《天津大学》 2012年

加入收藏 获取

振动式离心机动态性能优化设计关键技术与方法研究

【摘要】：本文针对选煤行业中末煤脱水装备实用化和产业化发展的实际需求，以双质体共振式离心机为研究对象，以提高离心机工作效率减少能源消耗为目标，通过采用非线性动力学建模，结合模态试验、有限元仿真、结构动态优化提出一套卧式双质体共振式离心机动态优化设计方案，并结合具体机型进行了实例应用，拟为指导同类产品的动态优化设计和工程应用提供有益的理论依据及方法借鉴。主要工作与创造性成果如下： 针对目前线性动力学模型无法准确反映出离心机振动系统动力学规律的缺陷，本文基于离散动力系统非线性动力学理论，结合橡胶弹簧板非线性刚度特性，建立了振动系统的两自由度动力学模型，并采用平均法求得其一次近似解和幅频响应曲线，提高了动力学理论计算精度，为实际工作中电机参数优化配置以及整机结构动态优化设计提供理论依据。 本文通过对共振式离心机橡胶弹簧试件进行静动刚度测试，确定其各种动态参数，并优选出五参数Mooney-Rivlin模型作为其本构方程用以仿真计算。通过整机模态试验与动响应试验获得了离心机的固有频率，主振型与阻尼比等参数，为有限元仿真与理论分析提供数据支持。 由于弹性元件非线性迟滞阻尼会导致模态之间产生耦合现象，造成模态线性叠加原理将不再适用。基于此，本文在复模态测试结果基础上，提出了一种修正的阻尼矩阵代数方法，以用于结构有限元阻尼矩阵的修正，提高了仿真计算精度，并证明了其在Frobenius范数意义下存在*修正矩阵，验证结果显示阻尼非线性的解比比例阻尼情况下误差更小。 针对目前共振式离心机优化设计中约束条件复杂，设计变量众多等特点，本文提出了遗传信赖域混合算法，用以离心机的动态优化设计，并给出了该算法的严格数学证明及具体的算法流程。基于动力结构修改方法对WZY1400型共振式离心机进行了具体应用实施；借助遗传信赖域混合优化算法，对该zui小二乘*化数学模型进行求解。结果显示，应用该动态优化设计方法在降低整机重量的同时，较大幅度提升了振动体的工作效率，一定程度上抑制了有害振动，延长了离心机的使用寿命。