大型振动筛减振弹簧刚度反演及梁体动力学问题研究
发布时间：2021-02-17 01:39
煤炭是我国主要能源,而我国原煤质量差、灰分和硫分高,直接燃烧造成了严重的环境污染和资源浪费。选煤是最经济有效的煤炭清洁与高效利用办法,而目前我国原煤入选比例仍远落后于发达国家水平。筛分是选煤的关键环节,被广泛应用的筛分设备是振动筛。处理能力大、筛分效率高的大型振动筛（筛面宽度/横梁跨度大于3.6m、筛分面积大于20m2）符合国家煤炭工业的发展需要,而实际中,大型振动筛频繁出现横梁断裂和侧板开裂等故障,可靠性差,难以满足现代大型选煤厂的生产要求,是制约我国煤炭大规模加工提质的主要瓶颈。针对上述大型振动筛可靠性难题,重点研究了大型振动筛减振弹簧刚度反演、内焊筋板激振梁的动力学特性、筛分过程中承重梁（或加强梁）的振动问题及其表面裂纹特性和检测方法,为大型振动筛结构健康监测与高可靠性设计、保障其安全高效运行提供理论支持。完成的主要工作和取得的研究结论归纳如下:为实现振动筛减振弹簧的定量状态识别,建立了描述振动筛减振弹簧故障的四点弹性支撑刚板动力学模型,在构建的自由振动响应矩阵基础上利用自由振动响应进行了系统刚度矩阵的推导,进而通过刚度矩阵拆解实现了减振弹簧刚度的反演（SIby SMD）;开发了...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
断裂的振动筛横梁[26]
1 绪论静载(自重力)直接均匀分布于梁体横向，校核弯曲强度满足要求；对于激振梁，考虑其受力时还需计算激振器的集中载荷作用[8,40]。这种静态设计方法，一方面使梁体设计余量很大，浪费材料且增加筛体质量，另一方面未考虑梁体弹性变形。随着数学科学和计算机技术的发展，现代设计理论如动态设计、优化设计方法等被广泛运用大型振动筛设计过程中：动态设计方法[6,28,30,41,42]主要是在传统设计的基础上，利用软件对振动筛交变载荷下的动力响应进行模拟仿真，结合实际动态测试结果，分析其动态特性，识别梁体结构局部受力最突出的位置，认为是易损处，再通过对相应结构型式、尺寸及材料等的调整实现结构可靠性的提高，其典型的设计过程类似图 1-5 所示；而优化设计方法[31,43-45]主要是在一定的优化原则(目标函数)基础上，针对控制梁体动应力的多余约束材料(如梁体肋板、加强筋等)的布置最优化来实现筛体结构应力的降低或分布均匀。另外，现代制造、材料加工技术以及新型材料的使用，一定程度上消除了传统制造中梁体的自身缺陷，从源头上消除了结构的初始损伤[46]。
其概率密度函数(图1-7b)代表了周期性复杂振动和随机振动的叠加[81]，因此表明了筛分过程的随机振动特性，而对于筛体上结构件(如本课题研究的梁体)，其同样承受随机载荷。工况下激振器强激振和物料冲击时较广的频率分布激发激振梁、承重梁(或加强梁)的高阶弹性变形，以及工况中物料随机载荷作用下承重梁(或加强梁)的随机振动是引起大型振动筛梁体断裂和侧板弯扭变形、筛体整体刚度减弱及可靠性降低的主要原因。因此，需要系统、完善地研究大型振动筛激振横梁、承重梁(或加强梁)的基本动力学特性，提高大型振动筛梁体结构可靠性，并为基于动力学特性的结构损伤识别提供理论支持。(a) 实测筛体的时域响应(b) 对应的概率密度函数图 1-7 筛分过程中筛体的运动曲线及概率密度函数Figure 1-7 Motion history of the screen structure during the screening processand the corresponding probability intensity function1.2.3 大型振动筛裂纹梁体振动特性实际生产中，大型振动筛承重梁损伤的主要形式是应力疲劳或腐蚀引起的表面裂纹及更为严重的梁体断裂。已有的对于大型振动筛梁体裂纹的文献报道主要集中在裂纹处理方法上[48-50, 82]，而忽视了其自身的基本振动特性研究。根据表面裂纹与力/位移激励的相互关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stiffness identification of four-point-elastic-support rigid plate[J]. 彭利平,刘初升,武继达,王帅. Journal of Central South University. 2015(01)
[2]混联弹簧减振系统下自同步直线振动筛的动力学特性[J]. 彭利平,刘初升,赵跃民,李功民,宋宝成. 煤炭学报. 2014(10)
[3]基于模态功率流的振动筛超静定横梁的振动机理研究[J]. 闫俊霞,刘初升,赵啦啦,区炳显. 机械设计与研究. 2013(06)
[4]基于时变ARMA模型与支持向量机的结构损伤识别[J]. 张效忠,姚文娟,田芳. 应用基础与工程科学学报. 2013(06)
[5]三维并联振动筛设计与实验[J]. 邓嘉鸣,沈惠平,李菊,王新翔,黄涛,何宝祥. 农业机械学报. 2013(11)
[6]单轴振动筛运动模拟及筛面上单颗粒运动规律[J]. 王新文. 煤炭学报. 2013(11)
