CN104525352A - 一种矿用破碎机抗共振的方法及系统 - Google Patents

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本发明公开了一种矿用破碎机抗共振的方法及系统，所述方法的第一步：在破碎机的机身上安装振动传感器，在破碎机电机的主电路上安装电流互感器；第二步：获取破碎机在不同负载下的固有频率及其对应的破碎机振幅，并建立标准模态曲线输入PLC控制器；第三步：根据破碎机身上安装的振动传感器得到破碎机当前振幅，与当前负载下固有频率对应的振幅作比较，当前振幅接近固有频率对应的振幅时，PLC控制器按照标准模态曲线进行动态调节激励频率。本发明根据破碎机当前负载工况，自动调节外界激励频率，使其避开当前破碎机的固有频率，从而避免破碎机发生共振现象。方法简单可靠，能够提高破碎机的使用寿命。

Description

一种矿用破碎机抗共振的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种矿用破碎机抗共振的方法，属于矿用机械控制技术领域。
背景技术
矿用破碎机主要对各类石料进行破碎作业，可以广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门。破碎机的固有频率由自身结构和破碎载荷共同决定，当破碎机载荷由空载至满载的运行过程中，其固有频率会逐渐减小，当外界激励频率接近破碎机结构的某一固有频率，就会出现振幅急剧增大直至达到共振。共振会引起机械和结构很大的变形和动应力，甚至造成破坏性事故，降低破碎机的使用寿命。
破碎机在运行时负载工况变化情况很大，导致破碎机实际谐振模态与理论模态有很大的偏离，现有产品大多采用工频驱动，当实际谐振模态与理论模态有偏离时，无法解决设备共振的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种矿用破碎机抗共振的方法，可以根据破碎机的实际工况，自动调节激励频率，使激励频率偏离破碎机的固有频率，避免共振现象的发生，提高破碎机使用寿命。
为了实现上述目的，本方法具有以下步骤，
第一步：在破碎机的机身上安装振动传感器，在破碎机电机的主电路上安装电流互感器；
第二步：获取破碎机在不同负载下的固有频率及其对应的破碎机振幅，并建立标准模态曲线输入PLC控制器；
第三步：根据破碎机机身上安装的振动传感器得到破碎机当前振幅，与当前负载下固有频率对应的振幅作比较，当前振幅接近固有频率对应的振幅时，PLC控制器按照标准模态曲线进行动态调节激励频率。
第二步中建立标准模态曲线的步骤包括：(1)对破碎机的主要传动部件进行适当的网格划分，并对传动部件两端固定支撑，构建各传动部件的有限元模型。
(2)负载L加载范围是0LN-1.25LN，平均划分为0LN、0.05LN、0.1LN、0.15LN...1.2LN、1.25LN 26个加载值，其中LN为破碎机额定电流IN下的额定负载；
(3)对不同负载下的破碎机主要传动部件建立有限元分析模型，获取在不同负载下的破碎机的固有频率fN及其对应的振幅AN，并建立破碎机标准模态曲线。
第三步中PLC控制器动态调节的过程如下：
(1)判断当前振幅A与根据标准模态曲线得出的当前负载下对应的固有振幅AN之间的差值△A是否小于实际谐振模态与理论模态所允许的最小偏离值△Amin，所述当前负载L＝LNI/IN，I为电流互感器测定的破碎机电机的主电路电流；
(2)当△A<△Amin时，判断激励频率f与根据标准模态曲线得出的当前负载下的固有频率fN之间的大小，如果f>fN，则在当前激励频率的基础上加2Hz，然后继续判断△A与△Amin之间的大小，如若△A依然小于△Amin，则继续按照上述程序调节当前激励频率，直至△A>△Amin；如果f<fN，则在当前激励频率的基础上减2Hz，然后继续判断△A与△Amin之间的大小，如若△A依然小于△Amin，则继续按照上述程序调节当前激励频率，直至△A>△Amin。
破碎机电机通过变频器调节控制，变频器由PLC控制器控制，所述激励频率为变频器的输出频率。
PLC控制器具有PID反馈超前调节模型。
所述振动传感器为位移传感器。
一种矿用破碎机抗共振系统，负载加载至破碎机模块，安装在破碎机机身上的振动传感器以及安装在破碎机电机主电路上电流互感器，通过变送器模块将信号输送至控制器模块，控制器模块根据预先设定的模式调整变频器模块的频率。
