CN107051296A - 一种电磁激励共振混合装置及其控制方法 - Google Patents
一种电磁激励共振混合装置及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107051296A CN107051296A CN201710058169.6A CN201710058169A CN107051296A CN 107051296 A CN107051296 A CN 107051296A CN 201710058169 A CN201710058169 A CN 201710058169A CN 107051296 A CN107051296 A CN 107051296A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spring
- mixed cell
- reaction unit
- oscillator
- stainless steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/60—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms with a vibrating receptacle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/70—Drives therefor, e.g. crank mechanisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/20—Measuring; Control or regulation
- B01F35/22—Control or regulation
- B01F35/2201—Control or regulation characterised by the type of control technique used
- B01F35/2202—Controlling the mixing process by feed-back, i.e. a measured parameter of the mixture is measured, compared with the set-value and the feed values are corrected
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
Abstract
本申请公开了一种电磁激励共振混合装置及其控制方法。增大振动加速度可以提高物料混合的效率与均匀性,特别有利于粘度较高的液‑固(液体和粉体)物料混合以及超细材料的分散。本发明利用共振原理提高被混物料的加速度,从而降低了驱动功率;利用电磁加载的方式在对称结构中加载了对称力,抵消了设备传递给地基的力,从而使设备运行平稳。对振动过程进行反馈控制,有效识别了由于物料状态变化导致系统共振频率的变化,使系统保持工作在共振频率下,进一步降低了驱动功耗。
Description
技术领域
本发明属于原材料混合技术领域,涉及用于混合原材料的一种电磁激励共振混合装置及其控制方法。
背景技术
振动混合器一般用于固-固(粉体和粉体)、液-液(液体和液体)的混合。目前市场上的振动混合机一般能达到的加速度有限,例如某款振动混合机的振幅为10mm,频率为20Hz,计算其加速度只有16g(g为重力加速度),对于具有一定粘度的液-固(液体和粉体),由于无法克服粘性阻力从而不能发生质量交换,产生混合作用,使振动混合器的应用受到局限。
振动混合器的加速度在设计时是受到两方面限制的,一是加速度过大则驱动所需要的功率会随之增大,二是加速度过大后机体传递给地基的力也会过大,导致设备不能平稳运行,因此目前振动混合器的加速度一般小于20g。
由此,常规振动混合器由于振动加速度较小而导致无法进行具有一定粘度的液-固混合的问题显得较为显著。
发明内容
为了解决上述问题,本发明利用共振原理提高被混物料的加速度,设计了具有对称结构的振动系统,为了在对称结构中施加对称的作用力,采用了电磁激励的驱动方式,以使系统的振动具有对称性,从而抵消设备传递给地基的力使设备平稳运行,并且得到大加速加载能力;采用具有反馈控制的共振频率识别控制算法,识别由于物料状态变化导致系统共振频率的变化,使系统保持工作在共振频率下,从而进一步降低功耗。具体内容为:
一种电磁激励共振混合装置,其特征在于,包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,激励单元3-2,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,弹性悬挂5-3,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;激励单元3-2由励磁线圈组件3-2-1、永磁铁组件3-2-2组成;
一种连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;永磁铁组件3-2-2固定在反作用单元2上,励磁线圈组件3-2-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-2-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-2-1与永磁铁组件3-2-2不会发生干涉;混合容器6固定在混合单元1或者反作用单元2上;为了能抵消传递给地基的力,混合单元1、反作用单元2构成的两个单自由度振动系统的共振频率应相同;
一种连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;永磁铁组件3-2-2固定在反作用单元2上,励磁线圈组件3-2-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-2-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-2-1与永磁铁组件3-2-2不会发生干涉;弹性悬挂5-3连接在混合单元1与反作用单元2之间;混合容器6固定在混合单元1或者反作用单元2上;混合单元1、反作用单元2构成一个两自由度振动系统,为了能抵消传递给地基的力,模态振型混合单元1、反作用单元2相位相差180°;
一种连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在反作用单元2上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;混合容器6固定在混合单元1或者反作用单元2上;为了能抵消传递给地基的力,混合单元1、反作用单元2构成的两个单自由度振动系统的共振频率应相同;
一种连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在反作用单元2上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;弹性悬挂5-3连接在混合单元1与反作用单元2之间;混合容器6固定在混合单元1或者反作用单元2上;混合单元1,反作用单元2构成一个两自由度振动系统,为了能抵消传递给地基的力,模态振型混合单元1,反作用单元2相位相差180°;
为了进一步优化激励单元3-1、激励单元3-2的振动形式,使励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1、永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2的相对振动位移较小,应与混合单元1、反作用单元2的大加速度振动进行隔离。所述混合单元1、反作用单元2也可以由振子001、振子002、弹性悬挂5-4组成;振子001、振子002通过弹性悬挂5-4连接;振子001用于混合单元1、反作用单元2与机架4连接,还用于固定混合容器6;振子002用于固定永磁铁组件3-1-2或者励磁线圈组件3-1-1,或者用于混合单元1、反作用单元2相互连接;为了能抵消传递给地基的力,对于振子(001)、振子(002)构成的两个两自由度振动系统,混合单元(1)、反作用单元(2)具有相同的模态振型及共振频率;对于振子(001)、振子(002)构成的四自由度振动系统,模态振型两个振子(001)相位相差180°。
为了进一步增加设备对称性,或者增大设备负载能力,所述混合容器6的数目为两个,一个固定混合单元1上,一个固定在反作用单元2上或者一个固定在混合单元1包含的振子001上,一个固定在反作用单元2包含的振子001上。
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,安装在混合单元1和反作用单元2上或者安装在混合单元1包含的振子001上和反作用单元2上包含的振子001上;振动传感器7为位移传感器或者加速度传感器,或者由包含线圈和永磁铁两者构成的电磁感应线圈组成,其一安装在混合单元(1)上或者反作用单元(2)上或者混合单元(1)包含的振子(001)上或者反作用单元(2)包含的振子(001)上,另一安装在机架(4)上,通过相对运动产生的感应电流对振动的位移或者速度或者加速度进行测试。
为了降低制作成本,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3、弹性悬挂5-4均由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,用以安装连接件516;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动;弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装被连接件517,间隙值小于被连接件517安装结构尺寸,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;所述连接件516、被连接件517为机架4或者混合单元1或者反作用单元2或者振子001或者振子002,具有安装方式灵活的特点。
所述励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1均由线圈骨架311、励磁线圈312组成。所述永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2均由永磁铁321、衔铁322组成。
由于结构受力方向主要在振动方向,因此结构设计时应增加振动方向的刚度,所述混合单元1、反作用单元2或者振子001、振子002为中空的框形或者环形结构;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3、弹性悬挂5-4均可等效为多个弹性悬挂,均布在框形结构或者环形结构的边框上,满足等效后的悬挂刚度不变;为了增大驱动力,所述激励单元(3-1)或者激励单元(3-2)数目均为多个;为了便于控制,所述多个激励单元(3-1)或者多个激励单元(3-2)包含的励磁线圈312串联或者并联。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6设置有温度控制或者真空度控制,或者同时设有温度控制和真空度控制。
为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括一个或者两个密封组件8,均由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2同心地固定在混合单元1或混合单元1包含的振子002上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1同心地固定在反作用单元2上或反作用单元2包含的振子002上或者机架4上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,其特征在于,所述控制方法包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、混合时间t0,检测时间t1,总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.初始化单循环时间T=0,并开始计时;
步骤5.判断若t<Tt,运行步骤6;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤6.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存,开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序;位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤7.判断若单循环时间T<t0,返回步骤6;若T≥t0,运行步骤8;
