[发明专利]一种四机驱动双质体振动冲击破碎机及其参数确定方法

摘要

本发明专利属于振动破碎技术领域，一种四机驱动双质体振动冲击破碎机的参数确定方法，该破碎机的动力学模型包括两个质体、四个激振器及两组弹簧，两质体间、质体与基座间分别装有橡胶垫，质体1通过弹簧1与质体2连接，同时，质体2通过弹簧2连接在地基上；激振器1与激振器2对称设置于同一质体上，激振器3与激振器4对称设置于另一质体上；激振器1与激振器4同向回转，激振器2与激振器3同向回转，在同一质体上的两个激振器反向运动；整个系统只在x方向上产生位移；主要应用振动同步理论，获得该系统的同步性及稳定性判据，得出了该模型的合理工作点，并为工程中实际振动系统的振动同步问题提出了理论依据，并最终实现其工程应用价值。

主权项

1.一种四机驱动双质体振动冲击破碎机的参数确定方法，其特征在于，该破碎机的动力学模型包括：两个质体、四个激振器及两组弹簧，两质体间、质体与基座间分别装有橡胶垫，质体1通过弹簧1与质体2连接，同时，质体2通过弹簧2连接在地基上；激振器1与激振器2对称设置于同一质体上，激振器3与激振器4对称设置于另一质体上；激振器1与激振器4同向回转，激振器2与激振器3同向回转，在同一质体上的两个激振器反向运动；整个系统只在x方向上产生位移；所述激振器的参数确定方法，包括如下步骤：步骤1,建立动力学模型和系统运动微分方程安装在电机上的四个不平衡转子的转角分别为两个质体的运动方向被限制在x方向，并分别用x₁和x₂表示，基于拉格朗日方程振动系统的运动微分方程如下：其中M₁＝m₁+m₀₁+m₀₂；M₂＝m₂+m₀₃+m₀₄；M＝M₁+M₂；J_oi＝m₀₁r₁²,i＝1,2；i＝3,4；r₁＝r₂＝r；式中，m₁——质体1质量；m₂——质体2质量；m₀₁——质体1上激振器1,2质量；m₀₂——质体2上激振器3,4质量；r_i——激振器偏心距(i＝1,2)；k_1x,k_2x——x方向上弹簧刚度；f_1x,f_2x——x方向上阻尼系数。J_oi——激振器i的转动惯量(i＝1,2,3,4)；——激振器i的相位角(i＝1～4)；——激振器i的角速度(i＝1～4)；——激振器i的角加速度(i＝1～4)；设不平衡转子的质量为：m₀₁＝m₀；m₀₂＝ηm₀；四个不平衡转子的平均相位为2α₁、2α₂、2α₃分别为不平衡转子两两之间的相位差，其关系如下因此有在振动系统运动过程中，假设不平衡转子一段时间后达到同步，并且其同步角速度则在稳定状态下有获得x方向两质体相对运动微分方程如下：其中x₁₂＝x₁‑x₂m是振动系统的诱导质量；根据式(6)，易得两质体相对运动固有频率ω₀以及稳态下的响应，其表达式如下其中通过求解响应表达式的极值，两质体反相位相对运动的响应幅值λ₂₁可得出步骤2,获得系统同步性条件根据式(1)中前两个方程，通过传递函数法求得稳态下两质体的响应其中d＝(f_1x+f_2x)ω_m0,e＝k_1x,f＝f_1xω_m0,将式(1)前两个方程写成矩阵形式，得到两质体的耦合矩阵及特征方程，其中M为惯性耦合矩阵，K为刚度耦合矩阵，Δ(ω²)为特征方程；令特征方程的值等于0，则有ω⁴M₁M₂‑ω²M₁k_2x‑ω²M₁k_1x‑ω²M₂k_1x+k_1xk_2x＝0(12)求解式(12)，可以得到两质体在x方向上的两个固有频率ω_i'_nv是x方向上两个质体具有反相位相对运动的固有频率，ω_s'_a是x方向上两个质体具有同相位相对运动的固有频率；当激振器达到同步运转，同步角速度将(10)式中x₁、x₂对时间t求二阶导后，将其代入(1)式后四个方程中，同时结合式(2)，并在0～2π对积分取均值，整理后，四电机的平衡方程如下。其中其中为电机i的输出电磁力矩，T_u为标准激振子的动能；设ΔT_0ij(ij＝12,23,34,13,24,14)为电机i,j的输出电磁力矩之差，则有其中为电机i,j之间无量纲耦合力矩，其约束函数为因此得到三个不平衡转子的同步判据为式(44)～(49)被描述为：任意两个电机的无量纲残余力矩之差的绝对值小于或等于其无量纲耦合力矩的最大值；步骤3，推导稳定性条件振动系统的动能(T)和势能(V)如下单周期内振动系统的振动系统的动能和势能由此得出其中单周期内振动系统的Hamilton平均作用量为I的Hessen矩阵H如下其中若I的Hesse矩阵正定，则式(57)满足H₁＝d₁₁>0   (64)H₂＝d₁₁d₂₂‑d₁₂d₂₁>0   (65)H₃＝d₁₁d₂₂d₃₃+d₁₂d₂₃d₃₁+d₁₃d₂₁d₃₂‑d₁₁d₂₃d₃₂‑d₁₂d₂₁d₃₃‑d₁₃d₂₂d₃₁>0   (66)式(64)～(66)即为振动系统同步状态下的稳定性判据，并且H₁、H₂、H₃被定义为振动系统的同步稳定性能力系数，当满足式(64)～(66)时，系统稳定。