单质体反共振隔振振动机械的应用与设计方法探讨

宗玉娟

（江苏省扬中中等专业学校，扬中 212200）

振动机械是一种比较特殊的机械设备，目前已广泛投入到工业生产中。目前，振动机械有近百种，其应用范围遍及国民经济的各个部门。而反共振振动机械较与传统振动机械相比具有一系列颇为突出的优点，比如，重量轻、隔振效果好、激振力小、工作性能稳定、节能环保，故此反共振振动机械具有十分广阔的应用前景。国内外许多学者对反共振的理论和应用进行了不少的研究工作，并设计出一些反共振振动机械，但由于一些关键技术没有很好地解决，致使反共振振动机械至今在国内还没有得到广泛推广应用，而反共振振动筛产品在国内尚属空白。

1 单质体反共振隔振振动机械

振动是一种较常见的日常运动形式。通常情况下，我们认为振动往往是有害的，在一定条件下可引起桥梁断裂、动态变形及动态应力、机械损害或疲劳、缩短零部件的使用寿命等。此外，振动还会产生噪音，严重损害工作人员的身体健康，还会发生地震现象。但随着对振动理论的深入研究，人们利用振动的特性解决了许多工业中的实际问题，利用振动特性制造的振动机械也被广泛应用于冶金、化工、医药、食品等工业领域，这就是振动利用工程。这些振动机械利用振动来完成某些工艺过程，如振动给料和输送、振动整形、振动筛分、振动选矿、振动成型、振动干燥、振动冷却、振动抛光，等等。据初步统计，振动机械的用途和种类已达百余种，它们在工业、农业、国防以及人类社会生活的各个方面发挥着重要作用。振动利用工程的广泛应用和应用领域的不断发展，使很多生产过程和工艺发生了改变，加速了生产自动化和机械化，从而促进了学者对振动利用工程更进一步的深入研究。假设M是隔振体的配重；m为隔振体的质量；a是杠杆的质心C0与支点B之间的距离；r是支点A和支点B的之间的距离；R是配重质心M到杠杆支点A之间的距离。首先要运用已知方程式对该机械系统的动力微分方程进行推导，其中U为位能；T为系统动能；E为耗散函数，如式（1）～（3）所示。

从式（1）～（3）可以看出，一次反共振隔振时振动机在没有阻尼力时动载荷传递率经计算为零。振动机的阻尼力、支点上的压力、弹簧恢复力几个力一定要在一个点上作用，这样是为了使外力因素加的传给基础装置的动力矩载负荷为0。反共振隔振的振动机比普通的一次隔振的振动机的隔振能力要强很多[1]。

2 单质体反共振振动机与普通振动机

振动机械在实际应用中通常会采取一般的隔振措施，常见的有一次隔振、二次隔振，但这些措施减少振动机械传给基础的振动有时并不理想，为使传给基础的振动尽量减小，根据反共振原理建立动力反共振隔振系统，通过增加惯性元件达到吸振目的，使基础处于反共振状态，此时，振动机械传给基础的振动最小。我们针对一次隔振的单质体振动机建立了相应的力学模型，针对二次隔振的双质体振动机建立了力学模型，使用与上文一样的方式，可得到振动机械动载荷传递率的方程式。由此可以明显看出，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几乎等同于二次隔振的隔振效果，但不论从高度上以及质量上看，整台机器都要比二次隔振振动机的性能低很多。对于那些大型的隔振振动机械来说，厂房搭建消费可以适当削减。

3 单质体的反共振振动机隔振的参数

在远超共振的状态下工作时，振动机械通常取频率比等于5，如式（4）所示。

由式（4）可得，由于在机械上附加了动力反共振这种装置，所以增加了参振的质量,如式（5）所示。

即m′=0.027M，这样容易降低机体的振幅。

假设原来的振幅λ等于4.5mm，那么我们在安装反共振的动力装置以后，它的振幅λ′大约等于4.38mm，即振幅只减小了0.12mm。我们可以通过增加适当的激振力用来补偿减小的振幅[2]。

4 试验和计算

把振动筛的质量设置为10t，单振幅设为4mm，激振力设成2.33×106N，隔振弹簧的刚度设置为3.92×106N/m，激振频率设置为76.4Hz。那么在一次隔振时，传递给基础的动载荷有1.77×105N/mm2。如果我们利用反共振这种隔振的方式，得到R/r=3，转动惯量和杠杆的质量在具体计算时中折合计算到机械的配重上，但反共振隔振的弹簧刚度比没有变化，我们要让激振频率和反共振频率相等，就是由ωAR=76.4Hz求出mAR=671.6kg，m=112kg，是1.12%的总质量，与此同时za=3.94，进而算出传递率等于3.26%，计算出7.59×104N是传递到基础装置的动载负荷所降低到的值，由此得出，它的隔振效果要比普通一次振动机的隔振效果还要降低57%。

为有利于测定其动载荷，试验台采用了准确率非常高的双质体结构，在上质体上，同步激振器与这个双质体结构需要共同安装。四个螺旋弹簧、四组杠杆以及配重结构共同组成一个单质体反共振隔振器，这些部件全部都安装在上、下质体之间。为支撑稳定下质体，其下面有4个隔振弹簧装置。传递到基础的动载荷能够通过下质体振幅和隔振弹簧的刚度相乘而求得。最终结果说明动载荷传递率要小于0.04，下质体振幅也小于0.5mm。