【正文】 驗 數(shù) 據(jù) 處 理 系 統(tǒng) 動 力 學 特 性 分 析 及 動 力 學 參 數(shù) 設(shè) 計 數(shù) 值 仿 真 機械振動篩畢業(yè)論文7本文研究的技術(shù)路線如圖 15 所示。 本課題的研究內(nèi)容及意義根據(jù)慣性往復振動機械的研究現(xiàn)狀及存在的問題，提出本文的研究內(nèi)容及意義如下：? 建立該類振動機械的多剛體力學模型及其動力學方程，同時將兩電機的狀態(tài)方程與機械系統(tǒng)的狀態(tài)方程相耦合，建立機電耦合的數(shù)學模型，通過對數(shù)學模型論文6的數(shù)值仿真及結(jié)果分析，研究阻尼對系統(tǒng)共振振幅及電機啟動電流的影響，為該類機械阻尼的設(shè)計提供工程依據(jù)。解決該類機械的結(jié)構(gòu)強度問題是發(fā)展大型振動機械、改善工作性能、提高處理能力的關(guān)鍵。工程實際中，由于該類機械的y(t)f(t)k cm機械振動篩畢業(yè)論文5系統(tǒng)阻尼較為復雜，理論上設(shè)計時可以給出合理的系統(tǒng)阻尼值，但機械實際運行時，系統(tǒng)阻尼主要由結(jié)構(gòu)阻尼，物料摩擦阻尼，空氣阻尼等組成 [20]，使得機械的實際阻尼值并不能通過計算得出。目前對慣性往復振動機械瞬態(tài)過程的研究較少，且還未見到通過對瞬態(tài)過程的分析來研究該類機械系統(tǒng)的阻尼 [2934]設(shè)計問題。(1) 系統(tǒng)的建模研究。選用拋投運動進行篩分時，可是物料翻滾，使細粒物料透篩的機會增大，從而可提高工作機的效率。如圖 1圖 12 和圖 13 所示。該類振動機械具有以下特點：(1)偏重塊對振動體具有附加質(zhì)量；(2)機械的工作頻率遠大于系統(tǒng)的自然頻率；(3)振動體的慣性力與偏重塊產(chǎn)生的離心力可以相互平衡；(4)振動體的工作振幅和頻率可以根據(jù)不同的工藝要求進行調(diào)節(jié)。該類振動機械具有以下特點：(1)交變電流的頻率決定了振動體的工作頻率，采用變頻器可調(diào)節(jié)交變電流的頻率，從而改變振動體的振動頻率。原動機帶動曲柄轉(zhuǎn)動，從而通過連桿驅(qū)動振動體做往復運動。振動體包含了振動機全部的運動部件和主要的工作部件，如篩格、輸送槽。激振器主要有曲柄連桿式、電磁式和慣性式等，激振器產(chǎn)生的激振力使振動體按一定的振幅、頻率和軌跡運動。振動體的慣性力通過曲柄連桿機構(gòu)傳遞給基礎(chǔ)，為了減小傳遞給基礎(chǔ)的動力，通常需要增加一偏重來平衡該動力。(2)銜鐵與鐵心之間的間隙不能太大，所以就限制了振動體的振幅。慣性式振動機械按振動體的運動軌跡可分為慣性回轉(zhuǎn)式和慣性往復式兩種。圖 11 振動清理篩論文2圖 12 清粉機圖 13 去石機 慣性往復振動機械的研究現(xiàn)狀目前對慣性往復振動機械的研究主要集中在對該類機械的工藝參數(shù)，機構(gòu)動力學和結(jié)構(gòu)動力學等方面的研究。物料運動狀態(tài)的選擇，主要應(yīng)根據(jù)物料的性質(zhì)（如易碎性、粘性、含水量和摩擦系數(shù)等） 、工作面的特性等，同時考慮有較高的產(chǎn)量與工作效率 [10,11]。早期在該領(lǐng)域的研究一般是建立該類機械的集中質(zhì)量模型，如圖 14 所示。(2) 系統(tǒng)支承剛度的設(shè)計。目前工程中在設(shè)計該參數(shù)時仍然采用經(jīng)驗值。1975 年，韓二中教授首先用結(jié)構(gòu)力學的方法對振動篩進行強度分析 [41]，由于當時計算條件的限制，只對橫梁做了等效靜強度計算。? 自制一實驗樣機，實測實驗樣機分別采用螺旋彈簧和橡膠彈簧支承時系統(tǒng)的阻尼率，討論彈性支承對系統(tǒng)阻尼的影響。首先建立了該類機械的多剛體力學模型及動力學方程，進一步分析，考慮到兩驅(qū)動電機的狀態(tài)方程，建立了機電耦合的數(shù)學模型。工程實際中各類慣性往復振動機械的結(jié)構(gòu)形式有所差別，但其工作原理基本一致。初始狀態(tài)時，與慣性參考基重合。振動體的姿態(tài)可用卡爾丹（Cardano ， J.）