反共振振动筛的振幅稳定性控制

李良晨 刘奇

摘 要：针对传统大型振动筛箱侧板易折断、振动量大、隔振效果差等一系列问题，提出了反共振振动筛的设计思想，通过建立反共振振动筛力学模型实现动力学分析，从而提升筛箱的稳定性控制。本文基于PID控制策略来控制反共振振动筛幅值的稳定性，并通过优化方法模拟调幅系统，进行仿真测试，经测试后所提出的控制方法具有明显效果，能够促使幅值稳定控制效果满意，以得到反共振振动筛的响应幅值。

关键词：反共振振动筛;振幅稳定性;控制

近年来，传统大型振动筛在中国煤厂中得到广泛的应用，它是分离和分类操作的主要载体，但在包装上很容易造成筛盒侧面破裂，不仅会增加振动质量，还会降低震动效果。反共振振动筛的振幅稳定性控制是一种新型振动模型，当反共振振动筛的振动频率达到一定值时，振动的自由度是静态的，在此影响下，本文基于振动筛力学模型建立了控制系統，并通过仿真分析了反共振振动筛控制系统的缺点，通过使用PID控制策略，解决PID参数调整和优化的问题，从而为实际的控制系统建立提供理论基础。

一、反共振振动筛关键技术研究

反共振振动筛具有重量轻，隔振效果好等一系列优点，但目前，反共振振动筛在实际应用期间仍存在一些关键的技术尚未解决问题，这些问题的存在都会严重影响反共振振动筛的推广，通过对关键问题进行具体分析后发现：

（1）反共振振动筛的振幅稳定性控制理论主要是通过机电仿真方法的使用，能够进一步有效分析质量弹簧系统，动力分析后可以发现其中存在共振现象和反共振现象，而反共振振动筛的研究下可以发现，包括如隔振振动机和双质量反共振隔振机。经动力学分析，基于计算机仿真试验证明，反共振振动筛传递的基础动载荷会小于传递的动载荷，二次隔振整机的重量小于普通二次隔振机。

（2）反共振振动筛的振幅稳定性系统应该将原点反共振振动筛作为主要分析内容，比较上下质量体内存在的振幅，使用“反共振点在两个共振点中间”“反共振时上部质量体的最小振幅”“以上两种综合方法”三种方法，通过三种方法的建立能够进行计算机仿真实验模式。

（3）反共振振动筛的振幅稳定性控制期间需要考虑材料质量的随机波动性，当反共振振动筛上下质量体不同参数和材料质量平均值发生变化时，对材料质量随机波动进行研究，可以发现振动对振动机上、下质量幅值的影响，以及材料质量随机波动对上、下质量幅值的调节，会在一定程度上提高反共振振动筛的设计水平。

（4）反共振振动筛的振幅稳定性控制可以基于惯性反共振振动筛的机电耦合建模与求解，建立反共振状态同步准则和同步传输准则，经准则分析研究后可以发现，基于反共振情况下能够有效实现振动同步的目标，其同步指标总是比同步传输指标大。

（5）反共振振动筛的振幅稳定性控制在处理能力阶梯式变化等特殊场合，提出了三种反共振振动筛的方案，反共振振动筛分析后可以发现上下质量情况，在上下质量分析能够进一步保证振动稳定的控制，并经过常规实验研究之后，能够制作一个反共振幅度控制的测试系统，这种测试系统具有明显作用，主要以模糊自调节设置P1D参数控制器为核心，该控制方法具有有效性的特点，能够提升实用价值[1]。

（6）反共振振动筛在常规分析之后，可以总结出其振幅的稳定性控制结果，稳定性控制理论应用在生产实践期间，能够利用虚拟样机技术使抗谐振式振动筛坚固、结实，最终，开发世界上第一个反共振振动筛。试验表明，当反共振振动筛系统设计的所有技术指标都能够达到应有的要求期间，就可以起到隔振效果好，同步性能良好，起停非常稳定，振幅随材料波动很小等特点，目前来说，该成果已申请了国家发明专利。

二、反共振振动筛的利用工程

反共振振动筛所产生的振动并不一定都是有益的，例如由于旋转机械的静态或动态不平衡等情况的发生，会致使反共振振动筛在工作过程会产生惯性力，从而引起机器车身出现振动的情况，在机器车身震动中可以将动态载荷进行传递，经传递之后就会引起振动现象，这种震动具有有害性特点。机床在对工件的加工会促使刀具和工件之间产生一定程度的摩擦情况，从而引起一定程度的振动，而在火车辆和飞机等在行驶期间产生的各种振动情况，就会促使乘客感到一定程度的不舒适，且桥梁也将在动态载荷作用下振动[2]。自人们开始研究抗振动技术初期，已经逐渐完成了多种研究分析，通过研究振动现象的出现特征与实际情况，可以找针对的固有规律特性，基于固有规律分析后能够对其有效利用，进而提升反共振振动筛在应用期间的重大济效益。

三、反共振振幅稳定性控制理论与应用

（一）反共振振幅稳定性控制理论

反共振振动筛振幅稳定性控制中所存在的共振和反共振属于两种模式，这两种模式具有相反属性。反共振振动筛振幅稳定性控制期间其原点共振振动筛的上筛面是平直的筛面，箱体安装倾斜角度为10°，芯块沿相反方向旋转可以产生线性激振力，表面位置是可调的，通过对反共振振动筛结构模型研究证明，反共振振动筛单向振幅可以稳定在45mm，筛箱质量发生很小的变化，也会影响激励频率，最终导致上下波动质体振幅的变化，PID控制技术可用于反共振动振动筛监测上，处理完信号后改变电动机励磁频率，从而制成反共振振动筛，以进一步实现幅度的稳定控制，该方法很简单，控制效果好。

（二）反共振振幅稳定性控制应用

1.减振技术的应用

反共振振动筛动态减震器的研究已经经过了很长时间，在过去十年中，学者们通过对动态减震器进行研究，已经取得了一定程度的实际研究成果[4]。一般来说，动态减震器与系统共振是紧密相连的，例如，曲柄活塞式动力机械设备处于一定的激励频率，为了消除或减少主体结构的上下振动，可以在主体系统特定部分增加一个附加组件，在附加组件的增加中可以促使主系统和子系统之间连接点产生原始共振，这种原始共振的出现可以逐渐转变为反共振，主要目的是为了可以减少振动情况[5]。反共振振幅稳定性控制期间可以使用一组动态减震器，只要激励频率与平台上任何子系统反谐振频率一致，就可以造成强迫振动。近年来，随着国内外对相关内容的研究可以发现，国外已经逐渐开始加强对振动器的使用，主要是使用弹性体结构的方式起到动态减震器的作用，弹性体具有无限数量的共振和反共振频率，可以设计出满足各种需求的振动器，以达到降低振动的目的。