振动利用工程

振动利用工程发展现状与应用前景

摘要阐述振动利用工程学科的形成、发展和振动利用的分类，以及当前研究与应用的情况。通过重点介绍振动利用工程领域近期崛起的具有发展前景的加工设备——聚合物电磁动态塑化挤出机，指出了振动利用的显著特征及其发展趋势，最后进行了展望与总结。

关键词：振动利用；研究现状；电磁动态加工原理；聚合物挤出机

Abstract:This paper expatiates on the forms，developments of subject of vibration using engineering，the classification of vibration using and the study and application of it. By introducing the

equipment-electromagnetism dramatic polymer mold extruder，which has a good foreground，it points out the marked character and the development trend of the using vibration. Prospect and conclusion are given in the end of this paper.

Key Words:vibration using; research status; electromagnetism dramatic processing principle，polymer mold extruder

0引言

通常认为，某种量随着时间或大或小的不断变化即为振动，它是物质运动的一种带有普遍意义的重要形式。在工业技术领域，振动现象屡见不鲜——各类振动机械、动力装置、仪器仪表和各种加工设备等，无一不存在振动问题。一般情况下，振动是有害的;但在一定的条件下，振动则是有利的。有害的振动需要抑制，而有利的振动则要充分利用。由此振动工程学科有两大分支——振动抑制工程和振动利用工程。本文着重阐述振动利用工程问题。

1振动利用工程学科的形成与分类

振动利用技术是 20 世纪后半期发展起来的一种具有广泛应用价值的技术，与工业生产及人类生活联系密切。伴随着现代电子与控制技术的不断发展，振动利用技术的应用愈来愈广，导致了新型工业的诞生，引起了产业结构和社会经济的巨大变化。

振动学科曾经是物理学或力学的一个分支，原属于基础科学。这一学科以力学和数学为基础，以现代测试技术、计算技术为手段，并从系统论、控制论及信息论等新兴学

科吸取营养，而发展起来。它面向工程实际，以振动学科的理论、知识和方法来解决工程中日趋复杂的各种动力学问题，做出了富有成效的贡献，且越来越成熟，终于由基础学科发展成为一门工程学科——振动工程。

由于在特定条件下，振动是有利的，并且在近二三十年来，振动与波利用技术在工程技术的各个部门及人类生活的各个方面的广泛应用，所以，对振动现象进行研究，找出其内在规律，并进行有效的利用，就会对社会产生重大的社会效益与经济效益，为人类造福。基此，“振动利用工程学科”应然而生，逐渐发展成为振动工程学与其他学科相结合的一门新学科。

目前“振动利用工程”正处在迅速发展的过程中。例如，在医疗方面，利用振动超声波能够诊断、治疗疾病，彩超、医用CT和核磁共振等，都是振动与波动原理的实际应用;在土建工程中，振动沉桩、振动拔桩以及混凝土灌注时的振动捣固等;在石油开采上，还可利用振动提高石油产量;在许多工矿企业，可以利用振动完成许多工艺过程，或用来提高工作效率。据不完全统计，目前用于工业生产中的振动机械有百余种之多。这些振动机械在各个工业部门已发挥了重要作用。

1.1振动利用的分类

按其线性和非线性的特性可分为线性或似线性(近似于线性)及非线性两大类。在非线性振动机械和仪器设备中，有一部分是为了获得良好的工效有意识地采用系统的非线性特性，另有一部分则是非有意识地、而是在工作过程中自然地存在非线性的性质。

振动利用主要还可以分为:振动能量的利用和振动信号的利用两类。

1.1.1振动能量的利用

各类振动机械均为对振动能量的利用，包括下面要论述的聚合物电磁动态塑化挤出机，是对振动力场的利用，因此它属于振动能量利用的范畴。振动机械是由激振器、振动体或工作台面、平衡质体或隔振质体、弹性元件及阻尼元件等组成，按激振器的基本类型，振动机械可分为曲柄连杆式、惯性式、电磁式、液动式、凸轮式等，其模型简图、特点、示例等见表1。

1.1.2振动信号的利用

利用结构物、机器设备(及至自然物、生命体等)工作过程中产生的振动信号，借助测量、记录、分析、显示仪表，实现工作性能检验、施工质量分析、运转过程监控、故障预测和诊断等。这方面的应用，正从机械工程领域向建筑工程、水利水电工程、农业工程、

表1-1 常用的振动机械

气象工程直至医疗保健、社会经济领域不断扩展。例如，机械设备的故障诊断和过程监控就是利用设备运转中产生的振动信号的不同特征，对已知结构情况的设备进行故障诊断、故障预报和过程监控，是近十多年来发展起来的一种新技术。

2振动利用研究与应用现状

目前非线性振动系统或非线性振动特性的利用技术得到了迅猛的发展，本文就对其进行简要介绍，其具体内容可做以下简单介绍。

2.1具有分段摩擦或具有冲击和分段惯性力振动系统的利用

在振动机械中，为了使机体中的物料对机体产生相对运动，即产生相对滑动或跳动，就必须使振动机的系统中产生分段摩擦力和分段质量的惯性力(滑行运动)或冲击力和分段质量的惯性力(抛掷运动)，这是保证振动机械实现正常工作的必要条件。这类振动机械有振动给料机、振动输送机、振动筛、振动离心脱水机和振动冷却机等。

2.2光滑非线性振动系统的利用

摩擦摆在正常工作区间，属于光滑非线性的振动系统。利用摩擦摆可以测定轴与轴销间的摩擦系数，常用的有两种方法：第一种方法直接利用复摆摆角每一振动周期的衰减值算出摩擦系数的大小；第二种方法利用Flode摆的工作原理对摩擦系数进行测量与计算。后一种方法更为准确。

对于一些在共振情况下工作的振动机械，往往存在振幅不稳定的缺点，例如，电磁振动给料机、近共振型振动输送机和共振筛等。振幅不稳定会给机械的工作性能带来不良影响，为了消除前述缺点，可以采用具有光滑硬式非线性恢复力的振动系统。

为了消除一般电磁振动给料机振幅不稳定的缺点，有的科技工作者提出，将主共振板弹簧的两端固接处做成带有曲线的形式，随着振幅的增大，板弹簧的工作长度将变短，因此，弹簧刚度将随振幅的增大而增加，从而可以增大该类振动机振幅的稳定性。

此外，硬式光滑非线性振动系统，也可以用于车辆的隔振，由于车辆的负载时常变化，为了使车辆在负载变化情况下其固有频率不发生明显的改变，可以将隔振弹簧做成硬式光滑非线性的形式。此外，光滑非线性还有其他一些应用。

2.3分段线性非线性振动系统的利用

分段线性非线性系统在工程中得到了十分广泛的应用，在振动机械中这种形式的非线性系统应用十分普遍，如分段线性的非线性振动输送机、非线性共振筛、非线性振动离心脱水机、振动摇床和振动离心摇床等。分段线性非线性振动系统通常包括以下三种形式：

(1)用权对称与不对称的硬式分段线性非线性振动系统；

(2)对称与不对称的软式分段线性非线性系统；

(3)复合或复杂形式的分段线性非线性系统。

由于该种非线性振动系统具有若干优点，目前在工程中仍不断的推广之中，预计今后还会得到进一步的发展。

2.4非线性滞回系统的利用

具有弹塑性变形的振动系统属于这一振动系统。例如，振动成型机、振动压路机、振动夯土机、振动沉拔桩机等一些振动机械，其振动系统都属于带有滞回恢复力的非线