角來確定 [48,49]。所以可得： ()??12212TAA??而振動體的角速度 沿基 三個轉(zhuǎn)動軸分解后，在連體基 中可表示為：??1,Ce??1,Ce ()??56644565656cossin0cossinicoico1xyzqqqq?? ?????? ?????????? ?? ??? ?為了后面運算的方便，先求出旋轉(zhuǎn)變換矩陣 的一階及二階導數(shù)。通過上面的公式，便可以求出 的二??TijjiA????jij?? 21A階導數(shù)。一般地，彈簧力和阻尼力可表示為相對位置和速度的已知函數(shù)，由電機產(chǎn)生的驅(qū)動力為時間的已知函數(shù)。論文14由各參考基之間的相互關(guān)系，最終可求得偏重塊 1 質(zhì)心的矢徑為： ()??31312cccAr????為激振器 1 的質(zhì)心 C3 到振動體質(zhì)心 C 的矢徑， 為偏重塊 1 質(zhì)心 C1 到激振器 13c? 13c的質(zhì)心 C3 的矢徑， 為振動體質(zhì)心在慣性參考基 中的矢徑。 ()12ckcmrF?????在參考基 中，振動體對質(zhì)心的慣量張量 為：??2,Ce cJ ()(0)0ccJ???????由于 ，應(yīng)用式()及式() 可得：??0???()?? ?????45645656045645656sincosincossin0icocoscoi0qqqq??????? ?? ?? ?? ?????將式()、 () 、()、()代入式()，可得： ()?????????02121211212kiciPPzMAFMAFMT?????????偏重塊 1 的重力在基 中的坐標列陣為：0,Ce ()??10TGmg???論文18將 投影到基 ，可得：1G???2,Ce ()??2110cosiniTxyzGAG????????????? ?對轉(zhuǎn)軸 O1C3 的力矩為：1G? ()??177sincosoyxMGeq??同理可得偏重塊 2 的重力對轉(zhuǎn)軸 O2C4 的力矩為： ()??88sicsoyxeG反力對轉(zhuǎn)軸 O1CO 2C4 的矩為： ??17171sin(2,:)cos(,:)oMFeqeqF???? () ()28282i,:,:由式() 、 ()、()、()、()、()可得系統(tǒng)的動力學方程為： ?????????????120xx12112120728222ckcki iPPzoopmrFJJAMAMFTeIqGT?????????? ?? ???? ?????()由系統(tǒng)的動力學方程可知，該機械系統(tǒng)是一個多輸入，多輸出的系統(tǒng)，其中 ，1PT即為系統(tǒng)的輸入，即原動機的輸出轉(zhuǎn)矩，而系統(tǒng)的輸出為： ， ， ，i=1~8 。當偏重塊的轉(zhuǎn)速在系統(tǒng)的固有頻率附近時，振動體會產(chǎn)生較大的瞬態(tài)振幅，把這個瞬態(tài)振幅稱為最大啟動振幅。通過對機電耦合模型的數(shù)值仿真，分析了該類機械的瞬態(tài)起動過程，研究了阻尼對共振振幅及啟動電流的影響，從而給出系統(tǒng)阻尼的合理取值范圍，為工程設(shè)計提供理論依據(jù)。電機轉(zhuǎn)子為定軸轉(zhuǎn)動，它應(yīng)遵循的動力學方程為 [59,60] ()77pmeTcqI??22amp。m2,cm = N 數(shù)值計算結(jié)果分析圖 31 為系統(tǒng)廣義坐標的數(shù)值仿真曲線。s1圖 32(c)為 100~150s 時段內(nèi) q3的功率譜，自由振動已完全衰減，振動體以 的頻率做往復振動。 達到穩(wěn)態(tài)所8qamp。將圖 34(b)與圖 35(b)進行比較可見，廣義坐標 的數(shù)值仿8time/s time/sq2/ 20 5 10 155. 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20505101520 圖 35 電機相電流、電磁轉(zhuǎn)矩仿真曲線由圖 35(b)可知 Te2 大小不是常量，而是在 和 之間波動的。通過數(shù)值仿真，研究阻尼對系統(tǒng)的共振振幅、起動時間及電機啟動電流的影響。