[7]选煤厂机电设备故障诊断及计划性检修[J]. 李文. 煤质技术. 2013(06)
[8]单轴变轨迹筛运移机理及激励的响应谱[J]. 蒋小伟,李志明,李云,于新,刘初升. 北京工业大学学报. 2013(11)
[9]机械系统光纤光栅分布动态监测与诊断的现状与发展[J]. 周祖德,谭跃刚,刘明尧,杨文玉,李正颖. 机械工程学报. 2013(19)
[10]双轴圆振动筛在煤炭筛分中的使用与维护[J]. 安殿伟. 煤炭加工与综合利用. 2013(04)
本文编号：3037223
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
断裂的振动筛横梁[26]
1 绪论静载(自重力)直接均匀分布于梁体横向，校核弯曲强度满足要求；对于激振梁，考虑其受力时还需计算激振器的集中载荷作用[8,40]。这种静态设计方法，一方面使梁体设计余量很大，浪费材料且增加筛体质量，另一方面未考虑梁体弹性变形。随着数学科学和计算机技术的发展，现代设计理论如动态设计、优化设计方法等被广泛运用大型振动筛设计过程中：动态设计方法[6,28,30,41,42]主要是在传统设计的基础上，利用软件对振动筛交变载荷下的动力响应进行模拟仿真，结合实际动态测试结果，分析其动态特性，识别梁体结构局部受力最突出的位置，认为是易损处，再通过对相应结构型式、尺寸及材料等的调整实现结构可靠性的提高，其典型的设计过程类似图 1-5 所示；而优化设计方法[31,43-45]主要是在一定的优化原则(目标函数)基础上，针对控制梁体动应力的多余约束材料(如梁体肋板、加强筋等)的布置最优化来实现筛体结构应力的降低或分布均匀。另外，现代制造、材料加工技术以及新型材料的使用，一定程度上消除了传统制造中梁体的自身缺陷，从源头上消除了结构的初始损伤[46]。
其概率密度函数(图1-7b)代表了周期性复杂振动和随机振动的叠加[81]，因此表明了筛分过程的随机振动特性，而对于筛体上结构件(如本课题研究的梁体)，其同样承受随机载荷。工况下激振器强激振和物料冲击时较广的频率分布激发激振梁、承重梁(或加强梁)的高阶弹性变形，以及工况中物料随机载荷作用下承重梁(或加强梁)的随机振动是引起大型振动筛梁体断裂和侧板弯扭变形、筛体整体刚度减弱及可靠性降低的主要原因。因此，需要系统、完善地研究大型振动筛激振横梁、承重梁(或加强梁)的基本动力学特性，提高大型振动筛梁体结构可靠性，并为基于动力学特性的结构损伤识别提供理论支持。(a) 实测筛体的时域响应(b) 对应的概率密度函数图 1-7 筛分过程中筛体的运动曲线及概率密度函数Figure 1-7 Motion history of the screen structure during the screening processand the corresponding probability intensity function1.2.3 大型振动筛裂纹梁体振动特性实际生产中，大型振动筛承重梁损伤的主要形式是应力疲劳或腐蚀引起的表面裂纹及更为严重的梁体断裂。已有的对于大型振动筛梁体裂纹的文献报道主要集中在裂纹处理方法上[48-50, 82]，而忽视了其自身的基本振动特性研究。根据表面裂纹与力/位移激励的相互关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stiffness identification of four-point-elastic-support rigid plate[J]. 彭利平,刘初升,武继达,王帅. Journal of Central South University. 2015(01)
[2]混联弹簧减振系统下自同步直线振动筛的动力学特性[J]. 彭利平,刘初升,赵跃民,李功民,宋宝成. 煤炭学报. 2014(10)
[3]基于模态功率流的振动筛超静定横梁的振动机理研究[J]. 闫俊霞,刘初升,赵啦啦,区炳显. 机械设计与研究. 2013(06)
[4]基于时变ARMA模型与支持向量机的结构损伤识别[J]. 张效忠,姚文娟,田芳. 应用基础与工程科学学报. 2013(06)
[5]三维并联振动筛设计与实验[J]. 邓嘉鸣,沈惠平,李菊,王新翔,黄涛,何宝祥. 农业机械学报. 2013(11)
[6]单轴振动筛运动模拟及筛面上单颗粒运动规律[J]. 王新文. 煤炭学报. 2013(11)
[7]选煤厂机电设备故障诊断及计划性检修[J]. 李文. 煤质技术. 2013(06)
[8]单轴变轨迹筛运移机理及激励的响应谱[J]. 蒋小伟,李志明,李云,于新,刘初升. 北京工业大学学报. 2013(11)
[9]机械系统光纤光栅分布动态监测与诊断的现状与发展[J]. 周祖德,谭跃刚,刘明尧,杨文玉,李正颖. 机械工程学报. 2013(19)
[10]双轴圆振动筛在煤炭筛分中的使用与维护[J]. 安殿伟. 煤炭加工与综合利用. 2013(04)
本文编号：3037223
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