步骤8.设置通过励磁线圈312的电流为0,初始化单循环时间T=0,并开始计时,
步骤9.启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;
步骤10.判断若T<t1,返回步骤9;判断若T≥t1,运行步骤11;
步骤11.对采集信号的频谱进行分析,并将与系统频率f0最接近的峰值频率fn传递给f0,即令f0=fn,返回步骤5。
上述方法在停止作用力加载时对系统的振动信号进行检测分析,即在系统自由振动时对系统进行分析,从而识别系统的共振频率。解决了由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,系统共振频率发生变化的共振频率识别问题。
本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,其特征在于,所述控制方法包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器6的振动位移信号与通过励磁线圈312的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器6与混合单元1或者混合单元1包含的振子001质量之和:
步骤7.令f0=fn,返回步骤4。
上述方法中利用激励、响应的相位差激振频率、固有频率比λ以及系统阻尼比ξ的关系识别了共振频率。进一步降低了设备运行功耗。
本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,其特征在于,所述控制方法包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对驱动混合单元1和反作用单元2的两个励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器6的振动位移信号以及通过驱动混合单元1的励磁线圈的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差 并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器6与混合单元1或者混合单元1包含的振子001质量之和:
步骤7.对混合单元1、反作用单元2的振动位移信号进行频谱分析,得到同一时刻两者的相位差DETA,启动DETA闭环控制程序,控制通过驱动混合单元1和反作用单元2的两个励磁线圈312的电流的相位差,使DETA控制为180°;
步骤8.令f0=fn,返回步骤4。
上述方法中利用激励、响应的相位差激振频率、固有频率比λ以及系统阻尼比ξ的关系识别了共振频率;进一步对两个励磁线圈312的驱动电流进行了相位控制,从而对混合单元1和反作用单元2的振动位移进行相位控制,从而进一步降低了传递给地基的作用力。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动,可使装置振动平稳结束;所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节,从而调节激振力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制;所述DETA闭环控制算法程序为PID控制算法,通过对比检测得到的混合单元1、反作用单元2的振动位移信号相位差,对输入两个励磁线圈312电流信号相位差进行PID调节,可快速实现混合单元1、反作用单元2的振动位移180°相位差的控制。
与现有技术相比具有如下优点:
1、利用共振原理放大了设备的加速度,降低功耗。
2、采用对称激励、对称结构抵消了设备对地基的作用力,使设备稳定运行,实现大加速加载设备的可实施性。
3、利用振动信号反馈准确识别了系统共振频率,进一步降低功耗。
附图说明
下面对实施例中描述所需要的附图进行简要介绍。
图1为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图3为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图4为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图5为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图6为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图7为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图8为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的结构示意图。
图9为本发明实施例中所述混合单元1、反作用单元2、振子001、振子002的外形示意图。
图10为本发明实施例中所述混合单元1、反作用单元2、振子001、振子002的外形示意图。
图11为本发明实施例中所述的永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2结构示意图。
图12为本发明实施例中所述电磁线圈组件3-1-1、电磁线圈组件3-2-1结构示意图。
图13为本发明实施例中所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3、弹性悬挂5-4的结构示意图。
图14为本发明实施例中所述密封组件8的结构示意图。
图15为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的控制方法的控制流程图。
图16为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的控制方法的控制流程图。
图17为本发明实施例中所述电磁激励共振混合装置的控制方法的控制流程图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称:
1.混合单元 2.反作用单元 3-1.激励单元 3-1-1.励磁线圈组件 3-1-2.永磁铁组件 3-2.激励单元 3-2-1.励磁线圈组件 3-2-2.永磁铁组件 4.机架 5-1.弹性悬挂 5-2.弹性悬挂 5-3.弹性悬挂5-4.弹性悬挂 6.混合容器 7.振动传感器 8.密封组件 001.振子 002.振子 311.线圈骨架 312.励磁线圈 321.永磁铁 322.衔铁 511.弹簧一 512.弹簧二 513.导向柱 514.调节螺母 515.紧固螺母 516.连接件 517.被连接件 801.上盖 802.下盖
a、b、c、d、e、f、g、h、A、B、C、D表示安装孔
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1:
如图1,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,激励单元3-2,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;激励单元3-2由励磁线圈组件3-2-1、永磁铁组件3-2-2组成。
连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;永磁铁组件3-2-2固定在反作用单元2上,励磁线圈组件3-2-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-2-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-2-1与永磁铁组件3-2-2不会发生干涉;混合容器6固定在混合单元1上;
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,安装在混合单元1和反作用单元2上;振动传感器7由包含线圈和永磁铁两者构成的电磁感应线圈组成,两个永磁铁分别安装在混合单元1上和反作用单元2上,两个线圈装都在机架4上,通过相对运动产生的感应电流可对振动位移或者速度或者加速度进行标定,或者通过其中一个对时间进行微分或积分计算得到另外两个。
如图13,图1,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1,间隙值小于被混合单元1安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图1,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2,间隙值小于反作用单元2安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1均由线圈骨架311、励磁线圈312组成,骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2均由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作。
如图10,所述混合单元1、反作用单元2均为板形结构,材质可选用不锈钢或者铝合金;为了混合单元1、反作用单元2便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2均可等效为8个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、f、g、h处,满足等效后的悬挂刚度不变;A孔为永磁铁组件3-1-2或者永磁铁组件3-2-2的安装孔;在计算混合单元1、反作用单元2质量及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2刚度时,应保证混合单元1、反作用单元2共振频率相同。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6同时设有温度控制和真空度控制;可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,可采取对混合容器6进行密封并抽真空的方式进行真空度控制。混合容器6形状为长方体形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括两个密封组件8,均由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2同心安装,固定在混合单元1、反作用单元2上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1同心安装,固定在机架4上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图17,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对驱动混合单元1和反作用单元2的两个励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器6的振动位移信号以及通过驱动混合单元1的励磁线圈312的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器6与混合单元1质量之和:
步骤7.对混合单元1、反作用单元2的振动位移信号进行频谱分析,得到同一时刻两者的相位差DETA,启动DETA闭环控制程序,控制通过驱动混合单元1和反作用单元2的两个励磁线圈312的电流的相位差,使DETA控制为180°;
步骤8.令f0=fn,返回步骤4。
上述方法中利用激励、响应的相位差激振频率、固有频率比λ以及系统阻尼比ξ的关系识别了共振频率。进一步对两个励磁线圈312的驱动电流进行了相位控制,从而对混合单元1和反作用单元2的振动位移进行相位控制,使其对地基的作用力始终方向相反而互相抵消,从而进一步降低了传递给地基的作用力。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入两个励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节,从而调节激振力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。所述DETA闭环控制算法程序为PID控制算法,通过对比检测得到的混合单元1、反作用单元2的振动位移信号相位差,对输入两个励磁线圈312电流信号相位差进行PID调节,可快速实现混合单元1、反作用单元2的振动位移180°相位差的控制。
本实施例中为了进一步增加系统的对称性,还可以在反作用单元2上增加一个混合容器6,可进一步提高工作性能。