本发明通过建立破碎机的标准模态表获取不同负载下的破碎机的固有振幅和固有频率，并根据破碎机当前负载工况，自动调节外界激励频率，使其避开当前破碎机的固有频率，从而避免破碎机发生共振现象。方法简单可靠，提高了破碎机的使用寿命。PID反馈超前调节模型增强了系统的预测能力，从而进一步改善系统的控制质量。
附图说明
图1是控制器动态调节激励频率的流程图；
图2是PID微分先行控制流程图；
图3为矿用破碎机抗共振系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种矿用破碎机抗共振的方法，包括以下步骤，
第一步：在破碎机的机身上安装振动传感器，在破碎机电机的主电路上安装电流互感器；
所述振动传感器为位移传感器；破碎机电机提供外界激励频率。
第二步：获取破碎机在不同负载下的固有频率及其对应的破碎机振幅，并建立标准模态曲线输入PLC控制器；建立标准模态曲线的步骤包括：
对破碎机的主要传动部件进行适当的网格划分，并对传动部件两端固定支撑，构建各传动部件的有限元模型。
(2)负载L加载范围是0LN-1.25LN，平均划分为0LN、0.05LN、0.1LN、0.15LN...1.2LN、1.25LN 26个加载值，其中LN为破碎机额定电流IN下的额定负载；
(3)对不同负载下的破碎机主要传动部件建立有限元分析模型，获取在不同负载下的破碎机的固有频率fN及其对应的振幅AN，并建立破碎机标准模态曲线。
获取破碎机固有频率的方法还有很多，传统的实验方法主要通过简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率；或者采用锤击法，用冲击力激振，通过输入的力信号和输出的响应信号进行传函分析，得到各阶固有频率。
本方法先将图形导入有限元分析软件中，并进行网格划分，分析出破碎机上矿石的加载形式，获取不同负载下破碎机的各阶振动情况，主要是利用有限元分析软件和计算方法获得，方法简单，数据较为精确。
第三步：根据破碎机机身上安装的振动传感器得到破碎机当前振幅，与当前负载下的固有振幅作比较，当前振幅接近固有振幅时，PLC控制器按照标准模态曲线进行动态调节激励频率。PLC控制器动态调节的过程如图1所示：
(1)判断当前振幅A与根据标准模态曲线得出的当前负载下对应的固有振幅AN之间的差值△A是否小于实际谐振模态与理论模态所允许的最小偏离值△Amin，所述当前负载L＝LNI/IN，I为电流互感器测定的破碎机电机的主电路电流；
(2)当△A<△Amin时，判断激励频率f与根据标准模态曲线得出的当前负载下的固有频率fN之间的大小，如果f>fN，则在当前激励频率的基础上加2Hz，然后继续判断△A与△Amin之间的大小，如若△A依然小于△Amin，则继续按照上述程序调节当前激励频率，直至△A>△Amin；如果f<fN，则在当前激励频率的基础上减2Hz，然后继续判断△A与△Amin之间的大小，如若△A依然小于△Amin，则继续按照上述程序调节当前激励频率，直至△A>△Amin。
破碎机电机通过变频器调节控制，变频器由PLC控制器控制，所述激励频率为变频器的输出频率。
破碎机的当前振幅与破碎机的固有振幅相差较小时，容易引起共振，需要及时调节外界激励频率即变频器的输出频率，使其远离破碎机的固有频率，直至当前振幅与固有振幅之差至大于所允许的最小值，从根本上避免共振现象的发生。
PLC控制器具有PID反馈超前调节模型。
进一步，为了使频率适应负载的变化，将被控参数负载电流I和频率f及其变化速度输入PLC控制器中，增强系统的预测能力，从而改善系统的控制质量。
PID的控制流程如图2所示，PID微分先行传递函数如下：
Y ( s ) X ( s ) = M C ( s ) &CenterDot; M ( s ) e - &tau;s 1 + ( TS + 1 ) &CenterDot; M C ( s ) &CenterDot; M ( s ) e - &tau;s
MC(s)代表比例积分调节器，TS+1代表先行的微分环节，M(s)代表系统传递函数中不含时间滞后的部分，e-τs代表系统传递函数中带有时间滞后的部分。
如图3所示，一种矿用破碎机抗共振系统，负载加载至破碎机模块，安装在破碎机机身上的振动传感器以及安装在破碎机电机主电路上电流互感器，通过变送器模块将信号输送至控制器模块，控制器模块根据预先设定的模式调整变频器模块的频率。使变频器的频率远离破碎机的固有频率，防止共振的发生。
本发明的控制方法简单可靠，避免破碎机的共振现象的发生，提高了破碎机的使用寿命。

