振动利用工程研究中八大创新

2020/11/271振动利用工程研究中的八大创新东学机械工程与自动化学院闻邦椿振动利用工程研究中的八大创新振动利用工程的研究中的八大创新1、振动利用工程的研究概况2、振动及波动的利用惯性激振器激励的振动系统的利用弹性连杆激振器激励的振动系统的利用电磁激振器激励的振动系统的利用(4)其他振动原理和波动原理的利用3、

振

械研究中的八大创新(2)发明了新机械

(4)发展了新理论

(5)研发了新技术

(8)创建了新学科（1）提出了新原理（3）建立了新模型（5）研究了新方法（7）研制了新机器4、展望1.

振动利用工程的研究概况振动利用工程学的内涵。振动利用工程的研究与应用概况。振动与波的利用技术的新成果曾多次重

或

。振动与波的利用技术多数是以非线性动力学为基础。振动利用工程的研究中的八大创新2020/11/274图1

振动与波的利用分类机械系统中振动的利用电气系统及控制系统中振动的利用波动及波能的利用电、磁、光振荡器的工业应用自然界中振动规律的利用非线性振动的利用用非线性波动的利用线性振动的利用线性波动的利用社会经济领域中振动规律的利用振动利用工程研究中的八大创新1、1

振动利用工程学的内涵2020/11/275振动混合振动压实输送给料类筛分选别类冷却干燥类成型密实类破碎粉磨类振动整形动动水水振动干燥振动成型振动密实振振振振振振振振振共振振振振振振动动动动动动动动动振重离动动动动破料给输提布排装筛筛力心选分冷冷拱斗料送升料队料分分脱脱别类却冻振动破碎振动中碎振动球磨振动碎冰振动光饰振动利用工程研究中的八大创新1、2

振动利用工程研究与应用概况（1）2020/11/276仪衡振振振振振附插振振振振振振振振振振振振振振振振振桩振振动动动动动着入动动动动动动动动动动动动动动动动动基动动清落清疏捣振振沉拔压夯摊熨铲犁装锤钻碎凿监测诊勘检测动理砂砂通固捣捣桩桩路土铺平斗耙载锻探石岩察量断探测量平清理疏通类振捣打拔类犁铲装载类钻探凿岩类测量类振动利用工程研究中的八大创新1、2

振动利用工程研究与应用概况（2）1.3振动与波动利用技术的新成果曾引发多次重或（1）理论上的创新：1）同步理论的利用3）非线性振动的利用5）波及波能的利用2）

的利用4）自激振动的利用6)

混沌的利用振动利用工程研究中的八大创新2）技术上的发明：可控整流电磁激振技术

2）惯性振捣技术振动压实技术

4）振动

技术5）振动检桩技术

6）超声挤塑技术（

奖）7）彩超(B超）

8）超声电机9）振荡器在通信中的应用

10）振荡器在计时装置中的应用11）红外监察技术

12）光导纤维技术（奖，高锟， 中文大学前校长）13）激光技术

14）医用CT与工业CT15）核磁(

奖，英国曼斯菲尔德和

劳特布尔)振动利用工程研究中的八大创新1.4非线性振动系统的利用需要研究和解决的理论问题和实际问题：光滑非线性振动的利用分段线性非线性振动的利用含滞回非线性作用力的振动的利用自激振动的利用带有冲击的非线性振动的利用非线性波动的利用频率俘获原理的利用慢变参数过程的利用分叉解的利用混沌运动的利用振动利用工程研究中的八大创新振动利用工程研究中的八大创新振动利用工程研究中的八大创新2.主要振械的种类振

械按用途分类类

型

用

途输送、给料、上料、输送给料类

布料、工件排队、破拱等机械设备名称各种仓壁振动器、电磁式、惯性式

给料机、振动料斗、电磁式、惯性式、弹性连杆式振动输送机。选分烘干类筛分、选别、烘干、冷却、脱水等电磁振动筛、惯性振动筛、

筛、旋振筛、概率筛、振动烘干机、振动离心脱水机、振动选矿机、摇床。破碎清理类粉磨、破碎、落砂、碎冰、光饰、清理、除灰振动磨、粗碎机、惯性破碎机、振动落砂机、振动装载机、风铲、凿岩机。成型紧实类成型、整形、密实、轧制等振动成型机、振动整形机、振动密实机。振捣打拔类捣固、夯实、挖堀、装载、凿岩等压路、摊铺、沉拔桩、振动压路机、振荡压路机、摊铺机、振动沉拔桩机、附着式振捣器、

