双质体振动给料机动态设计研究-第五节
1.6.2 振动给料机运动学的研究
（1）国外研究现状
1985 年，日本金泽大学 Okabe,S.等研究了非简谐运动轨迹的振动给料机的物料输送速度。认为其速度曲线可以近似为六条直线和五个失真因数定义的波形，并计算了各种条件下的物料输送速度，分析了最佳波形。用实验证明理论计算结果比普通给料机的物料输送速度大。
1992年，Barnes, R.N.给出了共振式振动给料机的概念并描述了小型给料机的设计和控制方法。为了测定振动幅值、频率和相位对物料速度的影响关系，作者还做了一些试验，并分析了动力学和物料速度间的关系，给出了闭环控制下的振幅对物料速度的影响关系。
1993年，新加坡南洋理工大学Lim,G.H.用C++语言编写了仿真振动给料机动态行为的程序，分析了振幅、振动方向角、摩擦系数和工作频率对物料输送速度的影响，绘制了物料位置图。
2001年，美国圣何塞大学Winncy Y. Du.研究了振动给料机部件的运动轨迹，其运动轨迹曲线可以预测该部件出现的位置。
2008 年，美国西北大学 Umbanhowar, Paul等.研究了利用静摩擦和动摩擦输送物料的振动装置，给出了表面振动的最大传输速度，还介绍了实验的实施和控制算法实现理想的振动，绘制了水平和竖直方向物料滑行曲线。
（2）国内研究现状
1983年，北京起重运输机械研究所杨冬平对无滑动振动输送机、给料机的输送速度取最大值的条件进行了研究，研究结果显示了输送速度取最大值时，K、 、 三者之间的关系，在 K、 给定时求出的 值, 即为最佳激振角 （ 为激振角， 为槽底与水平方向夹角，K为机械指数）。
1993年，辽宁工业大学何勍以最大理论平均速度为目标，对小倾角椭圆振动输送机物料在抛掷运动状态下的最佳椭圆度及椭圆长轴与料槽最佳夹角进行了理论研究。通过数值分析，给出了最佳椭圆度和给料槽体最佳夹角与振动强度之间的关系曲线。
1999年，辽宁工业大学张艳冬分析了振动输送机理想振动形式—变幅双简谐振动在工程应用中的实际可行性，提出振动系统的设计实现方法, 为振动输送机的设计提供了设计基础。
2001年，东北大学闻邦椿在《振动机械的理论与动态设计方法》一书中，论述了物料在直线运动、圆运动和椭圆运动振动机械工作面上的滑行运动理论和抛掷运动理论，并研究了物料作滑行运动和抛掷运动时结合质量与当量阻尼的计算原理。同年，中国科学院工程热物理研究所刘安源等人利用离散元方法对颗粒在振动给料机中的运动过程进行了数值研究，通过对颗粒群在给料机中的宏观运动规律以及某些具有代表性的固体颗粒运动轨迹的跟踪研究，得到了振动给料机中颗粒运动随振动参数变化的一些重要结论。
2005年，燕山大学邵晓荣针对振动输送机的实际工况，研究了自同步振动给料机的工作特性，建立了物料振动位移的数学模型，并进行了运动学分析，确定了振动给料机最佳槽体倾角和最佳振动方向角。
2006年，沈阳理工大学于辉通过对双质体振动给料机的实验，测得空载与负载振幅的变化，代入振幅关于物料质量及物料阻尼在空载处展开的泰勒级数中，求得物料结合系数，将物料结合系数绘制成关于抛掷指数的变化曲线。
2007年，中国矿业大学周洲对作抛掷运动的惯性振动给料机运动学进行了分析，并利用MATLAB 软件对速度的目标函数进行优化设计，给出了惯性振动给料机速度最大的最佳设计参数。
2010 年，北京科技大学张连万等运用有限元分析软件 ANSYS 建立了合理的大型径向等厚振动给料机的有限元模型，对其进行模态分析，得出了前 15 阶固有频率及相应振型。在此基础上，对振动给料机进行了谐响应分析，得出了稳态工作时给料机的应力分布情况，并分析了应力集中的原因，为振动给料机的大型化设计和动态特性研究提供了参考。
2011 年，湘潭大学李国亮等应用离散元软件 PFC2D 对水平振动给料机物料运动规律进行了数值模拟研究，得出了物料颗粒整体及局部的运动规律，并在此基础上对振动参数下振动给料机的输出功率以及物料受力大小进行了研究，得出采用合适的振动参数可以获得均匀稳定的物料输出。
1.6.3 振动给料机动力学的研究
（1）国外研究现状
