同步振动系统机电耦合特性及系统稳定性分析

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摘要:多锤联动过程中经常运用控制同步方式,并建立同步振动系统,本文对此进行了介绍,通过仿真分析提出并建立锤-桩-土运行系统,并构建相应的机电耦合模型,分析系统运行的稳定性,分析机电耦合的规律性,为同步振动系统运行提供了一定的参考意义。
碟市
关键词:同步振动系统;机电耦合特性;系统稳定性
目前很多工程施工过程中均采用了联动控制方式,是对单台振动方式的重要补充,采用了机械机构连接每台振动锤,在目前很多工程施工中得到了推广,机电耦合过程中大量采用了同步振动系统,能够实现良好的机电耦合效果。
1同步振动系统的机电耦合数学模型
同步振动系统运行过程中,在桩上放置了两台桩锤,采用合理打桩的工作方式,这种工作方式能够达到良好的耦合性。在耦合系统运行过程中,可以将桩与桩锤看作为绝对刚体,土壤则是弹性体。在作业过程中,桩随着桩锤振动,土壤与运动过程中的弹性力以及阻尼力,通过数值计,为位移与桩运动速度之间的线性函数,具有明显的线性特征[1]。在振动系统整体的沉桩过程中,受到多种因素的影响,桩下沉速度在其中影响作用不大,与一个阻尼器与弹簧作用大小基本相似。在桩逐渐下移过程中,运动中的弹性力在振动平衡点附近可以表示线性力。土壤自身的黏性值较为有限,可以将阻尼力表示为随着速度正比例变动的线性力。这是同步振动系统运行过程中重要的耦合特性之一。三相异步电机是桩锤驱动过程中经常采用的重要方式之一。多变量耦合过程中属于显著的非线性系统。在沉桩时,锤、土、桩等三者之间构成了一个系统的机电耦合关系。
2同步振动系统稳定性分析
同步振动系统在机电耦合过程中具有自身
独特的耦合规律,系统振动过程中稳定性良好。
研究中选择两台转速相等的锤电机进行分析,随着振动的不断推进,电机转速在一定的范围之内逐渐升高,同时相位差值也随之逐渐收敛于零,电机转速一般最高可达1400r·min-1,此时相位差值会逐渐趋近于非零数值,转速中存在极限数值,主要是受到土壤参数的影响。在这一相位差值接近于零时,振幅在y 方向之上逐渐从较为紊乱而过度至较为稳定状态,相关的参数值也发生一定变化,扭摆角值随着逐渐降低至零,并一直稳定在零值状态。研究两电机转速方针曲线图,结合相关数值能够看出,转速也随着其他参数的变化而出现一定的变化,转速逐渐趋向于同步状态,由此相位差最终呈现出较为稳定的状态[2]。
仿真分析过程中,将两台桩锤电机设置为不同转速,一台固定为1100r·min-1,另外一台则设置为1085r·min-1、1095 r·min-1、1100r·min-1、1110 r·min-1、1115 r·min-1。分析据此得出的相位差曲线,能够得出,在转速值较为近似时,随着振动的不断进行,相位差也随着变化,直至收敛于非零角度,并且在 较小的幅度范围内波动。随着运动的不断进行,两台电机转速在差值逐渐加大的情况下,波动范围也随之逐渐加大,与零角度之间的距离也随之逐渐加大。
将两桩锤电机转速分别设置为1100 r·min-1、1125r·min-1,分析仿真结果,可知相位差值曲线属于发
散状态,此时难以实现良好的机电耦合效果。通过上文几种情况分析可知,在不同的运动条件之下,相位差值会逐渐趋向于某个固定值或者趋向于零的状态,即自同步状态。同步振动系统运行过程中,由于自同步现象的出现,使得系统运行具有良好的稳定性。这是由于系统运行时,能量耦合以及锤-桩-土之间间力综合性耦合的必然结果[3]。
为了使得系统运行达到良好的稳定性,要求两桩锤之间能够达到对称平衡关系,在几何尺寸、机械结构以及电机性能层面能够达到良好的一致性,以此使得系统运行能够达到良好的自同步效果。为此在两电机运行过程中,应当设置相等或者较为接近的转速。自同步以及稳定性状态的维持过程中,土壤参数在其中起着重要作用,整体的影响作用较为复杂,随着桩贯入程度的加深,会逐渐降低桩锤间的机电耦合效果。同步振动系统运行过程中存在着一定的相位差值,在同步控制过程中要求进行必要的转速调节,将其管理在可控范围之内,优化机电耦合流程。
3结束语
本文分析了桩锤同步振动系统的机电耦合情况,重点研究同步振动系统的稳定性,在不同参数设置的情况下进行仿真分析,从理论上证明了桩锤同步振动的理论依据,分析了该机电耦合系统运行的稳定性,在大直径桩基施工中具有较为广阔的运用前景。
两名男孩藏身车底课题:审批单位:“山东省高等学校科技计划项目”课题名称:机械振动对微网机电耦合系统稳定性的
影响(课题编号:J17KB038)。
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十三经索引同步振动系统机电耦合特性及系统稳定性分析
王凤良 郭春洁 王慧|烟台南山学院视图与投影
(上接第132页)
3结语
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参考文献
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