式振捣器、夯土机。激振器、测示振动台、动平试验机、疲劳试验机、测振仪、振动电机。各种监测与 设备。试验测示类

激振、试验、测示等监测

类

监测、

等其

它

时效、切削、捆梆、固井各种用途的激振器等。常见的振械按动力学特性分：单轴惯性式非双轴惯性式非多轴惯性式非型振型振型振械械械惯性式近

型振械弹性连杆式近弹性连杆式近弹性连杆式近型振型振型振械械械型振

械2.1

单2.2

单2.3

单2.4

双2.5

单2.6

双2.7

多2.8

双2.9

单2.10双电磁式近惯性式非惯性式近型自同步振型自同步振械械振动利用工程研究中的八大创新2.1单单轴惯性式非型振械lOξy0ψy图2

单单轴惯性式非型振械(a)(b)z2aωω1/2m0

1/2m0r

r1/2m0r1/2m0r图

3

双双轴惯性式非型振械2.2

单双轴惯性式非型振械齿轮mxm

0

2

r

2r

1m

0

1

ω2ω1ω2ω1ω

2

=

2

ω1图4

单式非多轴惯性式振

械2.3单多轴惯性式非型振械2020/11/2717图6

非线性的曲线2.4双惯性式近型振械图5

惯性式筛2

2 11

2

12.5单弹性连杆式近

型振

械振动利用工程研究中的八大创新图7

弹性连杆式近

型振1—工作机体2—连杆弹簧3一弹性元件4一连杆5一偏心轴2020/11/27

19振动利用工程研究中的八大创新2.6双弹性连杆式近

型振

械图

8

双弹性连杆式近型振械振动利用工程研究中的八大创新2.7多弹性连杆式近

型振

械图9多弹性连杆式近型振械(r)l002.8

电磁式近型振

械振动利用工程研究中的八大创新图a）外形图图10

电磁式近型振械a）外形图；b)工作原理图2.9单惯性式非型自同步振

械振动利用工程研究中的八大创新(a)

工作原理

(b)

力学模型图11

单

惯性式非 型自同步振2.10双惯性式近

型自同步振械振动利用工程研究中的八大创新图12双惯性式近型自同步振械22mkk

k20mfω

m0mωω3.振动利用工程研究中的八大创新3.1

研究出新原理研究并提出了一种概率等厚筛分新原理.该种筛分原理既有概率筛分的优点,又有等厚筛分的优点,筛机长度较等厚筛为短,工艺效果较这两种筛机要好,我们研制的这种筛机曾在铁道部门应用,获得铁部的

.图13

概率筛分法、等厚层筛分法与概率等厚层筛分法(概率筛分法；(b)等厚层筛分法；(c)

概率等厚层筛分法(c)(a)(b)3.振动利用工程研究中的八大创新3.2

发明了新机构研究出10余种新机构。如惯性

式双

近

新机构（图14）、双激振器振动破碎机的新机构、不对称弹性力的双

非线性近新机构、新机构、平衡加振动同步传动的自同步新机构、激振器偏转式自同步非隔振振动输送的新机构（图15）。图14

惯性式概率筛图15

利用振动同步传动新原理的单和双激振器振动破碎机3.振动利用工程研究中的八大创新3.2

发明了新机构我团队研制的平衡加隔振的20-40米双

长距离振动输送机,装于五层楼上,振动对建筑物无影响,曾获冶金部科技成果奖.图16平衡加隔振的大长度振动输送机3.振动利用工程研究中的八大创新3

建立了新模型提出了10多个非线性动力学新模型，例如：惯性力项为非线性的动力学模型；不对称软式分段线性动力学模型；硬软式复合分段线性动力学模型；分段慢变的非线性的动力学模型；双参数慢变的非线性动力学模型；带间隙的滞回非线性动力学模型；带有冲击的非线性振动系统的动力学模型；振动同步传动的新模型；近

条件下振动同步的模型;（10）带有滚柱的的振动同步的模型。有多种模型是在非线性动力学研究中最先，在我们撰写的《工程非线性振动》的专著中进行了介绍。3.

振动利用工程研究中的八大创新4

发展了新理论在以下四个方面的研究中，提出了若干新的理论和方法：振动利用工程方面的研究，研究了物料运动的非线性动力学理论、单

或多

系统的硬式、软式、复合形式的非线性动力学理论等，并提出了考虑质量为分段的非线性振动系统、弹性元件为非线性的各类非线性振动系统、带滞回阻尼力的非线性系统、具有冲击和摩擦的非线性振动系统等。振动同步及振动同步传动的研究。在国际上首先提出了振动同步传动的新概念，并研究了双激振电机及多激振电机驱动的在远超

与近

状态下单

和双

的同步理论与振动同步传动的理论等，并将同步理论扩展到控制同步，研究了振动同步与控制同步 的复合同步等新理论。3.

振动利用工程研究中的八大创新4

发展了新理论产品设计理论和方法的研。究提出了具有我国特色的产品综合设计理论和方法或产品系统化的设计理论和方法，明确给出产品设计的3I调研、7D规划、1+3+X具体实施、5（C+A）检验和评估的四个设计阶段。有关科学方法论的研究。提出了现代成

方法论的体系和12对规则，用来指导集体和个人做人、做事和做学问的成功概率和效益.针对我国研制的筛分面积最大的反向回转自同步大型振动筛（图5）工艺效果差的问题，我课题组进行了深入的理论和试验研究，提出了应将激振器安装到机器的上下两端，或采用加有堕轮的强迫同步器进行强迫同步,

进而使振

能获得接近于圆形的椭圆轨迹，以提高筛机的工艺效果（图17）。3.