由于該類機械支承彈簧的靜變形是按最大振幅圖 37 系統(tǒng)阻尼率大于 時廣義坐標 q3 的仿真曲線論文28設(shè)計的，因此應(yīng)將共振振幅控制在某一下限內(nèi)。當阻尼率小于 時，系統(tǒng)的啟動時間長達 9s 以上，即電動機從靜止到達穩(wěn)態(tài)的時間較長，電動機過載運行的時間也越長。 468101214161820qm/mm , im /A , ia/A qm im ζ ia 由圖 310 可見，隨著阻尼的增加，系統(tǒng)的共振振幅逐漸減小，電機的啟動電流及穩(wěn)態(tài)電流逐漸增大。當系統(tǒng)的阻尼率大于 時，電動機的啟動電流均大于額定電流的 7 倍以上，不利于電機的安全運行。若變壓器額定容量相對電動機額定功率不算大時，電動機短時較大的啟動電流，會使變壓器的輸出電壓短時下降幅度較大。 阻尼對電機啟動電流的影響系統(tǒng)的其他參數(shù)不變，阻尼值仍用上面的取值對模型進行數(shù)值仿真。表 31 系統(tǒng)阻尼的取值及所對應(yīng)的阻尼率c/(N?s/m) 85 170 254 339 509 594 679 848ζ/mm 0 5 10 15215105051015200 5 10 15215105051015200 5 10 15151050510150 5 10 15150510q3/mm time/s (a) ζ= 時廣義坐標 q3 time/sq3/mm time/s (b) ζ= 時廣義坐標 q3 time/sq3/mm time/s (c) ζ= 時廣義坐標 q3 time/s 9 4320234 0234 0234 0234q3/mm time/s (d) ζ= 時廣義坐標 q3 time/s圖 36 系統(tǒng)阻尼率小于 時廣義坐標 q3 的仿真曲線機械振動篩畢業(yè)論文27q3/mm time/s (c) ζ= 時廣義坐標 q3 time/s 9 4320234 0234 0234 02340 5 10 158642024680 5 10 151505100 5 10 15864202468q3/mm time/s (b) ζ= 時廣義坐標 q3 time/sq3/mm time/s (d) ζ= 時廣義坐標 q3 time/s0 5 10 15150510q3/mm time/s (a) ζ= 時廣義坐標 q3 time/s 阻尼對共振振幅的影響圖 36 和圖 37 為系統(tǒng)取不同阻尼時廣義坐標 q3 的數(shù)值仿真結(jié)果。T e1 和 Te2 的值代表了保持設(shè)備穩(wěn)態(tài)運行時所必須輸入的能量值。(a) 廣義加速度 q2偏重塊 1 的角速度與偏重塊 2 的角速度變化趨勢相同，方向相反。圖 33 為廣義速度 、 和 的數(shù)值仿真結(jié)果，由圖 33(a)、33(b)可見，啟動時amp。time/s time/stime/s time/s(b) 廣義速度 q3隨著離心慣性力沿振動體橫向方向分量的逐漸平衡以及系統(tǒng)阻尼的作用，最后 q1逐漸趨于零。Su 和 R 分別為電機的電壓矩陣和電阻矩陣，它們可表示為 ()1122Tabcabcuuu????? ()1122RdigR上兩式中：u au bu c uau b2和 uc2分別為電機定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的三相電壓；R1和 R2分別為電機定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻。論文20在起動過程中電機轉(zhuǎn)速和電流等參數(shù)是變化的，其電磁轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩不再是恒定變化的，即施加于慣性往復振動機械的啟動轉(zhuǎn)矩不是恒定的，且其變化規(guī)律由電機的瞬態(tài)過程和負載決定。起動過程中，系統(tǒng)不可避免地要通過共振區(qū)，振動體的最大啟動振幅可達穩(wěn)態(tài)振幅的幾倍。利用牛頓歐拉方程建立了系統(tǒng)的動力學方程，為下一章建立該類機械的機電耦合模型做準備。