反共振振動篩的振幅穩定性控制

李良晨 劉奇

摘?要：針對傳統大型振動篩箱側板易折斷、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計思想，通過建立反共振振動篩力學模型實現動力學分析，從而提升篩箱的穩定性控制。本文基于PID控制策略來控制反共振振動篩幅值的穩定性，并通過優化方法模擬調幅系統，進行仿真測試，經測試后所提出的控制方法具有明顯效果，能夠促使幅值穩定控制效果滿意，以得到反共振振動篩的響應幅值。

關鍵詞：反共振振動篩;振幅穩定性;控制

近年來，傳統大型振動篩在中國煤廠中得到廣泛的應用，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面破裂，不僅會增加振動質量，還會降低震動效果。反共振振動篩的振幅穩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的，在此影響下，本文基于振動篩力學模型建立了控制系統，并通過仿真分析了反共振振動篩控制系統的缺點，通過使用PID控制策略，解決PID參數調整和優化的問題，從而為實際的控制系統建立提供理論基礎。

一、反共振振動篩關鍵技術研究

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

（1）反共振振動篩的振幅穩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量彈簧系統，動力分析后可以發現其中存在共振現象和反共振現象，而反共振振動篩的研究下可以發現，包括如隔振振動機和雙質量反共振隔振機。經動力學分析，基于計算機仿真試驗證明，反共振振動篩傳遞的基礎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定性系統應該將原點反共振振動篩作為主要分析內容，比較上下質量體內存在的振幅，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模式。

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

（4）反共振振動篩的振幅穩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，建立反共振狀態同步準則和同步傳輸準則，經準則分析研究后可以發現，基于反共振情況下能夠有效實現振動同步的目標，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現上下質量情況，在上下質量分析能夠進一步保證振動穩定的控制，并經過常規實驗研究之后，能夠制作一個反共振幅度控制的測試系統，這種測試系統具有明顯作用，主要以模糊自調節設置P1D參數控制器為核心，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分析之后，可以總結出其振幅的穩定性控制結果，穩定性控制理論應用在生產實踐期間，能夠利用虛擬樣機技術使抗諧振式振動篩堅固、結實，最終，開發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設計的所有技術指標都能夠達到應有的要求期間，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明專利。

二、反共振振動篩的利用工程

反共振振動篩所產生的振動并不一定都是有益的，例如由于旋轉機械的靜態或動態不平衡等情況的發生，會致使反共振振動篩在工作過程會產生慣性力，從而引起機器車身出現振動的情況，在機器車身震動中可以將動態載荷進行傳遞，經傳遞之后就會引起振動現象，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，且橋梁也將在動態載荷作用下振動[2]。自人們開始研究抗振動技術初期，已經逐漸完成了多種研究分析，通過研究振動現象的出現特征與實際情況，可以找針對的固有規律特性，基于固有規律分析后能夠對其有效利用，進而提升反共振振動篩在應用期間的重大濟效益。

三、反共振振幅穩定性控制理論與應用

（一）反共振振幅穩定性控制理論

反共振振動篩振幅穩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可以產生線性激振力，表面位置是可調的，通過對反共振振動篩結構模型研究證明，反共振振動篩單向振幅可以穩定在45mm，篩箱質量發生很小的變化，也會影響激勵頻率，最終導致上下波動質體振幅的變化，PID控制技術可用于反共振動振動篩監測上，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，以進一步實現幅度的穩定控制，該方法很簡單，控制效果好。

（二）反共振振幅穩定性控制應用

1.減振技術的應用

反共振振動篩動態減震器的研究已經經過了很長時間，在過去十年中，學者們通過對動態減震器進行研究，已經取得了一定程度的實際研究成果[4]。一般來說，動態減震器與系統共振是緊密相連的，例如，曲柄活塞式動力機械設備處于一定的激勵頻率，為了消除或減少主體結構的上下振動，可以在主體系統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和子系統之間連接點產生原始共振，這種原始共振的出現可以逐漸轉變為反共振，主要目的是為了可以減少振動情況[5]。反共振振幅穩定性控制期間可以使用一組動態減震器，只要激勵頻率與平臺上任何子系統反諧振頻率一致，就可以造成強迫振動。近年來，隨著國內外對相關內容的研究可以發現，國外已經逐漸開始加強對振動器的使用，主要是使用彈性體結構的方式起到動態減震器的作用，彈性體具有無限數量的共振和反共振頻率，可以設計出滿足各種需求的振動器，以達到降低振動的目的。