电磁振动台

电磁振动台（精选三篇）

电磁振动台 篇1

关键词：排种器,电磁振动,参数,数学模型

0 引言

电磁振动排种器(下面简称排种器)结构简单,排种性能较好,不伤种,被较多地用于水稻播种机上。一直以来,排种器参数的设计较多地采用试验方法进行,或不考虑后振动盘系统和主振动排种盘系统的相互影响,把排种器等价成单自由度振动系统进行研究[1,2]。但后振动盘系统和主振动盘系统组成的排种器是一个较复杂的振动系统,后振动盘系统的弹簧刚度、质量和连接弹簧的刚度对排种盘的运动速度及排种速度有较大影响。因此,为了明确后振动盘系统、连接弹簧和主振动盘系统振动参数对排种器运动速度的影响,进一步提高排种器系统设计的可靠性及排种性能,本文考虑后振动盘系统与连接弹簧的影响,对排种器系统进行解析研究。同时,结合种子在排种盘上的运动分析,给出排种器的运动数学模型及振动参数的设计方法。

1 排种器结构及工作原理

1.1 结构

排种器主要由主振动排种盘系统(排种盘、分流盘、主振板弹簧)、后振动盘系统(振动后板、振动筛、后板弹簧)、连接弹簧和电磁铁组成,如图1所示。电磁铁外接能产生交变电流的控制装置。

1.2 工作原理

当电磁铁加上具有一定频率的交变电流时,电磁铁产生交变的电磁力作用于排种盘,由于排种盘和振动后板由弹簧片支撑,且排种盘和振动后板由连接弹簧连接,使得排种盘和振动后板产生振动,而振动后板和振动筛通过连接圆柱连接,振动筛也产生振动。振动筛和排种盘的振动,使得来自于种子箱—漏斗的种子被振落到排种盘后端V型槽上。同时,由于排种盘具有水平和垂直方向的振动,使排种盘后端的种子在排种盘的V型槽中形成种子流并向前运动,当种子运动到分流盘分流孔时,架空的种子被振落,落入集种器回收,其余的种子在振动作用下继续向前运动,当种子到达分流盘出口时,落入接种器[3]。

1.排种盘 2.分流盘 3.接种器 4.集种器 5.主振板弹簧 6.电磁铁 7.连接弹簧 8.连接钢板 9.后板弹簧 10.振动后板 11.连接圆柱12.振动筛 13.漏斗

2 系统数学模型的建立

2.1 排种器数学模型

排种器是一个多自由度的振动系统,但系统振动时,主振动排种盘系统的质心在垂直于K1弹簧片方向的位移S1和后振动盘系统的质心在垂直于K2弹簧片方向的位移S2较小。弹簧片倾角θ1和θ2变化很小,且主振动排种盘系统和后振动盘系统绕其质心的转角位移很小,为了便于分析,把θ1和θ2视为常量,且略去绕质心转动的影响,把排种器简化成一个二自由度线性振动系统。其中,主振动排种盘系统简化成4根弹簧片(总的弹簧刚度系数为K1)支持一质量块m1,质心在前后两弹簧片的中点;后振动盘系统简化成4根弹簧片(总弹簧刚度系数为K2)支持一质量块m2(包括种子压在振动筛上的质量),质心在前后两弹簧片的中点。由连接弹簧(1/4圆弧板型弹簧)连接两分系统构成排种器振动系统,其力学模型如图2所示。

本文采用Lagrange方程建立系统运动方程。由图2可知, 1/4圆板型弹簧两端相对的水平位移和垂直位移为

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1/4圆板型弹簧的势能为

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式中 E—弹性模量;

I—惯性矩。

M(α)=P1R(1-sinα)-P2Rcosα (3)

式中 P1—1/4圆板型弹簧在水平方向的受力;

P2—1/4圆板型弹簧在垂直方向的受力;

