)采用了準(zhǔn)確率非常高的雙質(zhì)體結(jié)構(gòu)，在上質(zhì)體上，同步激振器與這個(gè)雙質(zhì)體結(jié)構(gòu)需要共同安裝。四個(gè)螺旋彈簧、四組杠桿以及配重結(jié)構(gòu)共同組成一個(gè)單質(zhì)體反共振隔振器，這些部件全部都安裝在上、下質(zhì)體之間。為支撐穩(wěn)定下質(zhì)體，其下面有4個(gè)隔振彈簧裝置。傳遞到基礎(chǔ)的動(dòng)載荷能夠通過(guò)下質(zhì)體振幅和隔振彈簧的剛度相乘而求得。最終結(jié)果說(shuō)明動(dòng)載荷傳遞率要小于0.04，下質(zhì)體振幅也小于0.5mm。