1993 年，日本 Koizumi, Kunio 等论述了充分考虑动载荷的线性振动给料机的特性和该振动给料机系统的设计程序。
1997 年，新加坡南洋理工大学 Lim,G.H.对一种作简谐运动的振动给料机进行了动力学分析，研究了物料的滑行运动和抛掷运动两种状态，建立了当物料运动形式不同时的运动学方程，证明摩擦系数和安装倾角对物料输送速度有着明显的影响。同年，日本 Ye, Jianrui 等分析了一个三自由度的非线性近共振振动系统。根据共振类型，将其分为两种振动形式，一种是单一的模态，另外一种是多种模态的叠加，讨论了两种振动的特征。
1998 年，美国 Raski, Jerry Z.研究了同步振动给料机的混沌行为。分析表明，当给料机振幅和物料与工作面间的摩擦系数足够大时，物料的输送速度相同，当工作面倾角足够大，摩擦系数足够小时，物料会出现反向滑行，甚至相对静止。
1999 年，印度 Pramanik,S.用弹簧力和阻尼力的矢量法计算了传给地基的动载荷，通过实验证明了主振弹簧刚度和隔振弹簧刚度比值影响着动载荷。
（2）国内研究现状
1990年，云南锡业公司研究所王炜对双质体惯性式振动给料机激振器对振幅的影响进行了讨论。
1993年，沈阳建筑工程学院时立臣介绍了线性双质体惯性振动输送机振动方程的建立和解法，介绍一种简易的调整方法来调整振动输送机的谐值和振幅，不要使用测振仪和示波器就能把机器调至最佳工作状态。
1995年，济南铸造锻压研究所吕富强从变质量动力学及非线性振动的观点出发，分析了双质体共振式给料机由于物料跳动带来的变质量动力学问题，给出了一次近似解迭代公式及物料输送速度、功率消耗的计算公式。1996年，东北大学刘树英对大倾角振动输送机的振动系统进行分析，建立了考虑物料区间惯性力、冲击力及区间摩擦力影响的大倾角振动输送机的非线性振动方程，并用等效线性化法求出了该非线性振动方程的一次近似解及物料的结合系数与阻尼系数。
1999年，吉林工业大学张义民
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应用随机摄动方法对受有动态随机载荷的含有
随机参数的不确定振动机械系统的响应进行了研究，获得了较理想的数值分析结果，
较好地解决了非线性随机振动机械的动态特性分析问题。
2001年，东北大学闻邦椿等对双质体、亚（近）共振振动机进行了动力学分析及有关推导，给出了质体的相对振幅的计算公式，上质体及下质体的绝对振幅的计算式。
2006年，东北大学刘杰教授在考虑物料质量均值的不固定性和物料质量的随机波动性的条件下，研究了反共振振动机工作体和下质体在随机参数条件下的动力响应特性，分析了系统参数与反共振振动机械随机响应之间的关系，研究得出了下质体不同参数组合与系统的随机响应之间的关系，揭示了物料质量均值的波动对工作体和下质体振幅的稳定性影响较大，需对激振频率进行控制。
2010年，哈尔滨工业大学张桂莲对动力学在振动给料机中的应用进行了研究，建立了振动给料机在既有粘性阻尼又有摩擦阻尼情况下受简谐激励振动时的力学模型，应用 MATLAB 语言实现了振幅、相位的参数计算，并绘制出了不同粘性阻尼和摩擦阻尼时幅频特性曲线和相频特性曲线。
1.6.4 振动给料机结构动态设计研究
（1）国外研究现状
国外对振动给料机的结构动态设计的研究成果公开发表比较少。
2006 年，韩国 Fox 等最先开始对结构动态设计问题进行研究，不仅研究了小型简单结构的谐波振动，对大型杂结构的动态载荷优化也进行研究。
2007 年，加拿大 Han, Y.等分析了一个振动给料机的由随机紊乱激发振动的子结构。建立了该结构的梁单元参数化模型，该模型可以用来解决相应的振动问题。同时建立了该振动给料机的梁单元有限元模型，施加了通过振动实验获得的激振力，计算出了给料机的共振幅值、速度和应力，验证了结构的合理性。
（2）国内研究现状
1992 年，天津大学徐燕申系统地阐述了机械动态设计的建模方法和理论包括有限元法中的动力学建模方法、试验模态分析建模方法、基于有限元法和试验模态分析的混合建模技术、结构动力修改预测和动态优化设计方法。
