混凝土电磁振动棒的研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com混凝土电磁振动棒的研究蒋萍，高顶，王森，郝锋(中国矿业大学机电工程学院)关键词：电磁振动；动力学分析；Matlab／Simulink仿真混凝土振动棒是通过机械振动对浇注混凝土进×10-7‘016l．2‘‘行振动捣实的建筑机械，插入式是其主要形式。目前常用的插人式振动棒主要有电机软轴式和电机内装式中：为电磁吸力，N；Ⅳ为绕组匝数；，为通过绕组式两种：前者是由电机通过软轴驱动棒体内偏心块的电流，A；So为磁极与衔铁间气隙的面积，m；z为产生机械振动实现捣实，其结构复杂、能耗高、故障气隙长度，即衔铁和铁芯间的距离，最初的气隙长度率较高，使用范围受到限制

2、；后者是将电机直接装在为Z0，ITI。棒体内，操作和携带较方便，但造价昂贵，推广应用式(1)表明电磁吸力F与气隙长度的平方成反受到限制，多用于大型混凝土工程。为了克服传统插比，与电流，的平方成正比，随着气隙长度的减小，入式振动棒的缺点，设计了一种新型混凝土电磁振电磁吸力增大。为使铁芯能够产生足够的电磁吸力动棒。吸引衔铁，可采用多磁极铁芯，各磁极上的线圈以异极性串联，其对衔铁的电磁吸力可认为是若干个完l电磁振动原理全相同的磁极对衔铁的电磁吸力。电磁振动结构利用电磁铁产生振动，把电能转2电磁振动棒的结构及动力学分析换为机械能，主要由线圈和铁芯组成，铁芯包括静铁芯、衔铁(动铁芯)两部分，

3、为了实现衔铁的自动返2．1电磁振动棒的结构回，还装有供铁芯返回的弹簧。其原理如图1所示。电磁振动棒结构如图2所示。图2中，序号1为电磁铁通电后产生的电磁吸力F：多磁极铁芯，序号2为线圈，序号3为返回弹簧，左、右衔铁架4、5通过焊接和衔铁6连接在一起，左、右支架7、8通过螺钉固定连接在铁芯1上，配重块9固定在衔铁架上。铁芯材料选用电工纯铁，含铁量在99．5％以上，导磁性好，具有良好的冷、热加工性能。由于铁芯结构复杂，通常采用铸造方法制造。线圈选用高强度缩衔铁醛漆包圆铜线，用502胶胶结在铁芯内。衔铁的材料图1电磁振动原理图也选用电工纯铁。基金项目：中国矿业大学科学研究基金资助项目(2

4、06B008)作者简介：蒋萍(1986一)，女，江苏大丰人，在读硕士，研究方向：机电一体化。一27—学兔兔www.xuetutu.com1．铁芯2．线圈3．弹簧4．左衔铁架5．右衔铁架6．衔铁7左支架8．右支架9．配重块图2电磁振动棒结构电源选用脉冲电源，当线圈通电时，电磁吸力大力学模型得到进一步的简化，如图4所示。T●●●●t于弹簧力，衔铁克服弹簧的弹力被铁芯吸合；当线圈0断电(电流为零)时，弹簧将衔铁反弹回去。铁芯对衔铁的吸引以及衔铁的反弹所产生的振动均会传到外壳上。这样，在脉冲电流作用下，整个棒体就产生了较大的振动。设计电磁振动棒时，衔铁和铁芯倾斜一图4简化模型定的角度，衔铁

5、的右端较其左端远离铁芯，这样棒体头部的振动幅度大于尾部，能够有效地捣实混凝土，对简化模型进行分析：线圈通电时(，≠0)，衔铁而且振动棒一端位移比另一端位移大，有自动进入，n的受力分析如图5所示。衔铁和铁芯倾斜一定的混凝土的作用，具有较好的适应性。m●0+2．2振动棒的动力学分析根据图2所示的电磁振动棒结构，建立其系统I动力学模型，如图3所示。图3中，为衔铁、两个图5，≠0时衔铁受力分析衔铁架以及配重块质量的总和，m为外壳、铁芯以及两个支架的质量的总和，k，k分别为左、右弹簧的角度，衔铁的右端较其左端远离铁芯，因此左弹簧的刚度，c是由电磁振动棒运动时的表面干摩擦阻尼压缩量△略大于右弹

6、簧的压缩量△。依牛顿第二转换得到的等效阻尼系数，k，C分别为混凝土的刚度定律，此时，衔铁m的运动方程为：和阻尼系数，F为铁芯对衔铁的电磁吸力，y)是由混m1·+1+2)·X4-C~"=F-kl·△l—k2·△2(2)凝土内部结构引起的电磁振动棒外壳的位移，为运O—动体系的坐标。左、右弹簧受力：=1·+△)，Fk=2-+△2)摩擦阻力：=c·初始条件：(0)：0，(0)=0。当线圈断电，线圈中电流为零时(，-0)，铁芯对衔铁的电磁吸力为零，弹簧将衔铁反弹回去，衔铁m的受力分析见图6。此时，衔铁m的运动方程为：图3电磁振动棒动力学模型0铁芯对衔铁的吸引以及衔铁的反弹所产生的振动均会传到

7、外壳上，所以在工程实际中，为了设计的方便，在进行振动棒动力学分析时，假设振动棒处于空载状态，只考虑在脉冲电流作用下衔铁的运动，动图6I=0时衔铁受力分析一28一学兔兔www.xuetutu.comml~+l+后2)·一Ce~=一kl·Al—k2·A2(3)0110初始条件：(0)=Z。，(0)=0。动力学分析为电磁振动棒的Matlab／Simulink仿J真提供了理论依据。一3电磁振动棒的Matlab／Simulink仿真研究时间r／s根据运动方程，运用MaⅡaJ)数