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大型振动筛动力学分析及动态设计.pdf 126页
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太原理工大学
博士学位论文
大型振动筛动力学分析及动态设计
姓名：李文英
申请学位级别：博士
专业：机械电子工程
指导教师：熊诗波
太原理工大学博士研究生学位论文
大型振动筛动力学分析及动态设计
诸如振动筛、振动给料机、振动成型机、捣固机、振动压路机、各
类振动台、激振器等振动机械是各工业部门或科学试验的重要设备。这
类机械是利用振动特性来满足生产中工艺过程和工作过程的要求。工作
过程中，这些复杂的承载条件与长时间的连续工作，其主要结构的零部
件始终承受着恶劣的交变载荷，设备结构的损伤是不可避免的。但是，就
目前企业对振动筛的使用情况来看，国内产品的使用寿命远低于国外的
同类产品。国外大型振动筛采用先进的设计技术和制造技术，生产出了
性能优良的大型筛分机械，其无故障运行时间在3，000h以上，大修期在
20，000h以上。而国内同类产品的相同技术指标则远低于上述指标。因此
机器设备的运行可靠性和工作寿命就成为需要解决的关键问题。对于大
型重载机械，这个问题尤其突出。如大型振动筛主要结构件的早期疲劳
断裂，就始终是困绕业界的突出问题。采用先进的研发技术，使结构满
足所承受的动态载荷以及合理的动态应力分布，是解决运行可靠性和工
作寿命的有效方法。
目前静强度加运动学分析(或简化的动力学分析)的传统设计，大
多是采用经验数据和安全系数的设计计算方法，不能准确揭示出结构内
部动态应力分布状况，因此不能保证产品结构的设计合理性，直接影响
产品的使用性能与寿命。
本文作者以大型振动筛为研究对象，利用先进的振动测试手段和动
力学分析理论，将理论建模与实验建模相结合的动态设计方法完整地应
用于大型振动机械动态设计过程。利用有限元分析技术，初步获得原型
振动筛的模态参数和模态振型，利用这些参数，对设计结构进行初步修
改，并作为物理试验模型的设计依据，同时也作为试验测点布置的主要
参考。利用振动测试技术，进行多测点实验建模，获取结构的模态参数
和模态振型；在对测试数据进行充分分析的基础上，获得振动位移场(间
接获得应力场)及其它动态特征。这些动态参数可作为理论分析模型修
奎鉴墨=!盔堂堡圭堑壅竺堂垡笙茎
正和结构动力学修改的基本依据。解决了传统静态设计方法存在的严重
本研究课题在研究振动筛的工作原理的基础上，对筛面上物料的运
动学及振动筛动力学进行了详细的分析研究。确定了原型振动筛的工艺
参数和结构参数。
通过对振动筛损坏机理的研究，确定了振动筛结构件的材料选择原
则以及适宜选作振动筛结构用材的金属材料种类。
本研究课题以30．24m2的大型振动筛作为动态设计的实例开展研究
工作，同时采用1：3的几何相似模型，进行与振动筛动力学特性的物理
模拟研究。有限元、边界元等动力学理论分析是建立在模型简化和假设
的基础之上的，因此其分析结果应用于结构设计，其设计质量和设计精
度不能完全满足研制高质量、高性能机械结构要求。而以先进振动测试
技术为手段的实验模态分析，则能够得到结构的真实模态参数和振型。
理论建模和实验建模的结合，可以充分发挥各自的优势，取长补短，以
提高机械结构设计质量和设计水平。
实验建模的实验对象可以采用结构原型也可以是几何相似模型，如
果存在以下的几种情况之一，应该考虑采用几何相似模型进行试验研究：
新设备的开发、原型设备的研制成本过高、结构尺寸过大或过小，原型
设备现场测量不可实现等。
本项研究采用有限元分析软件对振动筛原型及模型的动态特性进行
了理论分析。研究结果表明，原型与模型具有确定的动力学相似特性。
模态试验分析结果也同样使这一特性得到确认。动力学相似这一重要特
性，是我们深入研究设计大型振动筛的基本条件。
使用16通道动态测试分析仪和模态分析软件对模型振动筛进行的模
态试验表明，采用随机激励信号，只要激振力选择适当，能得到振动筛
比较完整的模态参数和模态振型，可以作为有限元模型修正和结构动力
正在加载中，请稍后...多绳摩擦提升钢丝绳横向振动故障分析及提升参数优化研究--《第十五届全国非线性振动暨第十二届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集》2015年