1997 年，广东工业大学陈新等进一步系统地阐述了机械动态设计的理论和方法，并结合结构设计实例分析其应用。近年来国内的许多学者对机械动态设计的研究给予了高度重视，并相继把动态设计理论与方法应用到产品的设计过程中。
2001 年，闻邦椿详细地叙述了振动机械的工作理论与动态设计方法，明确了振动给料机的动态设计的基本内容及方法。同年，马钢股份公司彩涂板厂朱智介绍了惯性振动给料机动态设计的相关内容及其一般步骤与方法。
2008 年，中国矿业大学周洲对徐州五洋科技有限公司的双质体振动给料机进行了初步的动态设计的研究。主要对推力板、主振弹簧和管梁等关键元件进行了结构动力学有限元分析，但并没有对整个部件进行结构动力学有限元分析。
2009 年，中国矿业大学黄桂对徐州五洋科技有限公司的双质体振动给料机进行了动态设计的研究。论述了有限元分析的目的、有限元分析的基本概念和基本理论，对整个部件进行了约束模态分析和谐响应分析。
1.6.5 虚拟设计研究
（1）国外研究现状
20 世纪 60 年代开始，美国的计算机学术界就出现了虚拟技术研究的萌芽。1959
年克里斯托弗（Christopher Strachey）发表了一篇学术报告，名为《大型高速计算机中的时间共享》（Time Sharing in Large Fast Computers），他在文中提出了虚拟化的基本概念，这篇文章也被认为是虚拟化技术的最早论述。
美国福特公司在CAD/CAE/CAM/PDM的基础上，运用虚拟产品开发技术，开展包括装配过程仿真、产品性能仿真、虚拟客户化设计等一系列工作，使产品的设计周期缩短50%，设计费用减少了4000万美元，制造费用节省了10亿美元。
1997年，美国航空航天局（NASA）的喷气推进实验室（JPL）由于采用了虚拟样机技术，实现了火星探测器“探路号”在火星上的软着陆。在探测器发射以前，JPL的工程师们运用虚拟样机技术预测到由于制动火箭与火星风的相互作用，探测器很可能在着陆时滚翻并最后6轮朝上。他们针对这个问题修改了技术方案，保证了火星登陆计划的成功。
美国通用汽车公司（General Motors）的电力机车分部（Electro-Motive Division）与UGS公司合作，采用虚拟产品开发策略开发新型电力机车。产品设计使用三维实体建模，设计人员为用户提供三维数字化机车模型，根据用户具体需要进行修改，并将修改传达给工程设计部门，进而传递到生产车间。产品开发完全实现数字化，免除了传统方式需要制造物理模型的时间和物质的耗费，在计算机中进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程，使设计绘图工作比以往减少了一半，将产品开发周期大大缩短。
美国DENEB公司推出的数控加工过程仿真软件（VNC）采用VDT提供了一个真正的三维环境来模拟机床、数控控制器进行加工，完成整个工艺过程。操作人员可以象操作实际机床一样虚拟设备进行操作，评价参数与刀具的配置、预测功率、检查干涉与碰撞。
1994年，美国克莱斯勒公司开始对汽车车体进行了无纸化设计，1998年汽车发动机也实现了无纸数字化设计。产品开发周期从36个月缩短到24个月，其中实施VDT的应用对象除通常的零部件产品外，也包括生产过程、使用工具及客户服务等。产品的开发主要是进行全数字化产品设计，并能进行全数字化制造、力学分析、装配、设计修改和风洞试验。
在学术界，美国UIUC联合数十所大学和公司成立虚拟机床研究院，研究加工制造中的工艺和设备的仿真；马里兰大学开展制造模型和成本模型的研究，用来在设计阶段进行制造性能的评价和分析；另外在加拿大的Waterloo大学和德国Darmstatt技术大学的Fraunhofer计算机图形研究所，均开展不同方面的虚拟设计和制造的研究。
（2）国内研究现状
在中国虚拟设计技术最早应用于军事、航空领域，如飞行器动力学设计、武器制造、导弹动力学分析。随着计算机技术的发展，虚拟样机技术已经广泛地应用到了机械工程、汽车制造、航空航天、军事国防等各个领域，在很多具体机械产品的设计制造中发挥了作用。国家自然科学基金和国家高科技研究发展计划（863计划）等也列有专门的课题进行研究，西北工业大学CAD/CAM研究中心、清华大学自动化系、上海交通大学图像处理及模式识别研究所、华东船舶工业学院计算机系、长沙国防科技大学计算机研究所、安徽大学电子工程与信息科学系等单位对虚拟设计技术进行了一些工作和尝试，但与国外相比，在研究的系统性、集成性和综合性方面存在一定差距。
