中国离心机网

离心机磁流变主动减振控制机理的研究

资讯类型：行业新闻加入时间：2008年5月7日11:45

                            离心机磁流变主动减振控制机理的研究
                                         陈洁
(苏州市职业大学远程教育学院，苏州215004，E—mail：chenjie35@vip．sina．com)
    摘要：利用磁流变减振机理，去解决离心机由于非线性振动带来的减振困难问题。通过研究构建了磁流变减振器动力学模型，设计了离心机的磁流变减振器，运用模糊控制原理对磁流变减振器进行主动控制，通过计算机仿真，获得了较为满意的结果。
    关键词：离心机；磁流变；主动减振控制机理
    中图分类号：TP271+．4 文献标识码：A
    离心机是一种高速旋转的机械设备，在生产过程中，为了提高离心机的分离效果，常常通过提高离心机的转速来提高分离效果。然而随着离心机转速的提高，其振动问题就越来越严重，已成为制约高速离心机发展的重要原因之一。
    近年来，磁流变减振器的出现为解决该问题提供了一种新的出路。由于磁流变减振器可以通过电流作用来改变磁流变液体(MRF)的粘度，调节减振器的阻尼力，达到减振的目的。但是，由于离心机振动过程往往呈非线性，采用传统的控制方法效果不理想。现在拟用模糊控制方法对磁流变减振器进行主动控制，以达到对离心机减振优化控制的目的。
    l 磁流变减振机理的研究
    流动性良好的液体在磁场作用下，可以在极短时间(毫秒级)内粘度大幅度增大，而呈现类似半固体或固体状态的现象被称作为磁流变。通常未加磁场力作用时，微粒呈无规律分布，如图1a所示；在外加磁场作用下，随机分布的磁化微粒使微粒首尾相连，形成链状结构或复杂的网状结构如图1b所示，从而使磁流变液的流变特性(状态)发生变化。

磁流变减振就是利用磁流变液粘度变化，使作用物刚度发生变化，对设备振动进行控制的。如图2所示，磁流变液在可移动磁极的作用下，通常通过改变励磁线圈的电流的大小，来控制磁流变液的粘度，改变其产生的阻尼力，改善减振效果。

由于在外加磁场作用时，磁流变液表现为bingham 特性。因此，其阻尼力由两部分组成：第一部分为粘滞阻尼力，第二部分为库仑阻尼力，总的阻尼力公式为：

    2 离心机磁流变减振器设计
    2．1 设计方案
    当离心机工作在不同转速时，物料偏重会使转轴产生非线性的弯曲、应变，反过来转轴的应变增大会进一步加大离心机振动频率，最终将导致离心机自激失稳振动。消除振动、减小振动的方法很多，比较有效的方法是提高主轴刚度，传统提高刚度的方法是在设备设计或选型时进行的，这样往往会造成主轴和功率加大等现像，有时反而不利于减振。
    如果利用磁流变减振的方法来改变离心机转轴轴承刚度，即通过对磁流变系统的主动控制，达到吸振、减振的目的，其结构原理如图3所示。系统通过安装在转轴上的应变传感器，将转轴的应变量传递给控制系统，控制系统根据转轴应变量大小的变化，通过改变磁流变减振器的励磁电流的大小，来调节磁流变减振器的阻尼系数，从而改变转轴的刚度，以减小转轴的振动。

    3 离心机磁流变减振模糊主动控制
    3．1 模糊控制器设计
    由于离心机转子系统振动过程与控制过程都具有一定的模糊性，因此，若采用模糊变阻尼控制的方式对系统进行
    主动控制，其基本思路叙述如下：
    采集到的离心机转子振动位移信号和位移速度信号首先经模糊化处理，并运用一定的模糊控制规则，对其进行模糊决策，计算得到应变量，并对应得到磁流变减振器励磁线圈的电流大小，即通过对磁流变减振器励磁线圈的电流的控制，来调节磁流变减振器的阻尼系数，改变转轴的刚度，以达到减小转轴的振动的目的。

    3．2 实验研究及结论
    为了验证上述控制方案的可行性，可以设计并制做一个离心机磁流变减振模糊主动控制实验系统。取实验参数e=0．1mm ，m =15kg，r= 150mm ，R=200mm ，h =0．8mm，N =250匝，η=0．8Pa·s。所得实验结果如图5所示。
    从图5可以看出，当没有加入模糊控制时，离心机转子系统的阻尼系数和刚度系数保持不变，其振动位移随着转速的提高迅速变大，当转速1100r／min时，位移达到最大值1．3mm。

    当加入3．5kV电功率和模糊控制后，离心机转子系统的振动位移由于磁流变作用，系统的阻尼系数和刚度系数得到了加强，并且其阻尼系数和刚度系数随控制要求而变化，当转速1100r／min时，位移最大值为0．75mm。
    由实验可以看出，采用磁流变减振模糊主动控制技术可以加强主轴刚度，其位移量有较大范围的降低。
    参考文献：
    [1] 李以农，郑玲．离心机转子非线性振动模糊主动控制的研究[J]．重庆交通学院学报1998，3：109—113．
    [2]孙启才，金鼎五．离心机原理结构与设计计算[M]．北京：机
械工业出版社1987．3．
    [3]胡茑庆，张雨，刘耀宗，等．转子系统动静件间尖锐碰摩时的振动特征实验研究[J]．中国机械工程，2002，13(9)：777～779(EI：02407124726)．
    [4]胡茑庆，陈敏．温熙森．随机共振原理在强噪声背景信号检测中的应用[J]．国防科技大学学报，2001，23(4)：40～44(EI：01556802399)．
    [5]胡茑庆．转子碰摩非线性行为与故障辨识的研究[M]．长沙：国防科技大学出版社，2005．

文章来自：中国离心机网

文章作者：网络管理员

『新闻推荐』

『关闭窗口』