多绳摩擦提升钢丝绳横向振动故障分析及提升参数优化研究
【摘要】：多绳摩擦式矿井提升机提升钢丝绳由于受到天轮端横向位移激励,产生了严重的横向强迫振动,导致了相邻提升绳间的危险碰擦,极大地危害了提升钢丝绳的健康状态,并加速了断绳事故。针对此问题,建立了具有非齐次边界条件的轴向运动弦横向强迫振动模型,采用Galekin法推导出一系列常微分控制方程,并使用非接触式位移视频测量仪实现了钢丝绳横向位移在特殊条件下的测试与分析,结合对天轮横向摆动,提升载荷测试等实现了对强迫振动模型的分析验证及钢丝绳横向振动故障行为探究。通过分析得出,提升钢丝绳的严重横向振动主要发生于提升悬绳;钢丝绳横向振动的主要外界激励来源于天轮前3阶周期性摆动信号;当某一阶激励频率位于横向共振频率区间,大位移横向振动将被激发;钢丝绳共振频率区间受提升载荷影响很大。基于故障分析定量研究结果,采用类比法进行了矿井提升机提升参数(速度、载荷)的优化研究,有效杜绝了钢丝绳因横向位移过大而发生碰擦,为矿井提升重大机器设备的维护及安全生产提供了十分有力的技术支撑。
【作者单位】：
【分类号】：TD532
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400-819-9993中高速电梯曳引系统振动问题的研究--《苏州大学》2011年硕士论文
中高速电梯曳引系统振动问题的研究
【摘要】：随着城市化的快速发展和现代城市中人口不断增长,现代城市的建筑越来越多地向高层、超高层发展。作为高楼的垂直交通工具——电梯,其需求量日益增长。目前中高速的电梯得到了广泛的应用。然而,随着中高速电梯的发展,人们对于电梯乘坐舒适性的要求越来越高,影响电梯舒适性的因素很多,振动对其影响较大,随着电梯速度的增加,振动对舒适性的影响尤为突出,因此,开展影响中高速电梯振动问题的研究,探讨其形成机理以及解决方法,对减少电梯振动,提高电梯产品的质量、改善乘坐舒适性都具有很重要的意义。
本文共六章,具体研究内容如下:
第一章,绪论。首先阐述了课题的来源及研究意义,介绍了国内外电梯机械系统动态特性的研究现状,提出了本学位论文的主要研究内容。
第二章,电梯基础。介绍了有关电梯的基础知识,包括电梯的定义及结构、电梯振动来源、曳引系统、曳引力的计算及动力学模型的求解基本方法,为后续对电梯的理论研究、仿真及实验奠定好基础。
第三章,电梯运行的动力学模型。本章从系统动力学运动方程入手,通过对1:1曳引电梯系统结构特点和振动机理的分析研究,先后建立了电梯机械系统垂直方向上12个自由度的动力学模型和水平方向上8个自由度的动力学模型。在水平方向建模时,将导轨激励转化为导轨对导靴的接触力引入振动模型。
第四章,电梯运行的动力学仿真。根据所建立的垂直方向和水平方向振动模型,分别用MATLAB对其进行仿真。在垂直方向上,将不同实验组合分别仿真求出其最大振动峰峰值,并运用正交试验数据处理方法得出实验结论;在水平方向上,根据所建立的振动模型进行仿真,得出振动曲线并与实际曲线比较。
第五章,实验研究。本章首先确立曳引轮、钢丝绳、减振垫与绳头弹簧四个可变因素的研究对象,每个因素有三个水平,设计出五个正交实验方案,在运用灰色理论建立振动试验的决策模型,并对五个方案进行评价,得出最优方案,然后进行试验,最后运用正交试验数据处理方法得出结论。
第六章,总结与展望。对本论文的主要研究工作和创新点进行了总结,并对未来电梯振动的研究进行了预测。
本论文的主要创新点有:
⑴通过对电梯曳引系统的分析与振动原因的研究,构造了1:1曳引电梯的12自由度垂直振动模型和水平方向8自由度振动模型,为结构设计奠定了理论基础。
⑵利用MATLAB软件分别对曳引电梯的12自由度垂直振动模型和水平方向8自由度振动模型进行仿真,分别得到高速电梯轿厢垂直振动的最大峰峰值与水平振动的动力学模型曲线。
⑶以曳引轮、钢丝绳、减振垫与绳头弹簧四个可变因素为研究对象进行了实验研究,为解决电梯振动问题提供了理论和实践基础。
【学位授予单位】：苏州大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TU857
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