机械振动在工程中的应用

机械振动在工程中的应用

自然界和人类社会中的某一个量随时间或大或小的变化即称为振动。

振动是物质世界运动的一种基本形式，物质世界中的每一个物体及其中的每一个分子都始终处于振动之中。

从人类的生活及周围工作环境来说，也到处在利用振动。例如电视机和收音机中的振荡电路、门铃、电话机、机械表与电子表、挂钟、理发用电推子、各部门使用的各种类型的振动机、光导纤维通信技术、医疗设备中的彩超、医用CT和核磁共振、机械设备与结等等。回顾以往的历史，我们可以看到振动与波的利用曾促使一些科学技术领域与产业部门发生重大的变革，甚至引发某一领域或产业部门产生新的革命如自同步理论的提出与研究成功地促进了惯性振动机结构与相应的制造产业的重大变化，可控电磁振动给料设备的成功应用促使某些工业企业自动化程度明显提高，振动压路机和具有振动机构的摊铺机的成功应用，使高速公路的修建质量及使用寿命得到保证与提高，石英振荡器的研究成功引发了钟表工业的革命，超声电机的研制成功使小尺寸、小功率、低转速电机的产业产生重大的变革，彩超与医用CT的研究成功使医疗检测与诊断技术产生了革命性的变化，光导纤维的研究成功促进了通信技术的革命。由此可见：振动与波的利用技术对于人类的生产活动有着很大的关联。工程中利用振动原理的设备来说，目前成功应用于工矿企业的该类设备举不胜数。在许多部门，如采矿、冶金、煤炭、石油化工、机械以及在人类日常生活过程中数以万计的振动机器和振动仪器已用来完成许多不同的工艺过程如给料、上料、输送、筛分、布料、烘干例如在工程地质部门，利用振动所发生的应力波进行检测和地质勘探，在石油开采中，利用振动所引发的弹性波提高原油产量，在海洋工程方面，海浪波动的能量可以用来发电，在医疗方面，利用超声波等诊断和治疗疾病，彩超、医用CT和核磁共振等，光导纤维和激光的应用是光波工程应用的范例，具有十分重大的理论意义与实际价值。振动是机械设备在使用中普遍存在的特性，同时也是机械设备的运行状态与其故障诊断的重要系数，基于机械振动的设备故障常见的有以下4类：

(1)不平衡不平衡就是设备重量与其几何的中心线不重合从而产生的故障。当转子在旋转时，它的重心在轴承上产生了离心力的作用，这个离心力的大小随转子旋转形成稳定的变化。它的类型分为：静不平衡、力不平衡以及力矩不平衡。

( 2)没有对中。这种现象普遍存在，而且其产生的影响非常重要，由于不对中现象因而增加的旋转作用力将对机械轴承与密封构件施以异常的加应力。它的类型分为：平行、角度、平行与角度均不对中。(3)部件松动。部件松动是普遍且易发生的故障，主要情况有：机械设备的结构框架或者其底座发生松动，产生的后果就是整个机械设备发生松动同时剧烈振动；另一类情况就是原本在零部件间正常配合的关系被破坏，从而造成其间隙超过误差范围导致松动。

(4)轴承故障其分为滚动轴承故障：疲劳剥落、塑性变形、蚀、磨损、保持胶合架损坏等；滑动轴承故障：巴士合金损坏、松脱、壳体间松动与间隙过大。

数控机床设备振动故障也时有发生，其中主要故障有：

(1)电气元件原因编码器及其连接线、电源三相输入、伺服电动机、驱动板、变频器等电气元件是负责速度信号的反馈与调节速度的。在此之中，编码器的故障最为普遍。其作为闭环系统检测的元件，直接对各轴电动机速度调整产生影响，当编码器出现故障致使其反馈的信号不稳定时，变频器或者驱动部分就会根据其信号不停地对频率和电压进行调整，以便完成系统给出的指令。而电动机频繁加减速，导致机床振动。

(2)共振与振荡在某特定转速时就可能会出现共振的现象，当出现共振时，所采用的方式通常是在加工时避免进入共振范围或是利用阻尼法对共振进行消除。此外机床参数设定不佳，就会引起系统的振荡，发生这种情况时，对系统放大倍数进行减小可有效消除振荡。故障诊断一些小型转动机械振动判断方法可以通过查看它们的轴承箱或者机壳，如果在这上面看不出来问题，则可以通过它们上面安装的测温度的设备来

