液压激振器振动参数的设计

　　1 引言

　　液压激振技术近年来已广泛应用于许多工程机械中,如矿山机械、装载机械、压实机械、建筑振动机械以及振动成型机械等。与惯性激振、弹性连杆激振和电磁激振相比,液压激振不但可以实现无级调频和调幅,而且使传动系统大大简化,操作简便、省力。首先在实验设计的基础上,抽象出油缸激振系统的力学模型,建立起系统的数学模型方程,并在计算机仿真的基础上,对其运动情况和各主要参数之间的关系及对振动性能的影响,进行初步分析。

　　2 力学模型的建立

　　实际的振动成型机对物料的密实和成型的过程,是一个复杂的随机过程,不同的物料以及物料的不同配方,对系统的振动参数要求不同。为了研究方便,我们在使系统模型尽量与实际工况相吻合的基础上,进行了一些必要的简化,从而有利于建立系统的数学模型,研究各振动参数对系统的影响。

　　图1是一种振动成型机械的系统图,激振器由振动油缸、旋转换向阀和电机3部分组成,电机带动旋转换向阀旋转,通过旋转换向阀给激振油缸配流,使激振油缸快速往返运动,带动物料及其模具振动。因为物料的振动参数完全取决于激振器的振动参数,故以激振油缸为研究对象,讨论其运动情况。将活塞模具抽象为图2所示的动力学系统。与激振力相比,静力的影响非常小,故暂不考虑。图2中,m为活塞及与活塞杆连接的被激振设备部件的质量,K为橡胶弹簧的抗弯刚度,C为系统的阻尼,包括物料的阻力(因为物料从靠近振源到远离振源,其运动速度逐层减少,而且随着密实程度的不同,运动速度也不同,但为了研究方便,可以认为其阻尼系数为常量)、油液对活塞的粘性阻力、活塞、活塞杆密封部分阻力等。另外F(t)为作用于活塞上的油压激振力,x(t)为活塞的位移响应。

　　3 数学模型的建立

　　在列出振动方程以前,首先对模型中有关参数和条件进行假设:

　　(1)在模型中,假设物料仅存在阻尼,而不存在刚性,且阻尼为线性阻尼;

　　(2)假设油缸与基座固定,不产生振动,此时系统可看为单质点振动;

　　(3)假设油液是不可压缩的,且油压是一恒定值;

　　(4)因为这类液压系统的背压一般不会超过0.5 MPa,而工作压力一般在12 MPa以上,故背压可以忽略。

　　由假设(3),知激振力F(t)可近似看作如图3所示的不等幅矩形波。图中F1和F2为作用于活塞上的向上和向下的油压合力,T为激振力的激振周期。将激振力F(t)分解为一个不变分量F0和一个幅值为F的等幅矩形波(周期分量f(t))如图3(b)、3(c)所示。不变分量F0只使活塞产生静位移,只有周期分量f(t)使活塞产生强迫振动。振动系统的微分方程