Claims (7)

1.一种矿用破碎机抗共振的方法，其特征在于，第一步：在破碎机的机身上安装振动传感器，在破碎机电机的主电路上安装电流互感器；
第二步：获取破碎机在不同负载下的固有频率及其对应的破碎机振幅，并建立标准模态曲线输入PLC控制器；
第三步：根据破碎机机身上安装的振动传感器得到破碎机当前振幅，与当前负载下固有频率对应的振幅作比较，当前振幅接近固有频率对应的振幅时，PLC控制器按照标准模态曲线进行动态调节激励频率。
2.如权利要求1所述的矿用破碎机抗共振的方法，其特征在于，第二步中建立标准模态曲线的步骤包括：(1)对破碎机的主要传动部件进行适当的网格划分，并对传动部件两端固定支撑，构建各传动部件的有限元模型。
(2)负载L加载范围是0LN-1.25LN，平均划分为0LN、0.05LN、0.1LN、0.15LN...1.2LN、1.25LN26个加载值，其中LN为破碎机额定电流IN下的额定负载；
(3)对不同负载下的破碎机主要传动部件建立有限元分析模型，获取在不同负载下的破碎机的固有频率fN及其对应的振幅AN，并建立破碎机标准模态曲线。
3.如权利要求2所述的矿用破碎机抗共振的方法，其特征在于，第三步中PLC控制器动态调节的过程如下：
(1)判断当前振幅A与根据标准模态曲线得出的当前负载下对应的固有振幅AN之间的差值△A是否小于实际谐振模态与理论模态所允许的最小偏离值△Amin，所述当前负载L＝LNI/IN，I为电流互感器测定的破碎机电机的主电路电流；
(2)当△A<△Amin时，判断激励频率f与根据标准模态曲线得出的当前负载下的固有频率fN之间的大小，如果f>fN，则在当前激励频率的基础上加2Hz，然后继续判断△A与△Amin之间的大小，如若△A依然小于△Amin，则继续按照上述程序调节当前激励频率，直至△A>△Amin；如果f<fN、，则在当前激励频率的基础上减2Hz，然后继续判断△A与△Amin之间的大小，如若△A依然小于△Amin，则继续按照上述程序调节当前激励频率，直至△A>△Amin。
4.如权利要求3所述的矿用破碎机抗共振的方法，其特征在于，破碎机电机通过变频器调节控制，变频器由PLC控制器控制，所述激励频率为变频器的输出频率。
5.如权利要求4所述的矿用破碎机抗共振的方法，其特征在于，PLC控制器具有PID反馈超前调节模型。
6.如权利要求1至5任一权利要求所述的矿用破碎机抗共振的方法，其特征在于，所述振动传感器为位移传感器。
7.一种矿用破碎机抗共振系统，其特征在于，负载加载至破碎机模块，安装在破碎机机身上的振动传感器以及安装在破碎机电机主电路上电流互感器，通过变送器模块将信号输送至控制器模块，控制器模块根据预先设定的模式调整变频器模块的频率。
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