反共振振動篩的振幅穩(wěn)定性控制

李良晨 劉奇

摘?要：針對傳統(tǒng)大型振動篩箱側(cè)板易折斷、振動量大、隔振效果差等一系列問題，提出了反共振振動篩的設(shè)計思想，通過建立反共振振動篩力學(xué)模型實現(xiàn)動力學(xué)分析，從而提升篩箱的穩(wěn)定性控制。本文基于PID控制策略來控制反共振振動篩幅值的穩(wěn)定性，并通過優(yōu)化方法模擬調(diào)幅系統(tǒng)，進行仿真測試，經(jīng)測試后所提出的控制方法具有明顯效果，能夠促使幅值穩(wěn)定控制效果滿意，以得到反共振振動篩的響應(yīng)幅值。

關(guān)鍵詞：反共振振動篩;振幅穩(wěn)定性;控制

近年來，傳統(tǒng)大型振動篩在中國煤廠中得到廣泛的應(yīng)用，它是分離和分類操作的主要載體，但在包裝上很容易造成篩盒側(cè)面破裂，不僅會增加振動質(zhì)量，還會降低震動效果。反共振振動篩的振幅穩(wěn)定性控制是一種新型振動模型，當反共振振動篩的振動頻率達到一定值時，振動的自由度是靜態(tài)的，在此影響下，本文基于振動篩力學(xué)模型建立了控制系統(tǒng)，并通過仿真分析了反共振振動篩控制系統(tǒng)的缺點，通過使用PID控制策略，解決PID參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化的問題，從而為實際的控制系統(tǒng)建立提供理論基礎(chǔ)。

一、反共振振動篩關(guān)鍵技術(shù)研究

反共振振動篩具有重量輕，隔振效果好等一系列優(yōu)點，但目前，反共振振動篩在實際應(yīng)用期間仍存在一些關(guān)鍵的技術(shù)尚未解決問題，這些問題的存在都會嚴重影響反共振振動篩的推廣，通過對關(guān)鍵問題進行具體分析后發(fā)現(xiàn)：

（1）反共振振動篩的振幅穩(wěn)定性控制理論主要是通過機電仿真方法的使用，能夠進一步有效分析質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，動力分析后可以發(fā)現(xiàn)其中存在共振現(xiàn)象和反共振現(xiàn)象，而反共振振動篩的研究下可以發(fā)現(xiàn)，包括如隔振振動機和雙質(zhì)量反共振隔振機。經(jīng)動力學(xué)分析，基于計算機仿真試驗證明，反共振振動篩傳遞的基礎(chǔ)動載荷會小于傳遞的動載荷，二次隔振整機的重量小于普通二次隔振機。

（2）反共振振動篩的振幅穩(wěn)定性系統(tǒng)應(yīng)該將原點反共振振動篩作為主要分析內(nèi)容，比較上下質(zhì)量體內(nèi)存在的振幅，使用“反共振點在兩個共振點中間”“反共振時上部質(zhì)量體的最小振幅”“以上兩種綜合方法”三種方法，通過三種方法的建立能夠進行計算機仿真實驗?zāi)Ｊ健?/p>

（3）反共振振動篩的振幅穩(wěn)定性控制期間需要考慮材料質(zhì)量的隨機波動性，當反共振振動篩上下質(zhì)量體不同參數(shù)和材料質(zhì)量平均值發(fā)生變化時，對材料質(zhì)量隨機波動進行研究，可以發(fā)現(xiàn)振動對振動機上、下質(zhì)量幅值的影響，以及材料質(zhì)量隨機波動對上、下質(zhì)量幅值的調(diào)節(jié)，會在一定程度上提高反共振振動篩的設(shè)計水平。

（4）反共振振動篩的振幅穩(wěn)定性控制可以基于慣性反共振振動篩的機電耦合建模與求解，建立反共振狀態(tài)同步準則和同步傳輸準則，經(jīng)準則分析研究后可以發(fā)現(xiàn)，基于反共振情況下能夠有效實現(xiàn)振動同步的目標，其同步指標總是比同步傳輸指標大。

（5）反共振振動篩的振幅穩(wěn)定性控制在處理能力階梯式變化等特殊場合，提出了三種反共振振動篩的方案，反共振振動篩分析后可以發(fā)現(xiàn)上下質(zhì)量情況，在上下質(zhì)量分析能夠進一步保證振動穩(wěn)定的控制，并經(jīng)過常規(guī)實驗研究之后，能夠制作一個反共振幅度控制的測試系統(tǒng)，這種測試系統(tǒng)具有明顯作用，主要以模糊自調(diào)節(jié)設(shè)置P1D參數(shù)控制器為核心，該控制方法具有有效性的特點，能夠提升實用價值[1]。

