大型振动筛动力学特性分析及振动控制

摘要

三质体悬臂环保振动筛是一种较为先进的筛分设备，其筛箱采用了模块化设计，即将筛箱分为筛箱箱体和筛网两个模块。这种设计，虽然能提高振动筛筛分的效率和维护的速度，却使结构更加复杂，并导致其动力学特性与以往的振动筛有本质的区别。本文以三质体悬臂环保振动筛为研究对象，对其刚体动力学、筛箱的弹性动力学以及悬臂筛棒梁的动力学性能进行了系统的分析，并基于动力学响应推导了筛箱弹性应变相对于框架厚度的灵敏度公式。同时，根据振动筛的工况系统地研究了振动筛在运行和停机过程中隔振效果和振动控制。具体内容如下:
　　 首先，建立振动筛动力学方程，通过对动力学方程解析，得出各个质体的位移响应公式。为了验证公式的正确性和研究振动筛的运行状况，在ADAMS中建立了模拟样机，并进行启动-运行过程和运行-停止过程模拟，得到各个质体的位移响应曲线。仿真分析结果验证了振动筛的三个质体的位移响应公式的正确性。
　　 其次，为了进一步研究振动筛的整体动力学性能，联合使用ADAMS和ANSYS，提取三质体振动筛的动力学参数，据此在ANSYS中建立了弹簧-质点有限元模型。利用谐响应分析得到了振动筛的幅频特性和相频特性曲线，并根据振动筛的幅值和精度判断了模型的正确性。
　　 第三，由于筛箱箱体和筛网采用模块化设计，使筛箱箱体和筛网的动态性能相比以往的筛箱发生了改变。为了分析振动筛筛箱和筛网的弹性动力学性能，对筛箱箱体和筛网进行了模态分析和谐响应分析。在模态分析中，得到筛箱箱体和筛网的模态参数，并分析出了振动筛的薄弱环节。在谐响应分析中，得到了筛箱箱体和筛网在工况下的动态性能，所得数据直观地显示了筛箱箱体和筛网的弹性应变、弹性应力以及应力较大的部位。
　　 第四，悬臂筛网筛棒梁是完成筛分的关键部件，其特有的结构造成了其特有的动力学性能。本文在建立悬臂筛棒梁动力学方程的基础上，分析了其模态分析中存在的“频率转向”现象，探讨了产生“频率转向”现象的根本原因。同时在“二次振动”的动力学解析式的基础上，进一步分析了其动力学机理，并通过柔性体动态仿真，验证了推论的正确性。
　　 第五，振动筛框架是振动筛箱体重要的结构，为研究其几何参数对筛箱动力学特性的影响，本文基于动力响应理论，推导了筛箱应力相对厚度的灵敏度，之后利用有限元技术提取数据，计算了筛箱的灵敏度。为进一步进行动力学优化找到了最佳优化参数。
　　 第六，针对大型三质体振动筛的结构特点，重点分析了二次隔振系统的力传递效率，分析表明二次隔振效果优良。为研究振动筛在停机过程中的稳定性问题，分析了振动筛各个响应之间的相关性，结果显示振动筛三个质体的各个方向振动仅存在弱耦合，质体的振动主要受本方向的振动影响。
　　 本文研究的创新点在于:将刚体动力学分析和弹性动力学分析相互衔接，形成了一套系统的多质体振动筛刚、弹动力学分析方法。建立了大型多质体振动筛动力学特性分析及振动控制的方法与理论，为大型振动设备动力学特性分析和振动控制提供了有效的方法。基于机械结构动力响应理论，得到了振动筛弹性变形对设计参数的灵敏度公式。针对独特的悬臂筛棒梁结构，建立了悬臂筛棒梁的动力学模型，解释了悬臂筛棒梁“频率转向”的机理。提出了解决正常运行工况和停机过程振动筛的振动控制问题的方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景和现状

1．1．1 背景

1．1．2 振动筛发展阶段与趋势

1．1．3 振动筛动力学特性分析和振动控制发展现状

1．2 目的和意义

1．3 课题研究内容

1．4 创新点

第二章 三质体振动筛的刚体动力学分析

2．1 引言

2．2．振动筛的动力学模型

2．3．三质体直线振动筛的仿真

2．3．1 虚拟建模

2．3．2 启动-运行过程仿真

2．3．3 启动-停止过程的仿真

2．4．本章小结

第三章 三质体振动筛的整体谐响应分析和模态分析

3．1 引言

3．1 直线振动筛动力学模型

3．2 谐波响应分析

3．3．振动筛弹簧-质点模型

3．4．谐响应仿真分析

3．5 振动筛模态分析

3．6 本章小结

第四章 振动筛筛箱的动力学特性

4．1 引言

4．2 下筛箱体有限元模型建立

4．2 模态分析

4．2．1 筛网模态分析

4．2．2 箱体模态分析

4．3 谐响应分析

4．3．1 筛网谐响应分析

4．3．2 筛箱谐响应分析

4．5 本章小结

第五章 筛箱的参数灵敏度分析

5．1 引言

5．2 多自由度频率响应函数灵敏度

5．3 动刚度灵敏度的插值运算

5．4 应力相对厚度的灵敏度

5．5 振动筛框架的应力相对厚度的灵敏度分析

5．6 本章小结

第六章 悬臂筛棒梁的动力学特性分析

6．1 引言

6．2 悬臂筛棒梁模型

6．2 悬臂筛棒梁的频率转向机理

6．2．1 悬臂筛棒梁刚度矩阵

6．2．2 悬臂筛棒梁的无阻尼自由振动特征方程确定

6．2．3 动力学方程的耦合能量分析

6．3 悬臂筛棒梁的模态分析

6．4 谐响应分析

6．4．1 谐响应振幅分析

6．4．2 谐响应应力分布

6．5 柔性体动力学分析

6．5．1 二次振动动力学公式

6．5．2 柔性体模型

6．5．3 柔性体运动分析

6．5 本章小结

第七章 振动筛振动控制

7．1 引言

7．2 三质体振动筛的双层隔振效果

7．3 各个质体振动曲线的相关系数

7．4 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 创新点

8．3 展望

参考文献

致谢

附录1