实施例2:
如图2,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,激励单元3-2,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,弹性悬挂5-3,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;激励单元3-2由励磁线圈组件3-2-1、永磁铁组件3-2-2组成。
连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;永磁铁组件3-2-2固定在反作用单元2上,励磁线圈组件3-2-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-2-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-2-1与永磁铁组件3-2-2不会发生干涉;弹性悬挂5-3连接在混合单元1与反作用单元2之间,构成一个二自由度振动系统;混合容器6数目为2个,分别固定在混合单元1和反作用单元2上;
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,采用IEPE型单轴加速度传感器,分别安装在混合单元1和反作用单元2上;通过对时间进行一次积分、两次积分分别得到速度、位移。
如图13,图2,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1,间隙值小于被混合单元1安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图2,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2,间隙值小于反作用单元2安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图2,所述弹性悬挂5-3同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在反作用单元2上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1,间隙值小于混合单元1安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1均由线圈骨架311、励磁线圈312组成,骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2均由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作。为了使驱动电流相位一致,励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1包含的两个励磁线圈312进行串联。
如图9,由于结构受力方向主要在振动方向,因此结构设计时应增加振动方向的刚度,所述混合单元1、反作用单元2为中空的框形或者环形结构,可采用不锈钢或者铝合金制作;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3均可等效为4个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、f、g、h处,满足等效后的悬挂刚度不变;A、B、C、D孔为永磁铁组件3-1-2或者永磁铁组件3-2-2的安装孔;对混合单元1、反作用单元2构成的二自由度振动系统,在计算混合单元1、反作用单元2质量及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3刚度时,应保证模态振型混合单元1、反作用单元2相位相差180°。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6设有温度控制,可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,混合容器6形状为圆筒形,为了不留死角,底部可做成为圆弧形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括两个密封组件8,均由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2同心安装,固定在混合单元1、反作用单元2上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1同心安装,固定在机架4上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图15,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、混合时间t0,检测时间t1,总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.初始化单循环时间T=0,并开始计时;
步骤5.判断若t<Tt,运行步骤6;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤6.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存,开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序;位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤7.判断若单循环时间T<t0,返回步骤6;若T≥t0,运行步骤8;
步骤8.设置通过励磁线圈312的电流为0,初始化单循环时间T=0,并开始计时,
步骤9.启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;
步骤10.判断若T<t1,返回步骤9;判断若T≥t1,运行步骤11;
步骤11.对采集信号的频谱进行分析,并将与系统频率f0最接近的峰值频率fn传递给f0,即令f0=fn,返回步骤5。
上述方法在停止作用力加载时对系统的振动信号进行检测分析,即在系统自由振动时对系统进行分析,从而识别系统的共振频率。解决了由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,系统共振频率发生变化的共振频率识别问题。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动,以使装置振动平稳结束。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节来改变驱动力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。
本实施例中为使操作更加便捷,也可以只使用一个混合容器6,固定在混合单元1或者反作用单元2上。
实施例3:
如图3,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;
连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在反作用单元2上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;混合容器6数目为2个,分别固定在混合单元1上和反作用单元2上;
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,采用电容式位移传感器,分别安装在混合单元1和反作用单元2上;通过对时间进行一次微分、两次微分分别得到速度、加速度。
如图13,图3,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1,间隙值小于被混合单元1安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图3,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2,间隙值小于反作用单元2安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1均由线圈骨架311、励磁线圈312组成,骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2均由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作。
如图10,所述混合单元1、反作用单元2为板形结构,可采用不锈钢或者铝合金制作;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2均可等效为6个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、g处,满足等效后的悬挂刚度不变;励磁线圈组件3-1-1或者永磁铁组件3-1-2安装在A孔处;在计算混合单元1、反作用单元2质量及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2刚度时,应保证混合单元1、反作用单元2共振频率相同。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6同时设有温度控制和真空度控制;可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,可采取对混合容器6进行密封并抽真空的方式进行真空度控制。混合容器6形状为长方体形,为了不留死角,底部可做成为圆弧形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括一个密封组件8,由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2同心地固定在混合单元1上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1同心地固定在反作用单元2上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图16,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器6的振动位移信号与通过励磁线圈312的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器6与混合单元1质量之和:
步骤7.令f0=fn,返回步骤4。
上述方法中利用激励、响应的相位差激振频率、固有频率比λ以及系统阻尼比ξ的关系识别了共振频率。进一步降低了设备运行功耗。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动,以使装置振动平稳结束。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节来改变驱动力大小,从而调节激振力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。
本实施例中为使操作更加便捷,也可以只使用一个混合容器6,固定在混合单元1或者反作用单元2上。
实施例4:
如图4,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,弹性悬挂5-3,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;
连接方式为:混合单元1通过弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1上,励磁线圈组件3-1-1固定在反作用单元2上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;弹性悬挂5-3连接在混合单元1与反作用单元2之间,构成一个二自由度振动系统;混合容器6固定在混合单元1上;
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,采用IEPE型单轴加速度传感器,分别安装在混合单元1和反作用单元2上;通过对时间进行一次积分、两次积分分别得到速度、位移;
