农田灌溉用过滤井管 成型系统建模仿真与优化研究
河北农业大学机电工程学院 张泽明 黄聪会
1 前言
农田灌溉用过滤井管生产工艺简单，主要使用挤压振动法成型，工艺的技术关键是混凝土的配合比以及振动时间。配合比是决定强度的制约因素，而振动工艺则是保证孔隙形成、透水性大小的重要因素。配合密实的强度大，但透水性较小；若振动时间过短，则孔隙较多，但强度变低。一般振动成型系统均采用中高频振动台，频率为30～50Hz，振幅在5mm左右。根据农田灌溉用过滤井管工艺技术规程要求，一阶段管是在振动台上进行振动密实的。为了获得良好的密实效果，使混凝土具有较高的强度和密实度，以及合适的振动时间，从工艺上必须根据混凝土混合物特性，合理确定振动频率、振幅、振动速度和振动时间，作为设计振动台的依据。
农田灌溉用过滤井管成型系统的传统设计方法是采用变频调速系统通过带传动带动振动台振动，振动台上附加与实际工作情况等量的重物，通过改变电机转速和更换主振弹簧来观察振动台的振动频率和振幅，从而确定系统的驱动转速n，选择电机转速为n0，则传动比i=n/n0，这样得到振动台的振幅和频率并不准确，误差很大。本文基于虚拟现实技术，利用软件对系统进行建模与仿真，以要求的频率和振幅为优化目标来寻求合适的系统参数，大大降低了研发周期与成本，为农田灌溉用过滤井管成型系统的设计提供了帮助。
2 运动分析
2.1工作原理
系统整体结构如图1所示，振动台简化模型如图2所示，振动台采用双轴同步惯性振动方式，两台电动机通过带传动分别驱动两个偏心轴高速旋转；两偏心轴之间通过传动比为1:1的齿轮连接实现两偏心轴转速
图1 系统整体结构
相同、转向相反、相位差为零；振动台与底座之间通过主振弹簧连接；其水平振动分量互相抵消，只剩下沿垂直方向的振动；两台电机的不同步现象通过带传动的滑动来补偿。系统在工作时，做受迫振动，因为在实际的振动系统中，阻尼总是客观存在的，如果振动持续不断地进行，就必须对系统施加一个周期性的外力，系统在周期性外力作用下进行的振动，称为受迫振动。
1.振动台 2.偏心轴 3.主振弹簧 4.底座
图2 振动台简化模型
