振动给料机料斗动力特性分析与参数优化设计研究

摘要

随着工业技术的迅速发展，振动给料斗作为新型破拱给料设备——活化给料机的核心，由于其具有结构简单、安装操作容易、运行可靠、给料连续均匀、破拱能力强等优点，在煤炭、化工、冶金等行业中得到了广泛的应用。但活化给料机运行过程中自身零部件结构设计是否合理对给料性能有很大的影响，因此对其动力学建模分析与参数优化研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
　　本论文在借鉴相关给料机设计的基础上设计了一套全新的振动给料系统。经过全新设计后在往皮带传送机上装卸物料时消除了物料飞溅的现象，显著提高了大型物料堆场的输送效率，具有实际的应用价值。所取得的研究成果在国内外的煤炭行业中加以推广应用，必将会带来直接的经济效益和社会效益。本文以平面范畴内运动的惯性平旋型椭圆活化给料机系统为例，着重研究了给料系统中振动给料斗的动力学建模、动力学计算分析以及优化设计等问题。
　　本文首先建立了活化给料机系统的动力学模型，将其简化为弹簧—质量系统，在深入研究活化给料机工作原理的基础上，从理论上去展开活化给料机系统的动力学特性的研究工作，包括建立其系统的振动方程以及相关理论数据的计算。
　　其次，在相关理论数据计算的基础上，基于三维建模软件Pro/E进行活化给料机的三维建模工作，再借助于有限元分析软件ANSYS研究活化给料机系统复杂的动力学特性，掌握其固有特性及动力学响应。
　　然后，在物料的运动过程中建立活化给料机的动力学模型，建立物料运动过程中振动系统的动力学方程，研究其动力学特性以及在给料过程中影响给料性能的参数，供后续章节的参数优化分析使用。
　　最后，基于仿真优化软件MATLAB对活化给料机进行相应的参数优化设计，对原有的设计参数进行相应的改善并得出组合最合理的设计参数，使其给料性能更加完善。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 本文研究的背景和意义

1．3 国内外研究概况

1．3．1 国内研究概况

1．3．2 国外研究概况

1．4 振动给料斗的发展趋势

1．5 振动给料斗研究的热点问题

1．5．1 关于物料结合状态的研究

1．5．2 关于系统动力学与运动学的研究

1．5．3 关于给料控制自动化的研究

1．5．4 关于振动系统隔振效果的研究

1．5．5 关于反共振原理的研究

1．5．6 关于自同步理论的研究

1．5．7 关于噪声的分析与控制的研究

1．6 课题研究之特点

1．7 本课题主要研究内容

第2章 振动给料斗工作原理及建模

2．1 引言

2．2 振动给料斗的基本结构

2．3 振动给料斗的主要特点

2．4 振动给料斗破拱给料作用

2．4．1 散体物料的基本特性

2．4．2 散体物料搭拱原因

2．4．3 消除散体物料搭拱主要方法

2．4．4 振动给料斗的给料、破拱、助流原理

2．5 振动给料斗的工作原理及状态

2．5．1 工作原理

2．5．2 工作状态

2．6 振动给料斗主要技术参数

2．7 振动给料斗分类

2．8 振动给料斗三维建模

2．8．1 Pro／Engineer概述

2．8．2 振动给料斗三维建模

第3章 振动给料斗运动分析及参数计算

3．1 引言

3．2 振动给料斗的基本运动形式

3．3 惯性平旋型振动给料斗椭圆运动轨迹

3．4 振动给料斗运动的基础理论

3．4．1 斗体内物料滑行运动理论

3．4．2 斗体内物料抛掷运动理论

3．5 机械强度指数K

3．6 振动给料斗散体物料输送速度V

3．7 振动给料斗给料量Q

3．7．1 按振动给料斗活化锥足隙计算给料量Q

3．7．2 按振动给料斗排料口计算给料量Q

3．8 振动给料斗运动参数计算

3．9 振动给料斗动力学参数计算

3．9．1 振动给料斗动力学理论

3．9．2 振动给料斗动力学参数计算

3．10 论文相关数据计算

第4章 振动给料斗动力特性分析

4．1 引言

4．2 ANSYS软件概述

4．3 ANSYS动力学分析理论

4．4 振动给料机模态分析

4．4．1 旋转轴模态分析

4．4．2 振动给料斗斗体模态分析

4．5 振动给料斗谐响应分析

4．6 本章小结

第5章 基于MATLAB的振动给料斗参数优化

5．1 引言

5．2 机械优化设计及MATLAB简介

5．2．1 机械优化设计

5．2．2 MATLAB简介

5．3 优化设计数学理论

5．4 优化设计方法

5．4．1 一维搜索方法

5．4．2 多维搜索无约束优化方法

5．4．3 多维搜索约束优化方法

5．4．4 多目标和离散变量优化方法

5．5 惯性椭圆振动给料斗的参数优化设计

5．5．1 惯性椭圆振动给料斗多目标优化方法的优化设计

5．5．2 惯性椭圆振动给料斗单目标优化方法的优化设计

5．5．3 单一参数对散体物料输送的平均速度的影响

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