如图13,图4,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1,间隙值小于被混合单元1安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图4,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2,间隙值小于反作用单元2安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图4,所述弹性悬挂5-3同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在反作用单元2上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1,间隙值小于混合单元1安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1由线圈骨架311、励磁线圈312组成,线圈骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2均由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作;
如图9,由于结构受力方向主要在振动方向,因此结构设计时应增加振动方向的刚度,所述混合单元1、反作用单元2为中空的框形或者环形结构,可采用不锈钢或者铝合金制作;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3均可等效为4个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、f、g、h处,满足等效后的悬挂刚度不变;为了进一步增大驱动力,励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2的数目为4个,分别安装在A、B、C、D孔处,为了使驱动力相位相同,4个励磁线圈312并联;对混合单元1、反作用单元2构成的二自由度振动系统,在计算混合单元1、反作用单元2质量及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3刚度时,应保证模态振型混合单元1、反作用单元2相位相差180°。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6设有温度控制,可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,混合容器6形状为圆筒形,为了不留死角,底部可做成为圆弧形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括一个密封组件8,由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2同心地固定在混合单元1上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1同心地固定在反作用单元2上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图15,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、混合时间t0,检测时间t1,总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.初始化单循环时间T=0,并开始计时;
步骤5.判断若t<Tt,运行步骤6;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤6.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存,开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序;位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤7.判断若单循环时间T<t0,返回步骤6;若T≥t0,运行步骤8;
步骤8.设置通过励磁线圈312的电流为0,初始化单循环时间T=0,并开始计时,
步骤9.启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;
步骤10.判断若T<t1,返回步骤9;判断若T≥t1,运行步骤11;
步骤11.对采集信号的频谱进行分析,并将与系统频率f0最接近的峰值频率fn传递给f0,即令f0=fn,返回步骤5。
上述方法在停止作用力加载时对系统的振动信号进行检测分析,即在系统自由振动时对系统进行分析,从而识别系统的共振频率。解决了由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,系统共振频率发生变化的共振频率识别问题。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动,以使装置振动平稳结束。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节来改变驱动力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。
本实施例中为增大一次混合处理量,也可以增加一个混合容器6,固定在反作用单元2上。
实施例5:
如图5,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,激励单元3-2,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;激励单元3-2由励磁线圈组件3-2-1、永磁铁组件3-2-2组成;混合单元1、反作用单元2均由振子001、振子002、弹性悬挂5-4组成,其中振子001、振子002通过弹性悬挂5-4连接;
连接方式为:混合单元1通过振子001由弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过振子001由弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1包含的振子002上,励磁线圈组件3-1-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;永磁铁组件3-2-2固定在反作用单元2包含的振子002上,励磁线圈组件3-2-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-2-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-2-1与永磁铁组件3-2-2不会发生干涉;混合容器6固定在混合单元1包含的振子001上;通过弹性悬挂5-4可以对永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2进行隔振,仍可传递对称驱动力;由于结构的对称性,仍具有抵消传递给地基作用力的特点。
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,采用IEPE型单轴加速度传感器,安装在混合单元1包含的振子001上和反作用单元2包含的振子001上,通过对时间进行一次积分、两次积分分别得到速度、位移;
如图13,图5,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1包含的振子001,间隙值小于混合单元1包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图5,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2包含的振子001,间隙值小于反作用单元2包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图5,所述弹性悬挂5-4同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在振子001上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装振子002,间隙值小于振子002安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1均由线圈骨架311、励磁线圈312组成,骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2均由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作。
如图9,由于结构受力方向主要在振动方向,因此结构设计时应增加振动方向的刚度,所述振子001、振子002均为中空的框形或者环形结构,材质可选用不锈钢或者铝合金;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-4均可等效为4个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、f、g、h处,满足等效后的悬挂刚度不变;A、B、C、D孔为永磁铁组件3-1-2或者永磁铁组件3-2-2的安装孔;混合单元1、反作用单元2均为二自由度系统,在计算振子两个001、两个振子002质量以及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-4刚度时,应选择使振子001位移幅值大、振子002位移幅值小的模态振型,可以起到对激励单元3-1、激励单元3-2进行振动隔离的作用;且还应使混合单元1、反作用单元2具有相同的模态振型及共振频率。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6同时设有温度控制和真空度控制;可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,可采取对混合容器6进行密封并抽真空的方式进行真空度控制。混合容器6形状为圆筒形,为了不留死角,底部可做成为圆弧形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括两个密封组件8,均由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2同心安装,固定在混合单元1、反作用单元2包含的振子002上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1同心安装,固定在机架4上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图17,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对驱动混合单元1和反作用单元2的两个励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器6的振动位移信号以及通过驱动混合单元1的励磁线圈312的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器6与混合单元1包含的振子001质量之和:
步骤7.对两个振子001的振动位移信号进行频谱分析,得到同一时刻两者的相位差DETA,启动DETA闭环控制程序,控制通过驱动混合单元1和反作用单元2的两个励磁线圈312的电流的相位差,使DETA控制为180°;
步骤8.令f0=fn,返回步骤4。
上述方法中利用激励、响应的相位差激振频率、固有频率比λ以及系统阻尼比ξ的关系识别了共振频率。进一步对两个励磁线圈312的驱动电流进行了相位控制,从而对两个振子001的振动位移进行相位控制,使其对地基的作用力始终方向相反而互相抵消,从而进一步降低了传递给地基的作用力。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入两个励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节,从而调节激振力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。所述DETA闭环控制算法程序为PID控制算法,通过对比检测得到的两个振子001的振动位移信号相位差,对输入两个励磁线圈312电流信号相位差进行PID调节,可快速实现两个振子001的振动位移180°相位差的控制。
本实施例中为了进一步增加系统的对称性,还可以在反作用单元2上增加一个混合容器6,可进一步提高工作性能。
实施例6:
如图6,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,激励单元3-2,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,弹性悬挂5-3,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;激励单元3-2由励磁线圈组件3-2-1、永磁铁组件3-2-2组成;混合单元1、反作用单元2均由振子001、振子002、弹性悬挂5-4组成,其中振子001、振子002通过弹性悬挂5-4连接;。