振动利用工程研究中的八大创新图17

对世界最大巨型振动筛(56m2)的改型设计，左图为原有的设计，若两激振器分别安装于给料端上方和排料端下方，两激振器做同向回转，可以获得接近圆形的轨迹。l0

1.4140此外，还可以采用加有堕轮的速比为1的强迫同步器进行同步，以获得近似于圆的椭圆轨迹，进而提高该筛的工艺效果。3.5

提出了新方法研究并提出了以功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计及特殊性能优为

内容的1+3+X的综合设计方法，同时提出了以非线性动力学为基础的

次动态设计方法，撰写和 了8部专著（图18）。图7

基于系统工程的产品综合设计理论与方法专著（共八种）3.

振动利用工程研究中的八大创新图18基于系统工程的产品综合设计理论与方法专著（共八种）3.

振动利用工程研究中的八大创新3.5

提出了新方法2010年，由作者主编并有170人参加编审的第5版6卷本《机械设计手册》问世。这一部2000万字的巨著,仅用了一年半的时间就编纂完成(图19)。该手册于2012年被中国机械工业科学技术一等奖，并于2013年被中国奖的提名奖。图19

新编的六卷本机械设计手册3.

振动利用工程研究中的八大创新3.5

提出了新方法研究并提出了以实用科学方法论的体系和规则,撰写出了八部方法论的著作:学(1)成功做事方法学(2)现代成(5)

方法(7)

实用科学方法论(2)

产品设计方法学(4)

顶层设计(6)

科技创新方法论浅析(8)

方法论导引系统参考书图20

在现代成方法论指导下撰写的几部著作3.

振动利用工程研究中的八大创新有关科学方法论的研究。提出了现代成

方法论或实用方法论的体系和12对规则，用来指导集体和个人做人、做事和做学问的成功概率和效益。指导思想要“

”全面性和系统性实践性与创新性继承性与创新性协调性与稳定性持续性与长期性动态因素1.不断学习学用结2.经常检查定期总结客观因素：1.机遇与；2.环境与协调；3.

条件与利用。因素：.思想与品德;2.知识与能力；3.健康与生命;4..毅力与战术图21

实用科学方法论的体系和规则目的内容方法要求态度\步骤1调研2规划3实施4检验1正确思想2良好质量3低成本4短工期5满足环保6良好服务1勤奋2求实3开拓4创新2020/11/27353.

振动利用工程研究中的八大创新有关科学方法论的体系和规则12对规则做事三要素:目的和要求任务和态度步骤和方法四项潜能思想和品德知识和能力健康和生命毅力和战术三个客观因素机遇和环境和协调条件和利用两个动态因素习和运用检查总结和提高3.

振动利用工程研究中的八大创新3.6

研发了新技术研究出有关振动利用与控制若干新技术：如大长度振动输送机常常会出现弹性弯曲振动，为预防出现弹性弯曲振动，我们研究一种可以减轻或消除弯曲振动新技术。再比如，在自同步振

两台激振电机实现同步运转之后，将一台激振电机的电源切断，该激振电机仍可继续实现同步运转，我们称这种运动为振动同步传动。当一台激振电机的电源切断的以后，该激振电机的功耗为零，而另外一台激振电机略微增加，因而从总电能消耗来看，可减少能源的消耗约15-30%，我们已经过试验证明了这一技术的经济性和可使用性。作者

的科研团队，还研究成功一种名为激振器偏转自同步式二次隔振大型冷烧结矿振动筛的设备。把偏转式自同步理论应用于该筛中，降低了机器的高度及质量，从而降低了制造成本，并可以获得理想的工艺效果（图9）。该设备已经在工业生产中

得到广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益，于1985年并获国家科技进步奖。3.

振动利用工程研究中的八大创新7

研制了新机器此外，研究成功研制10余种新机器，如：惯性

概率新筛机（图2），激振器偏转式大型冷矿振动筛（图9），（3）20～40米长的平衡加隔振的大长度振动输送机自同步振动放矿机，双激振器自同步振动破碎机，（6）750吨振动沉拔桩机（图11），新型振动压路机（图10），振动光饰机，振动干燥机，双

近

工作的自同步振动离心脱水机（图12)这些机器的成功应用，可为社会创造重大的经济效益和社会效益。3.

振动利用工程研究中的八大创新2222

激振器偏转式自同步振动筛4

3

2

156

7

812345678图23

用于高速公路修筑的振动压路机3.

振动利用工程研究中的八大创新图24

750吨驱动的振动桩