判断；也可以通过转动机械在工作时机械内部的音质来判断，看是否有异音或者是音量不正常的现象出现；还可以通过感受设备的振动状况来判断。如果发现异常，就利用振动仪表来测量振动是否超标振动筛是一种适合潮湿细粒级难筛物料干法筛分的振动筛分机械设备，是目前国内处理难筛物料的振动筛分机械设备。振动筛具有大振幅、大振动强度、较低频率和弹性筛面的工艺特点。工作过程中始终保持最大的开孔率，从而筛分效率高、处理能力大，筛板更换方便，降低了成本。振动筛超大筛面和大处理能力可满足现场的生产需要。振动筛筛子的结构采用多段筛面振动而筛箱和机架不参与动的运动方式，使筛子实现了大型化。

振动筛工作面是由横向排列的一根根滚动轴构成的，轴上有盘子，细粒物料就从滚轴或盘子间的缝隙通过。大块物料由滚轴带动向一端移动并从末端排出。选矿厂一般很少用这种筛子。振动筛工作部分为圆筒形，整个筛子绕筒体轴线回转，轴线在一般情况下装成不大的倾角。物料从圆筒的一端给入，细级别物料从筒形工作表面的筛孔通过，粗粒物料从圆筒的另一端排出。圆筒筛的转速很低、工作平稳、动力平衡好。但是其筛孔易堵塞、筛分效率低，工作面积小，生产率低。选矿厂很少用它来作筛分设备。振动筛机体是一个平面内摆动或振动。按其平面运动轨迹又分为直线运动、圆周运动、椭圆运动和复杂运动。摇动筛和振动筛属于这一类。振动筛工作时，两电机同步反向放置使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动筛网做纵向运动，使其上的物料受激振力而周期性向前抛出一个射程，从而完成物料筛分作业。摇动筛是以曲柄连杆机构作为传动部件。电动机通过皮带和皮带轮带动偏心轴回转，借连杆使机体沿着一定方向作往复运动。

除了振动筛以外，还有震动摊铺机和振动压路机也是运用了机械振动的原理。振动摊铺机和振动压路机是筑路作业中的关键设备，是振动技术在筑路工程中的典型应用实例。振动摊铺机在工作过程中先将物料撒布在整个宽度上，再利用熨平机构的激振器对被摊铺物料进行熨平和压实。振动系统决定了对物料摊铺的工作效率和密实效果，是决定摊铺质量的关键系统之一。振动压路机依靠高速旋转的偏心质量块产生离心力，使振动碾作受迫振动压实路面。装在连接板上的振动马达带动偏心轴高速旋转，产生离心力使振动碾振动。装在偏心轴上的调幅装置用于改变振动的振幅，振动碾由装在梅花板上的驱动马达来驱动。由于在压路机引入振动，使路面的密实度由90%提高到95%以上，进而显著提高了其工作质量与使用寿命，这在筑路作业中具有十分重要的意义。

振动压路机可以按照结构质量、结构形式、传动方式、行驶形式、振动轮数、振动激励方式等进行分类其具体分类如下：

1、按机器结构质量可分为:轻型、小型、中性、重型和超重型。

2、按振动轮数量可分为:单轮振动、双轮振动和多轮振动。

3、按驱动轮数量可分为:单论驱动、双轮驱动的全轮驱动。

4、按传动系统传动方式可分为:机械传动、液力机械传动、液压机械传动和全液压传动。

5、按行驶方式可分为:自行式、拖式和手扶式。

6、按振动轮外部结构可分为:光轮、凸轮（羊脚碾）和橡胶滚轮。

7、按振动轮内部结构可分为:振动、振荡和垂直振动。

而随着科技的发展，振动压路机技术不断革新，其发展趋势可归纳为如下几个方面;

1、液压化。液压技术使全液压振动压路机结构简单、布置方便且操纵简单、省力特别是液压传动使行走系统无级变速振动系统可根据施工要求在较大范围内调频和变幅。振动压路机使用性能和应用范围大大改善和提高。同时液压化为机器自动检测和控制提供了条件。近年来小型振动压路机和振动平板夯也逐步应用液压技术。

2、机电一体化。计算机技术、微电子技术、传感技术、测试技术的迅速发展及在振动压路机上的应用,大大提高了机器性能和生产能力。例如:已实现对振动压路机状态和参数的检测以及压实密度自动检测,测试压路机可以在工程施工过程中对压实质量进行监控,智能压路机可以自动调节自身状态,使之与周围环境