连接方式为:混合单元1通过振子001由弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过振子001由弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1包含的振子002上,励磁线圈组件3-1-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;永磁铁组件3-2-2固定在反作用单元2包含的振子002上,励磁线圈组件3-2-1固定在机架4上,且与永磁铁组件3-2-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-2-1与永磁铁组件3-2-2不会发生干涉;混合单元1与反作用单元2通过各自振子002由弹性悬挂5-3相连接,构成一个四自由度振动系统;混合容器6固定在混合单元1包含的振子001上;通过弹性悬挂5-4可以对永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2进行隔振,仍可传递对称驱动力;由于结构的对称性,仍具有抵消传递给地基作用力的特点。
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,采用IEPE型单轴加速度传感器,分别安装在混合单元1和反作用单元2上;通过对时间进行一次积分、两次积分分别得到速度、位移;
如图13,图6,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1包含的振子001,间隙值小于混合单元1包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图6,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2包含的振子001,间隙值小于反作用单元2包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图6,所述弹性悬挂5-3同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在反作用单元2包含的振子002上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1包含的振子002,间隙值小于混合单元1包含的振子002安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图6,所述弹性悬挂5-4同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在振子001上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装振子002,间隙值小于振子002安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1均由线圈骨架311、励磁线圈312组成,骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2均由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作。为了使驱动电流相位一致,可使励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1包含的两个励磁线圈312进行串联。
如图9,由于结构受力方向主要在振动方向,因此结构设计时应增加振动方向的刚度,所述振子001、振子002为中空的框形或者环形结构,可采用不锈钢或者铝合金制作;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3、弹性悬挂5-4均可等效为4个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、f、g、h处,满足等效后的悬挂刚度不变;A、B、C、D孔为永磁铁组件3-1-2或者永磁铁组件3-2-2的安装孔;对混合单元1、反作用单元2构成的四自由度系统,在计算两个振子001、两个振子002质量以及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3、弹性悬挂5-4的刚度时,应选择使振子001位移幅值大、振子002位移幅值小的模态振型,可以起到对激励单元3-1、激励单元3-2进行振动隔离的作用,还应满足模态振型混合单元1、反作用单元2包含的两个振子001相位相差180°。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6设有温度控制,可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,混合容器6形状为长方体形形,为了不留死角,底部可做成为圆弧形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括两个密封组件8,均由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2、永磁铁组件3-2-2同心安装,固定在混合单元1、反作用单元2包含的振子002上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1、励磁线圈组件3-2-1同心安装,固定在机架4上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图15,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、混合时间t0,检测时间t1,总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.初始化单循环时间T=0,并开始计时;
步骤5.判断若t<Tt,运行步骤6;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤6.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存,开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序;位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤7.判断若单循环时间T<t0,返回步骤6;若T≥t0,运行步骤8;
步骤8.设置通过励磁线圈312的电流为0,初始化单循环时间T=0,并开始计时,
步骤9.启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;
步骤10.判断若T<t1,返回步骤9;判断若T≥t1,运行步骤11;
步骤11.对采集信号的频谱进行分析,并将与系统频率f0最接近的峰值频率fn传递给f0,即令f0=fn,返回步骤5。
上述方法在停止作用力加载时对系统的振动信号进行检测分析,即在系统自由振动时对系统进行分析,从而识别系统的共振频率。解决了由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,系统共振频率发生变化的共振频率识别问题。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动,以使装置振动平稳结束。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节来改变驱动力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。
本实施例中为增加一次混合处理量,可增加一个混合容器6,固定在反作用单元2包含的振子001上。
实施例7:
如图7,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;混合单元1、反作用单元2均由振子001、振子002、弹性悬挂5-4组成,其中振子001、振子002通过弹性悬挂5-4连接;
连接方式为:混合单元1通过振子001由弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过振子001由弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1包含的振子002上,励磁线圈组件3-1-1固定在反作用单元2包含的振子002上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉;混合容器6数量为2个,一个固定在混合单元1包含的振子001上,另一个固定在反作用单元2包含的振子001上;通过弹性悬挂5-4可以对永磁铁组件3-1-2进行隔振,仍可传递对称驱动力;由于结构的对称性,仍具有抵消传递给地基作用力的特点。
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,采用IEPE型单轴加速度传感器,分别安装在混合单元1包含的振子001上和反作用单元2包含的振子001上;通过对时间进行一次积分、两次积分分别得到速度、位移;
如图13,图7,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1包含的振子001,间隙值小于混合单元1包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图7,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2包含的振子001,间隙值小于反作用单元2包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图7,所述弹性悬挂5-4同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在振子001上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装振子002,间隙值小于振子002安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1由线圈骨架311、励磁线圈312组成,骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作。
如图9,由于结构受力方向主要在振动方向,因此结构设计时应增加振动方向的刚度,所述振子001、振子002为中空的框形或者环形结构,可采用不锈钢或者铝合金制作;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-4均可等效为4个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、f、g、h处,满足等效后的悬挂刚度不变;A、B、C、D孔为永磁铁组件3-1-2或者励磁线圈组件3-1-1的安装孔;混合单元1、反作用单元2均为二自由度系统,在计算两个振子001、两个振子002质量以及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-4的刚度时,应选择使振子001位移幅值大、振子002位移幅值小的模态振型,可以起到对激励单元3-1进行振动隔离的作用,且还应使混合单元1、反作用单元2具有相同的模态振型及共振频率。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6设有温度控制,可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,混合容器6形状为圆筒形,为了不留死角,底部可做成为圆弧形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括一个密封组件8,由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2同心地固定在混合单元1包含的振子002上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1同心地固定在反作用单元2包含的振子002上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图15,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、混合时间t0,检测时间t1,总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.初始化单循环时间T=0,并开始计时;
