[发明专利]一种双机驱动空间运动振动破碎机及其参数确定方法

权利要求书

1.双机驱动空间运动振动破碎机，其特征在于，该振动机的动力学模型包括：两个激振器(4)、一个摆(3)、一个主工作机体(1)、一根扭转轴(2)以及x，y，z方向上的隔振弹簧(5)；两个激振器(4)对称安装在摆(3)上，激振器(4)由偏心转子和感应电机组成；摆通过扭转轴(2)安装在主工作机体(1)，摆的回转平面与激振器的回转平面为空间交叉布置，激振器的回转平面与水平面平行；主工作机体通过隔振弹簧与固定机架相连；当两个反向回转的激振器(4)实现0相位差自同步稳定运转时，其能够驱动摆绕自身扭转轴摆动，当物料从摆锤两侧落下时，通过摆锤对物料的挤压作用，实现物料的双向破碎。

2.权利要求1所述的双机驱动空间运动振动破碎机的参数确定方法，其特征在于，所述的破碎机的参数确定方法，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

建立固定坐标系Oxyz，平移坐标系O′x′y′z′和旋转坐标系O′x″y″z″，O点为固定坐标系的原点，在系统未振动时，固定坐标系中O点与平移坐标系中O′点重合；同时设定系统主要参数如下：两个激振器分别绕着旋转中心轴O₀₁和O₀₂反向旋转，旋转相位为偏心转子m₀₁旋转角度为逆时针方向为正，m₀₂旋转角度为顺时针旋转为正，激振器的回转平面与摆锤的运动平面为空间交叉布置，即激振器的回转平面平行于平面xoy，其回转轴心连线与摆的垂直中心线的交点为O₁，O₀₁，O₀₂关于O₁对称；O₂为摆M₁与主工作机体M₂相连接的扭转轴的中心，O₃为主工作机体M₂的质心；摆M₁在激振器驱动下实现逆时针摆动，其与z轴方向的摆角为θ，扭转弹簧系数为k_θ；激振器运转后，主工作机体实现x，y，z和ψ_x，ψ_y，ψ_z方向运动；

根据Lagrange方程，得系统的运动微分方程如下：

Mz+f_zz+k_zz＝0

J_θθ+M₂h₃x-(J_θ-M₂h₂h₃)ψ_y+f_θθ+k_θθ＝0

步骤2，推导求解系统响应

根据式(1)进行拉普拉斯变换有：

Ms²Z(s)+f_zsZ(s)+k_zZ(s)＝0

令整理可得x，ψ_y和θ的响应为：

其中，

b_x＝(J_θf_ψy+f_θJ_ψy)m₀rω⁵-(f_θk_ψy+k_θf_ψy)m₀rω³

b_ψy＝(-J_θf_xh₁-Mf_θh₁)m₀rω⁵+(f_θh₁k_x+f_xh₁k_θ)m₀rω³，

对Y(s)，Z(s)，ψ_x(s)，ψ_z(s)进行求解，可得：

z＝0

其中，γ_i为滞后角，ω_ni，i＝y，ψx，ψz为固有频率，z为频率比；

i＝y,ψx,ψz，r_m＝m₀/M，r_ψx＝m₀/J_ψx，

r_ψz＝m₀/J_ψz，i＝y，

ψx，ψz，i＝y，ψx，ψz，

结合式(3)和(4)，得系统的振动响应如下：

z＝0

根据式(5)求出x，y，z，ψ_x，ψ_y，ψ_z，θ的幅值为：

λ_z＝0

步骤3，推导系统同步性判据；

对式(7)进行微分，将x，y，z，ψ_x，ψ_y，ψ_z和θ带入式(1)，并在积分取均值，在积分过程中，2α由其积分中值替代，因此得：

其中，为标准激振器的动能，和为电机1和2的有效加载力矩；

用积分中值替代2α，将替代式(8)中两个方程相减，得输出力矩之差ΔT₀，如式(9)，并求出位差的表达式，如式(10)；

根据式(9)得无量纲方程式(11)，等号左边称为电机的无量纲残余力矩之差，等号右边称为无量纲耦合力矩；在小阻尼超远共振条件下，γ_i(i＝x，ψx，ψy，ψz)与μ_j(j＝y，ψx，ψx)视为常数；是关于的约束方程，满足式(12)；综合式(11)和(12)得激振器同步运转的同步性判据，即当两个激振器残余力矩之差的绝对值小于等于其无量纲耦合力矩最大值时，激振器实现同步；

将式(8)两个方程相加并除以2T_u，得平均无量纲负载力矩，如下：

平均无量纲负载力矩也是关于的约束方程，因此有

同步性能力系数为无量纲耦合力矩最大值与平均无量纲负载力矩最大值之比；

同步性能力系数越大，则系统的同步性能力越大；

步骤4，推导求解系统稳定性判据；

将式(1)最后一个方程与其倒数第二个方程相减得：

J₁Δα+εbΔα-ΔT₀+ΔT_f＝T_e1-T_e2 (16)

式中，b为当量“阻尼系数”，ε为小参数项，

ΔT₀≈T_uW_psinΔα (17)

Δα包括不变部分和可变部分Δα_a，

所以

因此扰动方程式为：

W_p为稳定性能力系数，稳定性能力系数越大，系统的稳定性越大。