（6）反共振振動篩在常規(guī)分析之后，可以總結(jié)出其振幅的穩(wěn)定性控制結(jié)果，穩(wěn)定性控制理論應(yīng)用在生產(chǎn)實踐期間，能夠利用虛擬樣機技術(shù)使抗諧振式振動篩堅固、結(jié)實，最終，開發(fā)世界上第一個反共振振動篩。試驗表明，當反共振振動篩系統(tǒng)設(shè)計的所有技術(shù)指標都能夠達到應(yīng)有的要求期間，就可以起到隔振效果好，同步性能良好，起停非常穩(wěn)定，振幅隨材料波動很小等特點，目前來說，該成果已申請了國家發(fā)明專利。

二、反共振振動篩的利用工程

反共振振動篩所產(chǎn)生的振動并不一定都是有益的，例如由于旋轉(zhuǎn)機械的靜態(tài)或動態(tài)不平衡等情況的發(fā)生，會致使反共振振動篩在工作過程會產(chǎn)生慣性力，從而引起機器車身出現(xiàn)振動的情況，在機器車身震動中可以將動態(tài)載荷進行傳遞，經(jīng)傳遞之后就會引起振動現(xiàn)象，這種震動具有有害性特點。機床在對工件的加工會促使刀具和工件之間產(chǎn)生一定程度的摩擦情況，從而引起一定程度的振動，而在火車輛和飛機等在行駛期間產(chǎn)生的各種振動情況，就會促使乘客感到一定程度的不舒適，且橋梁也將在動態(tài)載荷作用下振動[2]。自人們開始研究抗振動技術(shù)初期，已經(jīng)逐漸完成了多種研究分析，通過研究振動現(xiàn)象的出現(xiàn)特征與實際情況，可以找針對的固有規(guī)律特性，基于固有規(guī)律分析后能夠?qū)ζ溆行Ю茫M而提升反共振振動篩在應(yīng)用期間的重大濟效益。

三、反共振振幅穩(wěn)定性控制理論與應(yīng)用

（一）反共振振幅穩(wěn)定性控制理論

反共振振動篩振幅穩(wěn)定性控制中所存在的共振和反共振屬于兩種模式，這兩種模式具有相反屬性。反共振振動篩振幅穩(wěn)定性控制期間其原點共振振動篩的上篩面是平直的篩面，箱體安裝傾斜角度為10°，芯塊沿相反方向旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生線性激振力，表面位置是可調(diào)的，通過對反共振振動篩結(jié)構(gòu)模型研究證明，反共振振動篩單向振幅可以穩(wěn)定在45mm，篩箱質(zhì)量發(fā)生很小的變化，也會影響激勵頻率，最終導(dǎo)致上下波動質(zhì)體振幅的變化，PID控制技術(shù)可用于反共振動振動篩監(jiān)測上，處理完信號后改變電動機勵磁頻率，從而制成反共振振動篩，以進一步實現(xiàn)幅度的穩(wěn)定控制，該方法很簡單，控制效果好。

（二）反共振振幅穩(wěn)定性控制應(yīng)用

1.減振技術(shù)的應(yīng)用

反共振振動篩動態(tài)減震器的研究已經(jīng)經(jīng)過了很長時間，在過去十年中，學(xué)者們通過對動態(tài)減震器進行研究，已經(jīng)取得了一定程度的實際研究成果[4]。一般來說，動態(tài)減震器與系統(tǒng)共振是緊密相連的，例如，曲柄活塞式動力機械設(shè)備處于一定的激勵頻率，為了消除或減少主體結(jié)構(gòu)的上下振動，可以在主體系統(tǒng)特定部分增加一個附加組件，在附加組件的增加中可以促使主系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間連接點產(chǎn)生原始共振，這種原始共振的出現(xiàn)可以逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉垂舱?，主要目的是為了可以減少振動情況[5]。反共振振幅穩(wěn)定性控制期間可以使用一組動態(tài)減震器，只要激勵頻率與平臺上任何子系統(tǒng)反諧振頻率一致，就可以造成強迫振動。近年來，隨著國內(nèi)外對相關(guān)內(nèi)容的研究可以發(fā)現(xiàn)，國外已經(jīng)逐漸開始加強對振動器的使用，主要是使用彈性體結(jié)構(gòu)的方式起到動態(tài)減震器的作用，彈性體具有無限數(shù)量的共振和反共振頻率，可以設(shè)計出滿足各種需求的振動器，以達到降低振動的目的。