步骤5.判断若t<Tt,运行步骤6;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤6.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存,开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序;位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤7.判断若单循环时间T<t0,返回步骤6;若T≥t0,运行步骤8;
步骤8.设置通过励磁线圈312的电流为0,初始化单循环时间T=0,并开始计时,
步骤9.启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;
步骤10.判断若T<t1,返回步骤9;判断若T≥t1,运行步骤11;
步骤11.对采集信号的频谱进行分析,并将与系统频率f0最接近的峰值频率fn传递给f0,即令f0=fn,返回步骤5。
上述方法在停止作用力加载时对系统的振动信号进行检测分析,即在系统自由振动时对系统进行分析,从而识别系统的共振频率。解决了由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,系统共振频率发生变化的共振频率识别问题。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动,以使装置振动平稳结束。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节来改变驱动力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。
本实施例中为简化操作过程,也可只设置一个混合容器6,固定在混合单元1包含的振子001上。
实施例8:
如图8,一种电磁激励共振混合装置包含混合单元1,反作用单元2,激励单元3-1,机架4,弹性悬挂5-1,弹性悬挂5-2,弹性悬挂5-3,混合容器6;激励单元3-1由励磁线圈组件3-1-1、永磁铁组件3-1-2组成;混合单元1、反作用单元2均由振子001、振子002、弹性悬挂5-4组成,其中振子001、振子002通过弹性悬挂5-4连接;。
连接方式为:混合单元1通过振子001由弹性悬挂5-1连接在机架4上,在与混合单元1相同振动方向上分布的反作用单元2通过振子001由弹性悬挂5-2连接在机架4上;永磁铁组件3-1-2固定在混合单元1包含的振子002上,励磁线圈组件3-1-1固定在反作用单元2包含的振子002上,且与永磁铁组件3-1-2形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙,保证振动时励磁线圈组件3-1-1与永磁铁组件3-1-2不会发生干涉,混合单元1与反作用单元2通过振子002由弹性悬挂5-3相连接,构成一个四自由度振动系统;混合容器6固定在混合单元1包含的振子001上;通过弹性悬挂5-4可以对永磁铁组件3-1-2进行隔振,仍可传递对称驱动力;由于结构的对称性,仍具有抵消传递给地基作用力的特点。
为了对混合过程的振动强度进行测试及控制,还包括两个振动传感器7,采用IEPE型单轴加速度传感器,分别安装在混合单元1包含的振子001上和反作用单元2包含的振子001上;通过对时间进行一次积分、两次积分分别得到速度、位移;
如图13,图8,为了降低制作成本,采用压缩弹簧制作弹性悬挂。所述弹性悬挂5-1由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装混合单元1包含的振子001,间隙值小于混合单元1包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图8,所述弹性悬挂5-2同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在机架4上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2包含的振子001,间隙值小于反作用单元2包含的振子001安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图8,所述弹性悬挂5-3同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在混合单元1包含的振子002上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装反作用单元2包含的振子002,间隙值小于反作用单元2包含的振子002安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图13,图8,所述弹性悬挂5-4同样由弹簧一511、弹簧二512、导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515组成。所述导向柱513两端设有螺纹,一端安装在振子001上;所述导向柱513两端还安装两个调节螺母514,并分别由两个紧固螺母515紧固,防止振动导致调节螺母514松动,弹簧一511、弹簧二512为压缩弹簧,套在导向柱513上;轴向上位置上,弹簧一511、弹簧二512一端分别与导向柱513两端的调节螺母514上的定位结构定位,弹簧一511、弹簧二512另一端之间留有轴向间隙用来安装振子002,间隙值小于振子002安装位置处的厚度,以使弹簧一511、弹簧二512处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,以使弹簧始终工作在线性范围内;径向位置上,与导向柱513同心且弹簧内径大于导向柱外径,防止弹簧磨损;弹簧一511、弹簧二512可选米思米SWF系列弹簧,导向柱513、调节螺母514、紧固螺母515均采用不锈钢制作;
如图11,图12,所述励磁线圈组件3-1-1由线圈骨架311、励磁线圈312组成,骨架311可采用高导磁材料制作,励磁线圈312采用耐热漆包线制作。所述永磁铁组件3-1-2由永磁铁321、衔铁322组成,永磁铁321可采用钕铁硼材料,衔铁312采用软磁材料制作。
如图9,由于结构受力方向主要在振动方向,因此结构设计时应增加振动方向的刚度,所述振子001、振子002为中空的框形或者环形结构,可采用不锈钢或者铝合金制作;为了便于安装,所述弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3、弹性悬挂5-4均可等效为4个相同的弹性悬挂,安装在a、b、c、d、e、f、g、h处,满足等效后的悬挂刚度不变;A、B、C、D孔为永磁铁组件3-1-2或者励磁线圈组件3-1-1的安装孔;对混合单元1、反作用单元2构成的四自由度系统,在计算两个振子001、两个振子002质量以及弹性悬挂5-1、弹性悬挂5-2、弹性悬挂5-3、弹性悬挂5-4的刚度时,应选择使振子001位移幅值大、振子002位移幅值小的模态振型,可以起到对激励单元3-1进行振动隔离的作用,还应使模态振型混合单元1、反作用单元2包含的两个振子001相位相差180°。
为了对混合过程中的工艺条件进行控制,所述混合容器6设有温度控制,可采用对混合容器6缠绕加热线圈或者在混合容器6设置水套利用热水进行加热,也可采用非接触方式如远红外加热,混合容器6形状为圆筒形,为了不留死角,底部可做成为圆弧形,可采用不锈钢304制作或者铝合金制作。
如图14,为了防止粉尘进入线圈以及对磁场进行屏蔽,还包括一个密封组件8,由上盖801、下盖802组成,上盖801、下盖802均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖801和下盖802的圆环直径均不同,以使上盖801和下盖802同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖801与永磁铁组件3-1-2同心地固定在混合单元1包含的振子002上,下盖802与励磁线圈组件3-1-1同心地固定在反作用单元2包含的振子002上;上盖801、下盖802均由高导磁材料制作,该结构可以同时实现粉尘和磁场的有效密封。
由于在混合过程中物料的状态不断发生变化,特别是对于高固体含量的液-固混合,导致振动系统的质量、阻尼特性发生变化,促使系统的共振频率发生偏移。为了能使系统始终工作在共振频率下,进一步降低功耗,本发明还公布了一种电磁激励共振混合装置的控制方法,控制流程图如图16,包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对励磁线圈312供交流电,频率为f0,启动混合容器6位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器6的振动位移信号与通过励磁线圈312的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器6与混合单元1包含的振子001的质量之和:
步骤7.令f0=fn,返回步骤4。
上述方法中利用激励、响应的相位差激振频率、固有频率比λ以及系统阻尼比ξ的关系识别了共振频率。进一步降低了设备运行功耗。
所述结束程序为设置通过励磁线圈312的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器6振动,以使装置振动平稳结束。所述混合容器6振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法,通过对比振动信号检测值,对输入励磁线圈312电流信号幅值进行PID调节来改变驱动力大小,实现振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值的快速控制。
本实施例中为增加一次混合处理量,可增加一个混合容器6,固定在反作用单元2包含的振子001上。
Claims (8)
1.一种电磁激励共振混合装置,其特征在于,包含混合单元(1),反作用单元(2),激励单元(3-1),激励单元(3-2),机架(4),弹性悬挂(5-1),弹性悬挂(5-2),弹性悬挂(5-3),混合容器(6);激励单元(3-1)由励磁线圈组件(3-1-1)、永磁铁组件(3-1-2)组成;激励单元(3-2)由励磁线圈组件(3-2-1)、永磁铁组件(3-2-2)组成;
一种连接方式为:混合单元(1)通过弹性悬挂(5-1)连接在机架(4)上,在与混合单元(1)相同振动方向上分布的反作用单元(2)通过弹性悬挂(5-2)连接在机架(4)上;永磁铁组件(3-1-2)固定在混合单元(1)上,励磁线圈组件(3-1-1)固定在机架(4)上,且与永磁铁组件(3-1-2)形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙;永磁铁组件(3-2-2)固定在反作用单元(2)上,励磁线圈组件(3-2-1)固定在机架(4)上,且与永磁铁组件(3-2-2)形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙;混合容器(6)固定在混合单元(1)或者反作用单元(2)上,混合单元(1)、反作用单元(2)构成的两个单自由度振动系统的共振频率相同;
一种连接方式为:混合单元(1)通过弹性悬挂(5-1)连接在机架(4)上,在与混合单元(1)相同振动方向上分布的反作用单元(2)通过弹性悬挂(5-2)连接在机架(4)上;永磁铁组件(3-1-2)固定在混合单元(1)上,励磁线圈组件(3-1-1)固定在机架(4)上,且与永磁铁组件(3-1-2)形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙;永磁铁组件(3-2-2)固定在反作用单元(2)上,励磁线圈组件(3-2-1)固定在机架(4)上,且与永磁铁组件(3-2-2)形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙;弹性悬挂(5-3)连接在混合单元(1)与反作用单元(2)之间;混合容器(6)固定在混合单元(1)或者反作用单元(2)上,混合单元(1)、反作用单元(2)构成一个两自由度振动系统,模态振型混合单元(1)、反作用单元(2)相位相差180°;
一种连接方式为:混合单元(1)通过弹性悬挂(5-1)连接在机架(4)上,在与混合单元(1)相同振动方向上分布的反作用单元(2)通过弹性悬挂(5-2)连接在机架(4)上;永磁铁组件(3-1-2)固定在混合单元(1)上,励磁线圈组件(3-1-1)固定在反作用单元(2)上,且与永磁铁组件(3-1-2)形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙;混合容器(6)固定在混合单元(1)或者反作用单元(2)上,混合单元(1)、反作用单元(2)构成的两个单自由度振动系统的共振频率相同;
