蛋品运输多维隔振装置阻尼设计

　　引言

　　鸡蛋运输过程中机动车辆的低频振动极易引起上下振动,使部分鸡蛋破裂或产生微小裂缝,影响鸡蛋保存期[1],种蛋在运输过程中过分颠簸除破损外,还会造成蛋内系带断裂,影响胚胎正常发育。但蛋运输目前缺少实用的运输隔振装置,有必要进行研究。本文主要研究蛋品运输多维隔振装置的阻尼。

　　 1 多维隔振装置

　　多维隔振装置由2个Stewart机构和上、下平台组成[2~3],如图1所示。图中有轮子,以便于实验,实际使用时,没有轮子。

　　Stewart机构支腿的两端均以球副与动、静平台相连,支腿中部有移动副[4~5]。Stewart机构具有六个自由度,故多维隔振装置也具有六个自由度[6~7],上平台可相对于下平台作不同方向的移动和转动,实现多维隔振。

　　移动副为气缸,气缸活塞位移时拉伸或压缩安装于支腿上的弹簧。调节气缸进出气口的大小,可改变气体对活塞运动的阻力,产生不同的阻尼。

　　2 多维隔振装置阻尼

　　2.1 问题提出

　　图2是单自由度隔振系统典型的幅频特性图[8],图中纵坐标S/Z是传递系数(振幅之比),横坐标rs是频率比。

　　由图2可看出,在隔振区内,阻尼比F越小,隔振效果越好,阻尼比F大,隔振效果差。确定蛋品运输多维隔振装置采用小阻尼比,即F<012。然而,进一步研究发现这样选取阻尼比并不合理,因为振动过程包括瞬态振动(或称过渡过程)和稳态振动,图2反映的是正弦激励稳态振动时的幅频关系,而对于蛋品运输多维隔振装置来说,上平台最大的振动是在过渡过程内出现的,瞬态振动对于蛋品运输安全性具有最大的影响。减小瞬态振动上平台振动幅度,并使振动较快衰减才是设计的首要目标,减小稳态振动过程上平台的振动,是次要目标。从上述分析推断:参照机械自动控制工程中/二阶系统瞬态响应性能指标[9]0理论决定阻尼比的值比较合理。

　　2.2 响应性能指标与最佳阻尼比

　　质量、弹簧、阻尼组成的振动系统是典型的二阶系统。系统的动态品质主要体现在有输入量后瞬态响应振荡的强弱和振荡幅度衰减的快慢两方面。瞬态响应振荡幅度小,振荡幅度衰减速度快的系统,其动态品质就好;反之,振荡幅度大、振荡幅度衰减速度慢的系统,其动态品质就差。描述系统动态品质优劣的瞬态响应性能指标有:上升时间tr、峰值时间tp、最大超调量Mp、调整时间ts和振荡次数,如图3所示。图3输入信号为单位阶跃信号。单位阶跃响应对考察系统品质来说是比较苛刻的一种响应,如果系统对单位阶跃输入信号的响应特性能满足设计要求,它对其他输入信号的响应特性一般也能满足设计要求。建立在欠阻尼二阶系统单位阶跃响应基础之上的瞬态响应指标不仅是评价二阶系统本身动态品质的依据,而且经常被当作近似指标来估计和评价高阶系统的动态品质[6]。