單質體反共振隔振振動機械的應用與設計方法探討

宗玉娟

（江蘇省揚中中等專業學校，揚中 212200）

振動機械是一種比較特殊的機械設備，目前已廣泛投入到工業生產中。目前，振動機械有近百種，其應用范圍遍及國民經濟的各個部門。而反共振振動機械較與傳統振動機械相比具有一系列頗為突出的優點，比如，重量輕、隔振效果好、激振力小、工作性能穩定、節能環保，故此反共振振動機械具有十分廣闊的應用前景。國內外許多學者對反共振的理論和應用進行了不少的研究工作，并設計出一些反共振振動機械，但由于一些關鍵技術沒有很好地解決，致使反共振振動機械至今在國內還沒有得到廣泛推廣應用，而反共振振動篩產品在國內尚屬空白。

1 單質體反共振隔振振動機械

振動是一種較常見的日常運動形式。通常情況下，我們認為振動往往是有害的，在一定條件下可引起橋梁斷裂、動態變形及動態應力、機械損害或疲勞、縮短零部件的使用壽命等。此外，振動還會產生噪音，嚴重損害工作人員的身體健康，還會發生地震現象。但隨著對振動理論的深入研究，人們利用振動的特性解決了許多工業中的實際問題，利用振動特性制造的振動機械也被廣泛應用于冶金、化工、醫藥、食品等工業領域，這就是振動利用工程。這些振動機械利用振動來完成某些工藝過程，如振動給料和輸送、振動整形、振動篩分、振動選礦、振動成型、振動干燥、振動冷卻、振動拋光，等等。據初步統計，振動機械的用途和種類已達百余種，它們在工業、農業、國防以及人類社會生活的各個方面發揮著重要作用。振動利用工程的廣泛應用和應用領域的不斷發展，使很多生產過程和工藝發生了改變，加速了生產自動化和機械化，從而促進了學者對振動利用工程更進一步的深入研究。假設M是隔振體的配重；m為隔振體的質量；a是杠桿的質心C0與支點B之間的距離；r是支點A和支點B的之間的距離；R是配重質心M到杠桿支點A之間的距離。首先要運用已知方程式對該機械系統的動力微分方程進行推導，其中U為位能；T為系統動能；E為耗散函數，如式（1）～（3）所示。

從式（1）～（3）可以看出，一次反共振隔振時振動機在沒有阻尼力時動載荷傳遞率經計算為零。振動機的阻尼力、支點上的壓力、彈簧恢復力幾個力一定要在一個點上作用，這樣是為了使外力因素加的傳給基礎裝置的動力矩載負荷為0。反共振隔振的振動機比普通的一次隔振的振動機的隔振能力要強很多[1]。

2 單質體反共振振動機與普通振動機

振動機械在實際應用中通常會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機械傳給基礎的振動有時并不理想，為使傳給基礎的振動盡量減小，根據反共振原理建立動力反共振隔振系統，通過增加慣性元件達到吸振目的，使基礎處于反共振狀態，此時，振動機械傳給基礎的振動最小。我們針對一次隔振的單質體振動機建立了相應的力學模型，針對二次隔振的雙質體振動機建立了力學模型，使用與上文一樣的方式，可得到振動機械動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量上看，整臺機器都要比二次隔振振動機的性能低很多。對于那些大型的隔振振動機械來說，廠房搭建消費可以適當削減。

3 單質體的反共振振動機隔振的參數

在遠超共振的狀態下工作時，振動機械通常取頻率比等于5，如式（4）所示。

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

即m′=0.027M，這樣容易降低機體的振幅。

假設原來的振幅λ等于4.5mm，那么我們在安裝反共振的動力裝置以后，它的振幅λ′大約等于4.38mm，即振幅只減小了0.12mm。我們可以通過增加適當的激振力用來補償減小的振幅[2]。

4 試驗和計算

把振動篩的質量設置為10t，單振幅設為4mm，激振力設成2.33×106N，隔振彈簧的剛度設置為3.92×106N/m，激振頻率設置為76.4Hz。那么在一次隔振時，傳遞給基礎的動載荷有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，轉動慣量和杠桿的質量在具體計算時中折合計算到機械的配重上，但反共振隔振的彈簧剛度比沒有變化，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%的總質量，與此同時za=3.94，進而算出傳遞率等于3.26%，計算出7.59×104N是傳遞到基礎裝置的動載負荷所降低到的值，由此得出，它的隔振效果要比普通一次振動機的隔振效果還要降低57%。

為有利于測定其動載荷，試驗臺采用了準確率非常高的雙質體結構，在上質體上，同步激振器與這個雙質體結構需要共同安裝。四個螺旋彈簧、四組杠桿以及配重結構共同組成一個單質體反共振隔振器，這些部件全部都安裝在上、下質體之間。為支撐穩定下質體，其下面有4個隔振彈簧裝置。傳遞到基礎的動載荷能夠通過下質體振幅和隔振彈簧的剛度相乘而求得。最終結果說明動載荷傳遞率要小于0.04，下質體振幅也小于0.5mm。