一种连接方式为:混合单元(1)通过弹性悬挂(5-1)连接在机架(4)上,在与混合单元(1)相同振动方向上分布的反作用单元(2)通过弹性悬挂(5-2)连接在机架(4)上;永磁铁组件(3-1-2)固定在混合单元(1)上,励磁线圈组件(3-1-1)固定在反作用单元(2)上,且与永磁铁组件(3-1-2)形成相互作用对,相互作用对保持有容纳相互运动的间隙;弹性悬挂(5-3)连接在混合单元(1)与反作用单元(2)之间;混合容器(6)固定在混合单元(1)或者反作用单元(2)上,混合单元(1)、反作用单元(2)构成一个两自由度振动系统,模态振型混合单元(1)、反作用单元(2)相位相差180°。
2.根据权利要求书1所述一种电磁激励共振混合装置,其特征在于,所述混合单元(1)、反作用单元(2)均为由振子(001)、振子(002)、弹性悬挂(5-4)组成;振子(001)、振子(002)通过弹性悬挂(5-4)连接;振子(001)用于混合单元(1)、反作用单元(2)与机架(4)连接,还用于固定混合容器(6);振子(002)用于固定永磁铁组件(3-1-2)或者励磁线圈组件(3-1-1),或者用于混合单元(1)、反作用单元(2)相互连接;对于振子(001)、振子(002)构成的两个两自由度振动系统,混合单元(1)、反作用单元(2)具有相同的模态振型及共振频率;对于振子(001)、振子(002)构成的四自由度振动系统,模态振型两个振子(001)相位相差180°。
3.根据权利要求书1或者2所述一种电磁激励共振混合装置,其特征在于,所述混合容器(6)的数目为两个,一个固定混合单元(1)上,一个固定在反作用单元(2)上或者一个固定在混合单元(1)包含的振子(001)上,一个固定在反作用单元(1)包含的振子(001)上。
4.根据权利要求书1或者2或者3所述的一种电磁激励共振混合装置,其特征在于,还包括两个振动传感器(7),安装在混合单元(1)和反作用单元(2)上或者安装在混合单元(1)包含的振子(001)上和反作用单元(2)上包含的振子(001)上;振动传感器(7)为位移传感器或者加速度传感器,或者由包含线圈和永磁铁两者构成的电磁感应线圈组成,其一安装在混合单元(1)上或者反作用单元(2)上或者混合单元(1)包含的振子(001)上或者反作用单元(2)包含的振子(001)上,另一安装在机架(4)上;
所述弹性悬挂(5-1)、弹性悬挂(5-2)、弹性悬挂(5-3)、弹性悬挂(5-4)均由弹簧一(511)、弹簧二(512)、导向柱(513)、调节螺母(514)、紧固螺母(515)组成;所述导向柱(513)两端设有螺纹,用以安装连接件(516);所述导向柱(513)两端还安装两个调节螺母(514),并分别由两个紧固螺母(515)紧固,弹簧一(511)、弹簧二(512)为压缩弹簧,套在导向柱(513)上,轴向位置上,弹簧一(511)、弹簧二(512)一端分别与导向柱(513)两端的调节螺母(514)上的定位结构定位,弹簧一(511)、弹簧二(512)另一端之间留有轴向间隙用来安装被连接件(517),间隙值小于被连接件(517)安装结构尺寸,以使弹簧一(511)、弹簧二(512)处于压缩状态且压缩量大于振动位移幅值,径向位置上,与导向柱(513)同心且弹簧内径大于导向柱外径;所述连接件(516)、被连接件(517)为机架(4)或者混合单元(1)或者反作用单元(2)或者振子(001)或者振子(002);
所述励磁线圈组件(3-1-1)、励磁线圈组件(3-2-1)均由线圈骨架(311)、励磁线圈(312)组成;所述永磁铁组件(3-1-2)、永磁铁组件(3-2-2)均由永磁铁(321)、衔铁(322)组成;
所述混合单元(1)、反作用单元(2)或者振子(001)、振子(002)为中空的框形或者环形结构;所述弹性悬挂(5-1)、弹性悬挂(5-2)、弹性悬挂(5-3)、弹性悬挂(5-4)均可等效为多个弹性悬挂,均布在框形结构或者环形结构的边框上,满足等效后的悬挂刚度不变;所述激励单元(3-1)或者激励单元(3-2)数目均为多个,激励单元(3-1)或者激励单元(3-2)包含的励磁线圈(312)串联或者并联;
所述混合容器(6)设置有温度控制或者真空度控制,或者同时设有温度控制和真空度控制;
还包括一个或者两个密封组件(8),均由上盖(801)、下盖(802)组成,上盖(801)、下盖(802)均由不少于2个的不同直径的同心圆环及底板构成,并且上盖(801)和下盖(802)的圆环直径均不同,以使上盖(801)和下盖(802)同心安装时可以互相齿构成迷宫密封形式,并具有容纳运动的间隙;上盖(801)与永磁铁组件(3-1-2)或者永磁铁组件(3-2-2)同心地固定在混合单元(1)或混合单元(1)包含的振子(002)上,下盖(802)与励磁线圈组件(3-1-1)或者励磁线圈组件(3-2-1)同心地固定在反作用单元(2)上或反作用单元(2)包含的振子(002)上或者机架(4)上;上盖(801)、下盖(802)均由高导磁材料制作。
5.一种权利要求书4所述电磁激励共振混合装置的控制方法,其特征在于,所述控制方法包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、混合时间t0,检测时间t1,总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器(6)振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.初始化单循环时间T=0,并开始计时;
步骤5.判断若t<Tt,运行步骤6;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤6.对励磁线圈(312)供交流电,频率为f0,启动混合容器(6)位移或者速度或者加速度数据采集并储存,开启混合容器(6)振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序;位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤7.判断若单循环时间T<t0,返回步骤6;若T≥t0,运行步骤8;
步骤8.设置通过励磁线圈(312)的电流为0,初始化单循环时间T=0,并开始计时;
步骤9.启动混合容器(6)位移或者速度或者加速度数据采集并储存;
步骤10.判断若T<t1,返回步骤9;判断若T≥t1,运行步骤11;
步骤11.对采集信号的频谱进行分析,并将与系统频率f0最接近的峰值频率fn传递给f0,即令f0=fn,返回步骤5。
6.一种权利要求书4所述电磁激励共振混合装置的控制方法,其特征在于,所述控制方法包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器(6)振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对励磁线圈(312)供交流电,频率为f0,启动混合容器(6)位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器(6)振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器(6)的振动位移信号与通过励磁线圈(312)的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差φ1、φ2,并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器(6)与混合单元(1)或者混合单元(1)包含的振子(001)质量之和:
步骤7.令f0=fn,返回步骤4。
7.一种权利要求书4述电磁激励共振混合装置的控制方法,其特征在于,所述控制方法包含以下步骤:
步骤1.初始化系统参数,包括系统频率f0、总时间Tt,其中系统频率f0为所述电磁激励共振混合装置的共振频率;
步骤2.输入混合容器(6)振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值随时间变化的曲线或者对应表;
步骤3.初始化系统时间t=0,并开始计时;
步骤4.判断若t<Tt,运行步骤5;若t≥Tt,运行结束程序;
步骤5.对驱动混合单元(1)和反作用单元(2)的两个励磁线圈(312)供交流电,频率为f0,启动混合容器(6)位移或者速度或者加速度数据采集并储存;开启混合容器(6)振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序,位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值按照步骤2中预设的曲线或对应表进行实时控制;
步骤6.对混合容器(6)的振动位移信号以及通过驱动混合单元(1)的励磁线圈(312)的电流信号进行频谱分析,得到不同时刻两者的相位差φ1、φ2,并通过下式计算共振频率fn,混合阻尼c,其中m为混合容器(6)与混合单元(1)或者混合单元(1)包含的振子(001)质量之和:
步骤7.对混合单元(1)、反作用单元(2)或者两个振子(001)的振动位移信号进行频谱分析,得到同一时刻两者的相位差DETA,启动DETA闭环控制程序,控制通过驱动混合单元(1)和反作用单元(2)的两个励磁线圈(312)的电流的相位差,使DETA控制为180°;
步骤8.令f0=fn,返回步骤4。
8.根据权利要求书5或者6或者7所述电磁激励共振混合装置的控制方法,其特征在于,所述结束程序为设置通过励磁线圈(312)的电流幅值随时间逐渐减小为零而结束混合容器(6)的振动;所述混合容器(6)振动位移幅值或者速度幅值或者加速度幅值闭环控制程序为PID控制算法;所述DETA闭环控制算法程序为PID控制算法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710058169.6A CN107051296B (zh) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | 一种电磁激励共振混合装置及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710058169.6A CN107051296B (zh) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | 一种电磁激励共振混合装置及其控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107051296A true CN107051296A (zh) | 2017-08-18 |
CN107051296B CN107051296B (zh) | 2019-07-23 |
Family
ID=59598970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710058169.6A Active CN107051296B (zh) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | 一种电磁激励共振混合装置及其控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107051296B (zh) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107497347A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-12-22 | 西安交通大学 | 一种共振混合装置 |
CN108031642A (zh) * | 2017-12-03 | 2018-05-15 | 北京航空航天大学 | 一种用于模态试验的多激振系统及其力输出调节方法 |
CN108325452A (zh) * | 2018-02-20 | 2018-07-27 | 王金华 | 一种共振混合装置 |
CN108344498A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-07-31 | 大连理工大学 | 一种基于脉冲激励差值响应分析的地基指定深度水平向动阻抗的测定装置与方法 |
CN108393020A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-14 | 华中科技大学 | 一种适用于复合含能材料的两质体声共振混合装置 |
CN108714394A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-10-30 | 深圳市骆迈柯新能源技术有限公司 | 混合装置 |