2000年，清华大学自动化系张林鍹等将装配仿真作为DFA的重要手段，通过装配过程可视化与干涉检查工具，在产品设计阶段进行数字化预装配，验证与改进产品的装配工艺，并在商用CAD软件Pro/E的基础上用C与Pro/Develop进行了系统实现。
2000年，广东工业大学郑德涛等进行了组合夹具装配虚拟设计，介绍了一个基于PC的组合夹具虚拟装配设计系统（VDMFS）的开发过程，并分析探讨了该方法的不足及研究开发的方向。
2000年，武汉理工大学盛步云等进行了磁力轴承系统的虚拟设计，提出了磁力轴承系统的虚拟设计模型，对磁力轴承的机械结构和控制系统进行了虚拟设计，建立了面向设计、制造和市场的统一数据模型。
2002年，中纺机剑杆织机公司的汪新月对新龙织机送经减速箱进行了了虚拟设计研究。介绍了运用SolidWorks2001软件进行虚拟设计的过程，着重论述了造型建模、装配、生产工程图；太原重型机械学院的杜诗文、宋建军采用虚拟设计技术阐述了三维设计软件UG在生成汽车的各部件中的应用，实现了UG环境下三维汽车模型虚拟装配过程。
2003年，江苏大学王志华等进行了基于ADAMS的联合收割机振动筛虚拟设计的研究，提出了一种对联合收割机振动筛进行虚拟设计的方法。在ADAMS中建立了振动筛的模型，并进行了动态仿真分析，考察了筛面加速度的变化规律，得出了机构的关键参数，并结合Fortran语言编程完成了筛上脱出物的运动分析，优选了机构的工作参数。
2007年，石河子大学李成松等发表了番茄籽皮分离机的虚拟设计，根据整个分离机的工作状况和分离质量的要求，运用Pro/E技术设计制作出番茄籽皮分离机的虚拟样机，实验结果表明，利用Pro/E技术可明显缩短该机的设计周期。
2007年，东北林业大学的魏占国、刘晋浩进行了基于SolidWorks的伐根清理机器人虚拟设计与运动仿真，综合运用SolidWorks的参数化、变量化建模技术以及自上向下的设计思路，完成伐根清理机器人及其行走底盘的虚拟建模、运动仿真和参数优化，有利于缩短产品的开发周期和减少开发费用。
2008年，山东理工大学张道林等利用UG软件设计了玉米收获机中立轴式甩刀茎秆切碎装置三维实体模型，并利用多体动力学仿真软件MSC.ADAMS构建了三维运动仿真模型，实现了在MSC.ADAMS环境下甩刀切割玉米茎秆仿真分析和甩刀运动仿真分析。
2009年，江西理工大学郭年琴等进行了新型低矮式破碎机的虚拟设计与运动仿真，以SolidWorks软件为设计平台，对低矮式破碎机进行了虚拟建模、虚拟装配和虚拟运动仿真，得出了动颚的运动轨迹以及速度、加速度曲线，仿真结果显示该机型破碎机具有良好的运动特性。
2009年，安徽理工大学关维娟等进行了带式输送机滚筒的虚拟设计，在SolidWorks软件环境下利用Visual Basic编程实现滚筒的三维参数化建模，对滚筒结构进行有限元应力、应变分析，实现从滚筒结构设计到样机制作和分析的全过程，大幅提高了滚筒设计水平和效率。
2010年，南京化工职业技术学院钱丹浩基于参数化技术进行了齿轮油泵虚拟设计系统研究，综合三维CAD绘图软件SolidWorks与编程软件Visual Basic开发齿轮油泵的虚拟设计系统，分析齿轮油泵虚拟设计系统中所涉及的产品模块化、标准件库、尺寸分析等关键技术，开发出了具体的齿轮油泵参数化虚拟设计系统，具有较强的工程实用性。
2010年，石河子大学赵永满等对垂直换向悬挂翻转五铧犁进行了虚拟设计，在计算机上可以对整个铧式犁的实际装配和零部件之间的协调性有初步的掌握和认识，对相关零部件的工作受力可以进行仿真，在生产制造前就能发现可能存在的缺陷和问题。
本章 1.6.2 振动给料机运动学的研究1.6.3 振动给料机动力学的研究1.6.4 结构动态设计研究1.6.5 虚拟设计研究完
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