R—1/4圆板型弹簧的半径。

由材料力学可知

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由式(1)、式(3)和式(4)合解得

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由式(2)、式(3)和式(5)合解得1/4圆板型弹簧的势能为

U1=aS12-bS1S2+cS22 (6)

式中,a=K3a1,B=K3b1,c=K3c1。

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系统的动能undefined

系统的势能undefined

由Lagrange方程得系统的微分方程得

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式中,A=(K1+2a) ,B=(K2+2c)。

解式(7)得

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式中,△=(A-m1ω2)(B-m2ω2)-b2

令△=0,解得系统的固有角频率为

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系统的固有频率为

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令M1=S10/(F/K1) ,M2=S20/(F/K1) ,ω12=K1/m1, d1=K3/K1, d2=K2/K1,μ=m2/m1,r=ω/ω1,由式(9)得

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2.2 种子运动的数学模型

排种盘的工作是把来自种子箱的种子形成种子流,且以一定速度排出,满足排种量的要求。种子在排种盘上产生抛掷运动,排种的均匀性较差,因此排种盘应使种子在其上面作滑移运动,达到均匀排种的目的。种子在排种盘上运动的力学模型如图3所示。

根据相关的文献[4],由图3得种子m的运动方程式及y方向排种盘对m的支持力为

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式中 G=mg;

f ′=μ1Ny (正向滑移取正号,反向滑移取负号);

μ—动摩擦系数。

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当种子m相对排种盘出现滑移时,由式(12)和式(13)合解,得种子正向相对滑移速度为

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式中 φ=ωt;

φ0′—动态摩擦角,φ0′=tg-1μ1;

φk′—正向滑始角,undefined

φ0—最大摩擦角,φ0=tg-1μ10;

k′=ω2S10/g。

同理,得反向相对滑移速度为

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式中 φq′—反向滑始角,undefined。

由式(14)和式(15)求得正反向种子m的平均滑移速度(一个振动周期内的平均速度)为

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式中 φm′—实际正向滑止角;

φe′—实际反向滑止角。

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式中 θk—正向滑动角;

θq—反向滑动角。

种子相对排种盘的平均运动速度(排出速度)为

ν=νk+νq (20)

3 系统参数分析

利用Mathcad软件,由数学模型式(11)作系统振动放大因子M1和M2曲线,如图4所示。作图时,取θ1=62°,θ2=66°。图4表明,排种器频率比r位于两共振频率中间为好。r位于两共振频率中间,排种盘较易获得较大的振幅,有利于满足排种量的要求;同时,振动筛可获得适当的振动量,有利于把种子箱的种子振落到排种盘的V型槽上,种子不易于堵塞。为了以较小的能量获得较大的振动量,且排种盘工作较稳定,取排种器系统的激振频率f=(0.8～0.9)fn2[5]。

由图4(a)和图4(b)的1,2,3曲线可知:当d1增大时,两共振频率中间相应的M1变小,M2变化不大。这表明:d1大不易获得大的排种速度;但d1过小,M2过小,振动筛的振动量相对过小,不利于种子箱的种子振落到排种盘的V型槽上,种子易于堵塞,且两共振频率中间间隔过小,振动不稳定。因此,取d1=0.13～0.23为好。

由图4(c)和图4(d)的1,2,3曲线可知:当d2增大时,两共振频率的间隔变得较小,系统易进入共振,排种器工作不稳定;但d2过小,M2过小。因此,取d2=0.2～0.6为好。

由图4(e)和图4(f)的1,2,3曲线可知:当μ减小时,两共振频率的间隔变得较小,系统易进入共振,排种器工作不稳定,且M2过大,振动筛振动量相对过大,从振动筛振落到排种盘V型槽上的种子过多,不利于均匀排种;但μ过大时,M2过小。因此,取μ=1.5左右为好。

确定排种器系统的参数为:d1=0.23,d2=0.61,μ=1.43,K1=57 600N/m,m1=1.87kg,θ1=62°,θ2=66°,系统固有频率fn2=35Hz。当激振力力幅F=10N、激振频率f=31.5Hz时,由数学模型得排种盘的水平速度v1=44mm/s、振动筛的水平速度v2=12mm/s、种子的排出速度v=25mm/s(μ1=0.3 ,μ10=0.35),能较好地满足农艺技术对排种的要求。

4 结语

电磁振动排种器系统参数d1=0.13～0.23,d2=0.2～0.6,μ=1.5左右时,系统振动较稳定,排种盘易获得较大的振动量,满足排种量的要求;且振动筛的振动量较适当,种子不易于堵塞,排种均匀性好。

参考文献

[1]张学义,侯经浩.电磁振动排种器的试验研究[J].农业机械学报,1992(1):22-27.

[2]张学义.电磁振动排种器弹性系统的实验研究[J].山东工程学院学报,1992(1):39-44.

[3]杨坚,韦林,覃振友,等.2BD-8自走型分流式小型水稻直播机[J].农业机械学报,1998(4):176-179.

[4]闻邦椿,刘凤翘.振动机械的理论及应用[M].北京:机械工业出版社,1982.

永磁振动台磁路计算与仿真 篇2

永磁振动台磁路计算与仿真

根据磁场理论,介绍永磁振动台磁路工作原理以及磁隙计算方法,以北京强度环境研究所振动试验系统(AS-VA0.6)为例,校核磁隙的磁场强度,运用静磁场有限元仿真方法,通过对比可以看出理论值、仿真值与实测值是一致的,通过有限元方法,并对其进行简单优化与分析.

作 者：秦亚明 张巧寿 QIN Ya-ming ZHANG Qiao-shou  作者单位：北京强度环境研究所,北京,100076 刊 名：强度与环境  ISTIC英文刊名：STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)：2009 36(6) 分类号：O482.51 关键词：永磁振动台   磁路原理   磁路计算与仿真   有限元  

电磁振动控制设计现状分析 篇3

1 电磁振动应用现状

机械是大生产背景下的支柱, 作为现代工业快速发展的基础, 其自动化程度以及工作稳定性和可靠性影响着工业生产实际, 电磁振动系统引入机械结构中, 实现了机电一体化的产业服务, 现行的传统的电磁振动台控制系统、基于直接数字频率合成 (DDS) 技术的多通道电磁振动台控制器、基于脉冲电源驱动下的电磁振动控制系统等。现行的电磁式振动系统分为电磁式振动和电动式振动系统, 电磁式振动系统主要由电磁铁芯、电磁线圈、衔铁和弹簧等组成, 电磁铁芯常常与机体, 即槽体, 相固结在一起, 铁芯与绕线线圈固定在一起, 形成永磁环;而对于电动式振动控制系统, 直接由直流电磁激磁线圈、中心部位磁极、以及可动线圈组成, 电动式振动控制系统简单, 但是输出功率较小, 带动同等负载的情况下, 电动式振动系统机构要比电磁式振动系统大好几倍, 可能几十倍, 电动式振动控制系统采用直流电激磁线圈, 电动式振动器广泛的应用与电磁振动试验台中, 电磁式振动控制台则广泛的应用与实际生产中。