CN109092176A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-28 | 湖北航鹏化学动力科技有限责任公司 | 一种装药系统及方法 |
CN109406082A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-01 | 西人马(厦门)科技有限公司 | 一种振动台 |
CN110927200A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-27 | 中国科学院力学研究所 | 一种开展热模态试验的真空箱 |
CN111238849A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-06-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种火星车移动系统性能测试装置 |
CN111249959A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-09 | 西安近代化学研究所 | 三自由度电机驱动混合装置 |
CN111447990A (zh) * | 2017-12-28 | 2020-07-24 | 热电科学仪器有限公司 | 孔板混合设备 |
CN113144997A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-23 | 西安近代化学研究所 | 共振声混合中临界波动率确定、混合均匀性判定方法及系统 |
CN114325061A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-12 | 吉林大学 | 一种用于多种频率的压电式电流检测装置及其检测方法 |
WO2023001318A1 (zh) * | 2021-07-22 | 2023-01-26 | 西安近代化学研究所 | 一种声共振强化化学反应的装置及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6419215B1 (en) * | 1999-09-27 | 2002-07-16 | Freudenberg-Nok General Partnership | Bi-component bushing |
WO2008141837A9 (de) * | 2007-05-23 | 2009-01-15 | Anlagentech Baumasch Ind | Vorrichtung für einen schwingungserreger |
CN203494529U (zh) * | 2013-10-15 | 2014-03-26 | 深圳德夏科技发展有限公司 | 一种分离式温育震荡装置 |
CN104492328A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-08 | 西安近代化学研究所 | 一种高固含量粘合剂体系的共振混合方法 |
-
2017
- 2017-01-23 CN CN201710058169.6A patent/CN107051296B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6419215B1 (en) * | 1999-09-27 | 2002-07-16 | Freudenberg-Nok General Partnership | Bi-component bushing |
WO2008141837A9 (de) * | 2007-05-23 | 2009-01-15 | Anlagentech Baumasch Ind | Vorrichtung für einen schwingungserreger |
CN203494529U (zh) * | 2013-10-15 | 2014-03-26 | 深圳德夏科技发展有限公司 | 一种分离式温育震荡装置 |
CN104492328A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-08 | 西安近代化学研究所 | 一种高固含量粘合剂体系的共振混合方法 |
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107497347A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-12-22 | 西安交通大学 | 一种共振混合装置 |
CN107497347B (zh) * | 2017-08-23 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 一种共振混合装置 |
CN108031642A (zh) * | 2017-12-03 | 2018-05-15 | 北京航空航天大学 | 一种用于模态试验的多激振系统及其力输出调节方法 |
CN111447990A (zh) * | 2017-12-28 | 2020-07-24 | 热电科学仪器有限公司 | 孔板混合设备 |
CN108325452B (zh) * | 2018-02-20 | 2023-12-19 | 王金华 | 一种共振混合装置 |
CN108325452A (zh) * | 2018-02-20 | 2018-07-27 | 王金华 | 一种共振混合装置 |
CN108344498A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-07-31 | 大连理工大学 | 一种基于脉冲激励差值响应分析的地基指定深度水平向动阻抗的测定装置与方法 |
CN108344498B (zh) * | 2018-03-19 | 2023-07-18 | 大连理工大学 | 一种基于脉冲激励差值响应分析的地基指定深度水平向动阻抗的测定装置与方法 |
CN108393020A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-14 | 华中科技大学 | 一种适用于复合含能材料的两质体声共振混合装置 |
CN108393020B (zh) * | 2018-04-24 | 2024-03-19 | 华中科技大学 | 一种适用于复合含能材料的两质体声共振混合装置 |
CN108714394A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-10-30 | 深圳市骆迈柯新能源技术有限公司 | 混合装置 |
CN109092176A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-28 | 湖北航鹏化学动力科技有限责任公司 | 一种装药系统及方法 |
CN109406082A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-01 | 西人马(厦门)科技有限公司 | 一种振动台 |
CN110927200A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-27 | 中国科学院力学研究所 | 一种开展热模态试验的真空箱 |
CN110927200B (zh) * | 2019-12-31 | 2020-11-13 | 中国科学院力学研究所 | 一种开展热模态试验的真空箱 |
CN111249959B (zh) * | 2020-01-20 | 2022-03-25 | 西安近代化学研究所 | 三自由度电机驱动混合装置 |
CN111249959A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-09 | 西安近代化学研究所 | 三自由度电机驱动混合装置 |
CN111238849A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-06-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种火星车移动系统性能测试装置 |
CN113144997B (zh) * | 2021-03-23 | 2022-10-25 | 西安近代化学研究所 | 共振声混合中临界波动率确定、混合均匀性判定方法及系统 |
CN113144997A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-23 | 西安近代化学研究所 | 共振声混合中临界波动率确定、混合均匀性判定方法及系统 |
WO2023001318A1 (zh) * | 2021-07-22 | 2023-01-26 | 西安近代化学研究所 | 一种声共振强化化学反应的装置及方法 |
CN114325061A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-12 | 吉林大学 | 一种用于多种频率的压电式电流检测装置及其检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107051296B (zh) | 2019-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107051296A (zh) | 一种电磁激励共振混合装置及其控制方法 | |
CN106582402A (zh) | 三自由度共振混合装置 | |
EP0740141B1 (en) | Electromagnetic rotary vibration for rotary body and damper using the same rotary body | |
CN107023608B (zh) | 固有值可变型动力吸振器及固有值可变型防振装置 | |
US20190154108A1 (en) | Active vibration control device | |
Hassan et al. | Dynamic analysis of a novel moving magnet linear actuator | |
CN106795939A (zh) | 用于振动吸收器的磁体缓冲器 | |
TW201211712A (en) | System and method for accelerating a device | |
CN105526294B (zh) | 基于磁激励的运动粒子吸振单元及组合装置与方法 | |
US20180147552A1 (en) | Zero gravity process device | |
CN105322752B (zh) | 自适应控制微型马达 | |
CN105043698B (zh) | 用于薄壳高阶模态振型测试的同步激振系统及测试方法 | |
CN107849785A (zh) | 用于护理洗涤物的、具有带有电磁铁的不平衡补偿装置的家用器具和其运行方法 | |
EP1210529A2 (en) | Apparatus for vibrations attenuation using electronic and electromagnetic actuation | |
CN103911807A (zh) | 洗衣机及洗衣机内筒限位方法 | |
CN110382909A (zh) | 减振装置以及筒管支架系统 | |
CN205533936U (zh) | 基于磁激励的运动粒子吸振单元及组合装置 | |
CN108900060A (zh) | 磁流体润滑型间隙谐振高频振动电磁俘能器 | |
CN104646261B (zh) | 一种振动台动圈反向承载装置及包含此装置的振动台 | |
CN105529898B (zh) | 线性振动马达 | |
CN109406082A (zh) | 一种振动台 | |
de Araujo et al. | Electromagnetic harvester for lateral vibration in rotating machines | |
Kascak et al. | Levitation performance of two opposed permanent magnet pole-pair separated conical bearingless motors | |
CN106597023B (zh) | 一种电磁驱动式微加速度振动装置 | |
CN210177734U (zh) | 一种减振装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |