篇臥式振動(dòng)離心機(jī)物料運(yùn)動(dòng)及非線性動(dòng)力學(xué)研究

ADissertationinMachineDesignandStudyonMaterialMovementandNonlinearDynamicsofHorizontalVibratingCentrifugebyLIQin-Supervisor：ProfessorWEIXiao- ProfessorWENBang-NortheasternUniversityMay2014臥式振動(dòng)離心機(jī)物料運(yùn)動(dòng)及非線性動(dòng)力學(xué)研究振動(dòng)離心機(jī)工作點(diǎn)的選取，同時(shí)，物料的性質(zhì)和也關(guān)系到振動(dòng)離心機(jī)的運(yùn)行晚，工藝技術(shù)的以及理念上的差距使得國產(chǎn)臥式振動(dòng)離心機(jī)在處理效率和穩(wěn)定性篩籃等易損件較多，導(dǎo)致后期產(chǎn)生較大的成本，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研制出處理量大且性能穩(wěn)定可靠的臥式振動(dòng)離心機(jī)是當(dāng)前選煤行業(yè)亟待解決的問題，具HSG/VM1400臥式振動(dòng)離心機(jī)為對(duì)象，采用非線性動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)摩擦學(xué)和有限元分析方法，對(duì)離心機(jī)篩籃內(nèi)的物料運(yùn)動(dòng)規(guī)律、物料對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響、系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性以及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析等方面展開了研究，形成了一套適用于指導(dǎo)振動(dòng)離心機(jī)設(shè)計(jì)與改進(jìn)的分析方法，為評(píng)判振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性優(yōu)劣、制定科學(xué)的工藝過程，提高臥式振動(dòng)離心機(jī)產(chǎn)品的水平提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。內(nèi)容如下：第1章主要介紹了國內(nèi)外臥式振動(dòng)離心機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和HSG/VM1400振動(dòng)離心機(jī)的工作原理，并對(duì)雙近機(jī)械、彈簧非線性、振動(dòng)摩擦的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入研究，在此基礎(chǔ)上提出了的主要研究?jī)?nèi)容。第2章通過理論方法建立物料在篩面上的力學(xué)表達(dá)式，推導(dǎo)出物料的正向滑動(dòng)條件以及平均速度公式，為分析振動(dòng)參數(shù)，摩擦因數(shù)對(duì)物料運(yùn)動(dòng)的影響提供條件。研究結(jié)果表明：物料在振動(dòng)離心機(jī)中僅存在正向滑動(dòng)，篩籃振幅對(duì)物料運(yùn)動(dòng)的影第3章利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)HSG/VM1400振動(dòng)離心機(jī)中的橡膠彈簧進(jìn)行壓縮和剪切靜剛度測(cè)試。根據(jù)邵氏硬度計(jì)測(cè)量的橡膠硬度和彈簧的實(shí)際形狀，對(duì)彈簧靜剛度進(jìn)行理論計(jì)算，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。由動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)測(cè)得的點(diǎn)頻率計(jì)算出橡膠板和減振塊的動(dòng)剛度。研究結(jié)果表明：預(yù)壓量影響橡膠彈簧的剪切剛度，在剪切試驗(yàn)前需要根據(jù)壓縮試驗(yàn)確定橡膠彈簧的實(shí)際預(yù)壓量。橡膠彈簧的動(dòng)剛度通常比靜剛度大。減振塊和橡膠板作為主振彈簧，其動(dòng)剛度的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。因此，需要利用動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)對(duì)靜剛度進(jìn)行修正。其余橡膠彈簧對(duì)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性影響較小，可以將試驗(yàn)測(cè)得的靜剛度乘以與硬度相關(guān)的動(dòng)載荷系數(shù)作為其動(dòng)剛度。4Lemke方法和以正交變換與漸近法為基礎(chǔ)的解析HSG1400振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性，分析橡膠彈簧和物料慣性力等非線性因素對(duì)系統(tǒng)幅頻特性的影響；利用方法和解析法研究VM1400振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)研究結(jié)果表明：HSG1400振動(dòng)離心機(jī)的高階區(qū)在間隙彈簧的影響下呈現(xiàn)出硬式非線性的特征由于橡膠板的材料非線性影響，VM1400振動(dòng)離心機(jī)的曲線呈現(xiàn)出軟式特征。對(duì)兩種離心機(jī)分別進(jìn)行解析計(jì)算，所得結(jié)果與數(shù)值仿真基本吻合。物料量和篩籃轉(zhuǎn)速的增大使離心機(jī)的點(diǎn)降低，同時(shí)，在過區(qū)域內(nèi)物料對(duì)振幅的影響較為明顯，而對(duì)近區(qū)域影響較小。為了使振動(dòng)離心機(jī)有較穩(wěn)定的振幅和減小所.75~0.95的范圍內(nèi)。第5章根據(jù)物料的非線性慣性力公式，利用諧波平衡法計(jì)算出物料在振動(dòng)離研究結(jié)果表明：隨著振幅的增大，物料的結(jié)合系數(shù)逐漸下降，阻尼系數(shù)呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。相比之下，振動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)速的影響較小。摩擦因數(shù)直接影響物料滑動(dòng)的難易程度，且對(duì)結(jié)合系數(shù)和阻尼系數(shù)的整體變化趨勢(shì)影響顯著。當(dāng)機(jī)器滿載工作，且振幅較小時(shí)，系統(tǒng)在物料的影響下容易處于過狀態(tài)，穩(wěn)定性差。由于篩籃半錐角較小，HSG1400振動(dòng)離心機(jī)對(duì)振幅的要求更高。6VM1400振動(dòng)離心機(jī)為對(duì)象，對(duì)整機(jī)進(jìn)行模態(tài)和諧響應(yīng)分析，研究VM1400振動(dòng)離心機(jī)的隔振和主振頻率分別為4.12z29.51Hz。為0.05時(shí)利態(tài)法的幅曲與分本致心機(jī)正常工作時(shí)，料槽、外振動(dòng)箱與機(jī)殼間的角點(diǎn)處應(yīng)力值較大，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本滿足要求。第7章根據(jù)振動(dòng)離心機(jī)的工作原理建立雙近試驗(yàn)臺(tái)，通過兩種工況模擬HSG/VM1400振動(dòng)離心機(jī)的工作特點(diǎn)，利用動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)分析近試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)研究結(jié)果表明：當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)工作在近條件時(shí)，系統(tǒng)振幅較大，電機(jī)同步性很好，相位差基本穩(wěn)定在5o以內(nèi)。當(dāng)激振力較大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升會(huì)在靠近點(diǎn)時(shí)受到抑制，幅頻特性曲線存在頭部缺失的現(xiàn)象。當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)僅含有橡膠板時(shí)，系統(tǒng)的幅頻特性為軟式特征，而增加減振塊后，系統(tǒng)幅頻特性則呈現(xiàn)出明顯的硬式特征。將由共振點(diǎn)求得的橡膠板和減振塊動(dòng)剛度分別代入解析中，所得結(jié)果均與試驗(yàn)吻合。StudyonMaterialMovementandNonlinearDynamicsofHorizontalVibratingCentrifugeDehydrationisanindispensableproductionprocessofwetcoalpreparationplant,whoseeffectnotonlydeterminesthemoistureofcoalproducts,butalsoaffectstheclosedloopofcoalwashingwater.Horizontalvibratingcentrifugeisthedischargecentrifugewithadditionalaxiallevelvibration.Whenthesievebasketrotateswithrotor,themoisturepassesthroughthegapsofcoalseamandbasketholes.Atthesametime,theaxialreciprocatingvibrationreducesthecoaldischarge.Withtheincreasinglyfiercecompetitioninthecoalmarket,therequirementofcentrifugeefficiency,operationalstability,handlingcapacityandproductsmoistureismuchstricter.Meanwhile,thehorizontalvibratingcentrifugegraduallydevelopstowardslarge-scale,low-power,stability.Therefore,thehigherrequirementforthedesignandmanufactureisputforward.Thedynamicsofhorizontalvibratingcentrifugeisverycomplex,becausethenonlinearcharacteristicofthegapspringandshearrubberspringdirectlyaffecttheselectionofoperatingfrequencypoint,simultaneously,thenatureandmovementlawofmaterialarealsorelatedtotheoperationstability,wearanddehydrationeffect.Comparedwithforeigncompanies,domesticcentrifugemanufacturersstartlate.Thetechnologyandidealgapmakesthehomemadecentrifugesfallbehindintheprocessingefficiencyandstability.Therefore,thedowntimeinthecoalenterprisesincreases,whichaffectstheprocessingefficiency.Furthermore,thewearingpartsaremore,suchassievebasket,resultingingreaterpost-maintenancecosts,whichdirectlyaffecttheenterpriseseconomic.Currently,develothehorizontalvibratingcentrifugewithlargecapacityandreliableperformanceisaseriousproblemforthecoalindustry,withsignificanteconomicandsocialbenefits.ThispapertakesHSG/VM1400horizontalvibratingcentrifugeasobjects,usingmethodssuchasnonlineardynamics,vibrationfrictionandfiniteelementtostudythematerialmovementwithinthesievebasket,impactonthesystemstability,systemnonlineardynamiccharacteristicandstructuraldynamic ysis.Allofthesecanformasetofyticalmethodsuitabletoguidethedesignandimprovementofvibratingcentrifuge,andprovideasolidtheoreticalfoundationfordomesticcentrifugemanufacturersonevaluatingthedynamiccharacteristic,formulatingthescientifictechnicalprocess,andraisingdomesticlevel.MaincontentsareasThechapter1introducedthedevelopmentofhorizontalvibratingcentrifugesathomeandandworkingprincipleofHSG/VM1400vibratingcentrifuge,andcarriedonin-depthstudiesonthedoubleplastidnearresonancemechanism,nonlinearspringsandvibrationfriction.Onthebasis,thestructureandmaincontentsofthispaperwereproposed.Thechapter2establishedthematerialmechanicalexpressiononthescreensurface,anddeducedtheforwardsslidingconditionandaveragespeed,providingconditionsforyzingtheimpactofvibrationparametersandfrictionfactoronthematerialTheresultsshowthat:materialonlyslidesforwardinthevibratingcentrifuge,whosemovementisobviouslyinfluencedbytheamplitudeofthesievebasket.Whentheamplitudeincreases,theslidingangleandspeedincrease.Increasingthevibratingfrequencyandreduingtherotatingspeedhasasimilareffectwithincreasingtheamplitude,buttheireffectsarelessapparent.Thechapter3testedthecompressionandshearstaticstiffnessofrubberspringsintheHSG/VM1400vibratingcentrifugeusingtheelectronicuniversaltestingmachine.AccordingtotheactualshapeandShorehardnessoftherubbersprings,thetheoreticalstaticstiffnesscanbecalculatedandcomparedwiththeexperimentalresults.Thedynamicstiffnessofrubberplateanddamblockcanbeobtainedwiththeresonancefrequenciesmeasuredbydynamictests.Theresultsshowthat:thepreloadamountofrubberspringinfluencestheshearstiffness,soitisneededtodeterminetheactualpreloadamountaccordingtothecompressiontestbeforethesheartest.Thedynamicstiffnessofrubberspringisusuallylargerthanstaticstiffness.Forthedamblockandrubberplatearemainvibratingsprings,theaccuracyoftheirdynamicstiffnessiscrucial.Therefore,theirstaticstiffnessshouldbecorrectedbythedynamictests.Theimpactofotherspringsonthedynamicsisless,sotheirdynamicstiffnessvaluescanbedeterminedbymultiplyingthestaticstiffnessbythedynamicloadfactorrelatedtothehardness.Thechapter4appliedtheLemkemethodbasedonthequadraticprogrammingandtheyticmethodbasedontheorthogonaltransformationandasymptoticmethodtostudythedynamiccharacteristicofHSG1400vibratingcentrifuge,andyzedtheimpactofrubberspringsandmaterialnonlinearinertialforceonthesystemamplitude-frequencycharacteristic.TheRunge-KuttamethodandasymptoticmethodwereadoptedtostudythedynamiccharacteristicofVM1400vibratingcentrifuge.Theresultsshowthat:thehigh-frequencyresonanceregionofHSG1400vibratingcentrifugeshowsahard-nonlinearcharacteristicundertheinfluenceofthedamblocks.Duetothenonlinearfeatureofrubberplate,thehigh-frequencyresonanceregionof-VIVM1400vibratingcentrifugesshowsasoft-nonlinearcharacteristic.Theyticalcalculationsareappliedtothetwocentrifugesrespectively,whoseresultsareconsistentwiththenumericalsimulations.Theraiseofmaterialmassandrotatingspeedcanreducetheresonancepoint,andinfluencetheoverresonanceregionmoreobviouslythannearresonanceregion.Inordertomaintainthemorestableamplitudeandreducetherequiredexcitingforce,theidealmainvibrationfrequencyratioofvibratingcentrifugeisusuallyintherangeof0.75to0.95.Thechapter5calculatedthematerialcombiningcoefficientanddamcentrifugeusingtheharmonicbalancemethodaccordingtothematerialnonlinearinertialforceformula,layingfoundationforyzingthematerialimpactonthesystemstability.Theresultsshowthat:astheamplitudeincreases,thematerialcombiningcoefficientgraduallydecreases,andthedamcoefficientshowsadecreasingtrendafterthefirstincrease.Incontrast,theinfluenceofvibratingfrequencyandrotatingspeedisless.Frictionfactordirectlyaffectsthedifficultyofmaterialsliding,andhassignificantimpactontheoveralltrendofthecombiningcoefficientanddamcoefficient.Whenthevibratingcentrifugerunsinfullloadandtheamplitudeissmall,itiseasyforthesystemtoworksintheoverresonancestateundertheinfluenceofthematerial,andwithpoorstability.Duetothesmallerhalfconeangleofsievebasket,itrequireslargervibratingamplitudeforHSG1400vibratingcentrifugetoworkinthesteadystate.Thechapter6tookVM1400vibratingcentrifugeasexample,andcarriedoutthewholemodalharmonicresponseysistoyzethevibrationcharacteristicofthewholestructureandstresslevel.Theresultsshowthat:itcanbeseenthattheisolationandmainvibrationfrequencyofVM1400vibratingcentrifugeare4.12Hzand29.51Hz.Whenthedamratiois0.05,theamplitude-frequencycharacteristicscalculatedbythemodalsuperpositionmethodarebasicllyconsistentwiththetheoreticalysis.Ifthecentrifugeworksproperly,thestressoftroughandcornersbetweentheoutsidevibratingboxandcabinetarelarger,butthestructuralstrengthbasicallymeetstherequirements.Thechapter7establishedthenearresonancevibrationteststandwithdoublemassaccordingtotheworkingprincipleofvibratingcentrifuge,andsimulatedHSG/VM1400vibratingcentrifugesthroughtwoworkingconditions.Thedynamictestswereusedtostudythevibrationcharacteristicandmotorsynchronization.Theresultsshowthat:whentheteststandoperatesinthenearresonancecondition,theamplitudeislarge,andthemotorsynchronizationisverygood,withphasedifferencestablewithin5o.Iftheexcitingforceislarge,theascensionofthemotorspeedmaybesuppressedneartheresonancepoint,sothereisaheadmissingphenomenonintheamplitude-frequencycharacteristics.Whentheteststandonlycontainstherubberplates,theamplitude-frequencycharacteristicshowsasoftfeature,butafterincreasingthedamblocks,theamplitude-frequencycharacteristicshowsaclearhardfeature.Itisfoundthatthecalculatingresultsareconsistentwithexperimentswhensubstitutingthedynamicstiffnessofrubberplateanddamblockdeterminedbytheresonancepointintotheasymptoticmethod.：vibratingcentrifuge;nonlineardynamics;stability;vibrationfriction;frictionangle;combiningcoefficient;quadraticprogramming;asymptoticmethod;amplitude-frequencycharacteristic;frequencyratio;finiteelementysis;rubberspring;sievebasket橡膠彈簧的靜剛度測(cè) 試驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方案 3.3.2壓縮剛度測(cè)試3.3.3剪切剛度測(cè)試3.4橡膠彈簧動(dòng)剛度測(cè)試 3.5本章結(jié)語 4章臥式振動(dòng)離心機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)分析4.1引言 4.2HSG14004.2.1Lemke4.2.2HSG1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的解析計(jì)算4.2.3物料非線性慣性力對(duì)振動(dòng)離心機(jī)幅頻特性的影響4.3VM1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)分析4.3.1基于方法的數(shù)值仿真分析 4.3.2VM1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的解析計(jì)算 4.4本章結(jié)語 第5章臥式振動(dòng)離心機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性分析 引言 5.2.1振幅對(duì)物料結(jié)合系數(shù)和阻尼系數(shù)的影響.1振幅對(duì)物料結(jié)合系數(shù)和阻尼系數(shù)的影響5.2.2振動(dòng)頻率對(duì)物料結(jié)合系數(shù)和阻尼系數(shù)的影響5.2.3轉(zhuǎn)速對(duì)物料結(jié)合系數(shù)和阻尼系數(shù)的影響5.2.4摩擦因數(shù)對(duì)物料結(jié)合系數(shù)和阻尼系數(shù)的影響 物料對(duì)臥式振動(dòng)離心機(jī)工作點(diǎn)的影響 本章結(jié)語 臥式振動(dòng)離心機(jī)動(dòng)力有限元分析引言 有限元分析前處理 6.2.1網(wǎng)格劃分 6.2.2單元屬性分配6.2.3施加邊界條件模態(tài)分析 諧響應(yīng)分析 6.4.1位移響應(yīng)分析 66.4.2應(yīng)力分析 6.5本章結(jié)語 第7章近試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)與分析7.1引言 7.2試驗(yàn)對(duì)象 7.3試驗(yàn)臺(tái)的模態(tài)分析 7.3.1試驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方法 7.3.2力錘法分析試驗(yàn)臺(tái)的固有頻率 7.3.3有限元分析試驗(yàn)臺(tái)的固有頻率和振型 7.4試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)與分析 7.4.1試驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方法 7.4.2純剪切工況下的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)與分析 7.4.3間隙碰撞工況下的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)與分析 8結(jié)參考文獻(xiàn) 致謝 附錄 作者簡(jiǎn)介 附錄 攻讀博士期間獲得榮譽(yù)與附錄 攻讀博士期間參加的科研項(xiàng)目附錄 攻讀博士期間與錄用的學(xué)術(shù)1當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)和能源正處在和之中，清潔化、低碳化、高效化是能源發(fā)展大勢(shì)所趨，節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境成為各國能源的內(nèi)容。煤炭是我國最主要的能源，在未來的發(fā)展過，許多產(chǎn)業(yè)依然離不開煤炭能源的支持作用?，F(xiàn)有的選煤廠中，絕大多數(shù)都是采用濕法（以水和重懸浮物作為分選介質(zhì)）選煤技術(shù)進(jìn)行煤炭分選。脫水是使固體物料與水分離，以降低濕物料中水分含量，煤的脫水是濕法選煤廠不可缺少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它的工作不僅決定著選煤產(chǎn)物的水分，同時(shí)，也影響到洗煤用水的閉路循環(huán)。經(jīng)驗(yàn)證明，脫水設(shè)備的工作情況對(duì)洗煤廠生產(chǎn)管理也有重要的影響1。離心脫水是以離心力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)液-固分離的過程，0.5~13mm的精煤或中煤通過離心脫水可以除去其中87%~92%脫水過程——離心過濾和離心沉降。在選煤廠，用于末煤脫水的主要設(shè)備是過濾式離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)類型主要有三種：臥式振動(dòng)離心機(jī)、立式振動(dòng)離心機(jī)、立式刮刀卸料離心機(jī)。