双振动电机转速同步原理全面解析

　　用机械振动、转子动力学等基本原理，对双振动电机转速同步工作机理作了解析。 双振动电机作为振动源用于粮食机械已有三十多年的历史，它以独特的优点，迅速取代了用机械方法保持转速同步的老一代振源装置，东安粮机公司生产的清粉机，振动筛和去石机，均装有两台并列的振动电机。从电机采购到安装使用，并无特殊要求，只要型号相同，任意两台装机，均能满意地同步工作，甚至在一台瞬间晚起动的反常情况下，当机械猛然摆动若干次后，仍进入同步运行，在十多年的生产过程中，无一台同步失效。　
        1.振动机械的工作特点和运动机理　
        在粮食振动机械的筛体上，并装两台相对反向旋转的振动电机，驱使筛体作往复线性运动，以满足粮食加工的除杂、去石、分级和筛理，作为振源的振动电机，结构简单，在电机轴的两端轴伸上装有同向偏心的偏重块，作为振动电机的激振元件。偏重块与电机轴组成偏重转子，被支承在电机轴承上。两台振动电机紧固在筛体上，筛体通过支承弹簧联结在固定的机架上。　
粮食振动机械通常设计为低频大振幅的远共振机械，以满足筛理运动特性的要求。所谓远共振机械是指：在以激振元件（偏重块），弹性／阻尼元件（弹簧）和惯性元件（筛体）组成的振动系统中，激振频率与系统的固有频率之比即频率比≥２．５的振动机械，工作转速远离共振转速，从振动参数的相关特性知道，振动机械的频率比，振动体位移对激振力的落后角与阻尼比之间存在这样一种关系：当阻尼比很小，频率比≥２．５时，振动体（筛体）位移对激振力的　落后角一１８０　¨。在粮食振动机械上表现为，当偏　重块向前转动时，筛体向后转动；偏重块向左时，筛　体向右，由于振动电机相对反向旋转，故两偏重块对　筛体作反向往复运动。　
       2.动电机的简化振动方程与进动运动　
        振动电机偏重块质量ｍｎ，以偏心距７和角速度力响应，作与激振力相同角频率的平面回转谐运动，筛体平面回转角速度与激振力角速度相同［２】。由于筛体位移落后激振力１８０ｏ，所以，固定在筛体上的振动电机，其偏重块受筛体牵连，作与筛体反方向的牵连运动，产生反向牵连运动惯性力，设支承弹簧刚度为ｋ，阻尼系数为ｆ。该振动机械的力学模型如图１所示［１】。按模型建立振动微分方程，并经推导，得简化振动方程：Ｍ￣ｋｏｏ２＝ｍｏｔｔｏ　，式中左边∞为筛体Ｍ的平面回转角速度，为解释方便，用Ｑ代ｃＵ，则　
ＭＭ２　＝ｍｏ７ｏｏ　
此方程反映了筛体Ｍ与偏重块ｍｎ之间的动力学关系。ｍｎ是偏重块质量，也就是偏重转子不平衡量，而筛体Ｍ可以看作偏重转子的支承系统，转子支承系统对转子不平衡量的响应叫同步进动（SY.achronous whir1）　Ｊ。用动力学解释为：偏重转子不平衡量ｍ０，在以偏心距７和∞角速度旋转时，筛体Ｍ则以　为半径和与转子同频的回转角速度Ｑ作同步进动运动，机械处于惯性力平衡的稳定工作状态。若Ｑ≠∞时，则是非同步进动状态，经常发生在起动过程（ＣＯ＞Ｑ）和停车过程（∞＜Ｑ）中，机械处于不稳定过渡状态。
 

 3.动电机机械的进动运动　
        将左右两台振动电机对称地装于筛体纵向中心线的两侧，筛体通过弹簧支承在机架上，左右偏重转子转向相反。如图２所示。 设左右偏重块质量均为ｍ。，两偏重转子的偏心距均为ｒ，左偏重转子角速度为∞，右偏重转子角速度为（ｏ２，且　>，筛体质量为Ｍ（含２ｍ。）、筛体回转角速度为ｎ、回转振幅为　，按两种情况分析转子进动问题。　
        （1）独立的转子进动运动　
        假设将筛体平分为左右两个独立的分筛体，质１量各为÷Ｍ，则与上节中单台振动电机机械一样，各自组成独立的转子进动系统。左、右分筛体，各自以不同的角速度进行同步进动。　
        若左右振动电机以相同的角速度旋转时，由于电机相对转向相反，两分筛体的横向惯性分力相互抵消，纵向惯性分力相互叠加，形成纵向惯性往复运动。在同步进动情况下，两分筛体的独立进动运动之和与整体筛体的进动运动是相等的，两个独立的偏重转子可与一个整体筛体同时作同步进动。　
        （2）个整体筛体时转子进动运动　
        若左右振动电机的角速度不同，且∞　稍大于ｏｙｚ，∞　一ｏｙｚ＝△∞。由于两台振动电机固定在同一筛体Ｍ上，当两台振动电机同时工作时，左、右偏重转子各自独立旋转，此时，偏重转子与筛体的动力学关系是，筛体Ｍ作为两偏重转子的共同支承系统，由于ＣＯ１≠ｏｙｚ，故Ｍ不可能对不同角速度的两个偏重转子同时作同一的同频回转响应，即不能实现同步进动。实际上，此刻两偏重转子与筛体都处于非同步进动状态，是惯性力不平衡的过渡状态。振动电机偏重转子在电磁扭矩的驱动下作匀速旋转，产生激振力。迫使筛体作同步回转，产生惯性力，此筛体惯性力即是振动电机的负载。根据电机负载特性，振动电机电流随负载成正比例变化。负载决定着电流大小。也就是Ｑ决定着电流大小。Ｑ比　小△　，则电机电流在满足Ｑ回转角速度的筛体惯性力负载下，从与∞　角速度相适应的激振力电流自行下降至与　一△∞　角速度相适应的激振力电流，使电机激振力角速度与一半筛体惯性力的角速度相等，由非同步进动恢复到同步进动，系统惯性力又恢复了平衡。双振动电机由不同的角速度∞　、ｏｙｚ变为相同的角速度∞，实现双振动电机机械同步运行。　
        4.同步起动的措施　
        安装在筛体上的振动电机均有一定的安装角（电机轴线与铅锤线之夹角），以满足筛面振动特性要求，一般在７。～５３。之间。偏重转子在静态灵活转动情况下，质心自动处于低位置。且低点的位置精度与安装角成正比，这样就使两偏重块自动处于低位置，保持在同一“起跑线”上开始转动，尚须注意的是，当安装角较小（例如≤７。）时，质心停留在上死点的可能性有所增加，为避免此种情况发生，在偏重转子低位置处和静子对应的高位置各装一枚同极永磁铁，使转子、静子在上死点处相互推开，以保证同步起动万无一失。　 

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