混凝土搅拌棒振子的动力特性分析

　　沈火明,高淑英,束滨

　　(西南交通大学应用力学与工程系,四川成都610031)

　　目前广泛使用的搅拌棒都是手提式的,它依靠安装在棒身内部的振动子所激发的振动来产生共振,从而达到搅拌捣实混凝土的目的。而振动子的动力来源于其中的偏心质量块,因此质量块的偏心距的大小直接影响到搅拌棒的工作效果。

　　文中以成都某工业公司提供的搅拌棒为研究对象(如图1所示),根据搅拌棒的工作原理,建立一个理想的力学模型———受集中质量作用下的自由-自由梁,探讨了由振子和管筒组成的振动机构在发生共振时,振子的偏心距、搅拌棒尺寸和激振频率之间的关系。

　　1力学模型和方程的建立

　　混凝土搅拌棒工作时有关结构的约束机理比较复杂,约束的简化方式一般不易确定。本文中只考虑搅拌棒在初步设计过程中,振子和管筒组成的振动机构的固有特性,不考虑其工作状态时的约束,将其简化为一具有集中质量的自由-自由梁,力学模型如图2所示。设集中质量位置在坐标原点,即x轴对应于搅拌棒的中性轴,y轴处于振子的中心。应用δ函数,考虑集中质量的虚加惯性力,则具有集中质量的自由-自由梁的横向振动微分方程[1]为

　　另外,由于式(6)和式(7)中8个待定常数中有2个分别与其余2个相等,故式(8)中只有6个待定常数。

　　由式(8)得其频率方程为

　　2参数计算

　　3结果分析与讨论

　　由于振动子在棒体上的位置a也将影响棒体固有频率pn,因此a也设定一个取值范围,分别求出结果。计算结果如表1、表2和表3。

　　从表1和表2的计算结果来看,振动子位置的变化对固有频率pn的影响较大,而偏心距的变化则对固有频率pn的影响较小。表3则表明,不同的振动子质量对相同的振动子位置下的固有频率pn的影响是比较小的。

　　总之,结果表明振动子位置为0.180 m,偏心距为0.034 m是最理想的设计,此时其固有频率最接近于振动子工作时的激振频率。而4种不同振动子设计尺寸下的振动子质量可根据制造工艺的要求选取。对于搅拌棒与结构之间的约束机理及处于工作状态时混凝土对搅拌棒作用的模拟还有待进一步的研究。

　　参考文献:

　　[1]　高淑英,刘菲.识别简支梁单处裂纹位置的泛函分析法[J].西南交通大学学报,1994;19(1):25-29.

　　[2]　倪振华.振动力学[M].西安:西安交通大学出版社,1989:367-370.