电磁振动机械按照电磁激振力以及发展阶段主要分为以下几类情形:对于交流激磁线圈的电磁振动机而言, 电磁铁铁芯漏磁很小, 振动控制系统中电路中电阻较小, 主要为谐波形式的线性电振机, 因此, 分为半波整流电振机、全波整流电振机等;对于可控性半波整流电振机而言, 电磁力采用非谐波波形的线性电动机, 电磁振动系统中漏磁较小, 电路中的电阻阻值必须考虑, 形成半波整流电振机, 因此, 也被称为半波整流或可控半波整流的降频电磁振动机。对于非线性电磁振动机器而言, 电磁力表现形式为拟线性或者为非线性状态, 使得电振机响应速度为非线性振动, 其中漏磁不能忽略, 控制系统输出响应通过电感来进行调整, 因此, 也被称为电感式非线性电磁振动机。对于压缩橡胶弹簧电振机本身而言, 电磁振动系统表示为非线性特性, 电磁力此时为弹性负载力, 弹性力分为拟线性和非线性特性力, 电振机包括剪切橡胶弹簧电振机以及压缩橡胶弹簧电振机和两侧受压的半弹簧电振机。对于带有冲击作用的电振机本身而言, 电磁振动机系统采用冲击振动远离进行工作, 现有的主要有冲击式电磁振动落砂机等。各种电磁振动机依据不同的应用场合采用不同的电磁控制方式, 控制方式多体现在电磁力的控制上, 现行应用较成熟的成品数电磁振动给料机构, 该机构能够实现电磁振动下的物料输送的自动化, 设备的精巧化以及成本低廉, 使得相比较于传统的上料机构, 设备简单可靠, 稳定性高, 自动化程度高等优点。

就电磁振动给料机而言, 该设备采用交流电磁激磁线圈, 采用交流电形式, 设备可以很小, 或者采用半波整流供电, 振动频率可以达到每分钟三千多次;电磁振动给料机构具有体积小、重量较轻、噪音低、稳定性高、性能可靠、节能高效等一些列优点, 电磁振动输送机能够将颗粒状及粉末物料由料仓均匀连续的送入到收料装置中, 从而实现系统的快速响应等, 电磁振动机构采用机械振动力学相关原理, 实行相关的运动动力学性能, 能够在低临界状态下, 通过亚共振状态进行机构控制, 从而很大程度上减小了能量的耗散。在国内, 电磁振动给料机构, 一般采用控制系统输出振幅来实现给料量, 使用皮带运输物料, 振动方法采用可控硅整流器调节振幅, 简单易于实现自动控制, 部分企业采用电子秤或者核子秤进行物料的称重, 通过开环控制以及普通的PID比例积分微分控制器进行控制, 达到给料机构的定量输出。电磁振动机的控制系统设计多采用不同的电磁力控制形式, 不同的控制方式, 对物料重量方面的自动化控制等方面着手, 现行的电磁振动机较好的适应当前国内工业发展需要。

2 结语

本文全面而系统的分析电磁振动控制设计现状, 电磁振动控制系统广泛应用在工业生产中, 一方面是电磁振动系统的灵活性、稳定性、快捷性;一方面是电磁振动系统能够适应复杂的外界环境, 工作安全可靠, 结构较简单, 通用性较好, 目前电磁振动在给料机领域中应用技术较成熟, 其他的优化控制的电磁振动系统也出入不断深化的阶段, 电磁振动控制系统现已经广泛应用在国防建设、汽车电子、航空航天等行业, 传统的电磁振动台控制系统不能满足日益化生产的需要, 传统的振动机动力耗散巨大, 设备笨重, 难以达到自动化程度的目的, 基于直接数字频率合成技术的多通道电磁振动台控制器以及基于脉冲电源驱动下的电磁振动控制系统等逐渐的取代传统的控制系统, 电磁振动设备可用于发现早期故障, 能够较好的模拟实际工况, 电磁振动设备应用面广, 适应性强, 可靠性高, 控制设备简单易操作, 性能稳定, 电磁振动控制广泛应用给料机。电磁振动给料机从20世纪60年代至今, 通过响应的技术改进以及设备的更新, 现已高效的应用在工业给料、送料、传动系统控制方面, 电磁振动给料机构通用性较好, 能够适应高温低温等环境, 电磁振动机控制系统发展前景不容忽视。

参考文献

[1]刘杰.机电一体化技术基础与产品设计[M].冶金工业出版社, 2003.

[2]闻邦春.振动机械的理论及应用[M].机械工业出版社, 1992.

[3]王运池.国内振动给料设备的现状与发展[J].煤质技术, 2003 (7) :29-31.

[4]骆有东.电磁振动给料器的性能及控制研究[J].包装工程, 2005 (26) :54-61.