衡量離心機(jī)工作效果的主要指標(biāo)是脫水產(chǎn)品的水分和離心液中煤的損失量。一般，在入料水分相近時(shí)，振動(dòng)離心機(jī)與立式刮刀卸料離心機(jī)的產(chǎn)物水分相差不多，但在入料粒度組成相似時(shí)，在振動(dòng)離心機(jī)的離心液中，煤的損失不超過4%，通常為2.5~3.5%5~6%[2]種機(jī)器利用振動(dòng)強(qiáng)化脫水效果，能獲得良好的工業(yè)指標(biāo)[3]。近年來，離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種及其應(yīng)用等方面發(fā)展很迅速，但理論研究于實(shí)踐是個(gè)長(zhǎng)期存在的問題。目前選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算，往往仍要憑借經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)[4]。臥式振動(dòng)離心機(jī)(horizontalvibrating篩籃內(nèi)壁上煤層的水分透過煤層縫隙和篩孔流出，與此同時(shí)，篩籃在軸向往復(fù)振動(dòng)，從而降低煤層的排出阻力。臥式振動(dòng)離心機(jī)主要用于粒度為0~13mm的中、精煤脫水，心機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，離心強(qiáng)度較小，采用振動(dòng)卸料方式對(duì)煤的破碎程度小，具有生產(chǎn)能力高、脫水效果好、煤的率低、入料粒度上限大、設(shè)備投資低、耗電低、占地面積少等優(yōu)勢(shì)[5]。目前，臥式振動(dòng)離心機(jī)篩籃的最大直徑可達(dá)1650mm，最大單機(jī)處理能力為500t/h。篩籃錐角在20~36o之間，分離因數(shù)為60~1801.5~10mm[6]。從離心機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)看，世界各國都在積極發(fā)展振動(dòng)離心機(jī)，如今隨著煤炭市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，對(duì)離心機(jī)工作效率、運(yùn)行穩(wěn)定性、處理量以及煤炭產(chǎn)品水分的要求日益嚴(yán)格，同時(shí)，臥式振動(dòng)離心機(jī)也逐漸向大型化、低能耗、穩(wěn)定性好發(fā)展，這就對(duì)臥式振動(dòng)離心機(jī)的設(shè)計(jì)制造提出了更高的要求。與國外企業(yè)相比，國內(nèi)的離心機(jī)生產(chǎn)企業(yè)起步較晚，工藝技術(shù)的以及理念上的差距使得國產(chǎn)臥式振動(dòng)離心機(jī)在處理效率和穩(wěn)定性上與國外依然存在著一定的差距，致使煤炭企業(yè)經(jīng)常停機(jī)檢修，影響加工效率，同時(shí)，篩籃等易損件較多，導(dǎo)致后期產(chǎn)生較大的成本，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研制出處理量大且性能穩(wěn)定可靠的臥式振動(dòng)離心機(jī)是當(dāng)前選煤行業(yè)亟待解決的問題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國外對(duì)臥式振動(dòng)離心機(jī)的研制開發(fā)投入很大。、澳大利亞、等國均開展了相應(yīng)的研究開發(fā)工作，特別是澳大利亞的煤炭研究計(jì)劃(ACARP)、科學(xué)與工業(yè)(CSIRO)等組織相繼投入大量的用于0~50mm粒級(jí)末煤離心脫水技術(shù)與裝置的研究。澳大利亞的LUDOWICI公司是國際著名的固液分離設(shè)備廠商，該公司VM1400300噸/7~9%，入料粒度上0.125千瓦時(shí)/噸[7]。近年來，澳大利亞對(duì)大型臥式振動(dòng)離心機(jī)開展了如下的研究：①采振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)解決橫擺問題、降低噪聲、降低電耗進(jìn)行了深入研究。研究表明：在不影響脫水效果的前提下，適當(dāng)改變振動(dòng)系統(tǒng)的主振橡膠彈簧剛度、振動(dòng)系統(tǒng)和橡膠彈簧布置方式等可以實(shí)現(xiàn)上述要求，但是增加了安裝、維修的難度。②開展了0~3mm的細(xì)煤泥離心過濾脫水研究，對(duì)常規(guī)的臥式振動(dòng)離心機(jī)（0~50mm進(jìn)行改進(jìn)后，拓展了其應(yīng)用范圍[8]。上述研究表明：振動(dòng)離心機(jī)的研究工作主要集中在振動(dòng)系統(tǒng)上，如振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、橡膠彈簧的結(jié)構(gòu)和剛度的大小等。限公司、山東博潤(rùn)工業(yè)技術(shù)等眾多廠家。與此同時(shí)，中國煤炭科工唐山、中國礦業(yè)大學(xué)、東學(xué)、等科研院所也積極參與到高性能臥目前市場(chǎng)上常見的機(jī)型主要有荷蘭TEMA的HSG系列、澳大利亞LUDOWICIVMSCHENCKSCC系列等。國產(chǎn)的主要有天地的WZY系列、中機(jī)偉林礦山機(jī)械的WL系列、中實(shí)洛陽重型機(jī)械的TWZ系列、山東博潤(rùn)工業(yè)技術(shù)的BHSG和國外的HSG系列、VM系列、SCC系列離心機(jī)均采振動(dòng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)的優(yōu)點(diǎn)在于不僅能夠使得內(nèi)獲得較大的激振力利于卸料，同時(shí)也可以令外維持較小的振動(dòng)量，從而使機(jī)器運(yùn)行得更為平穩(wěn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、噪音小、SG系列的激振源為由兩套強(qiáng)制MSC系列則采用兩臺(tái)在激振箱體兩側(cè)垂直對(duì)稱安裝的振動(dòng)電機(jī)同步地產(chǎn)生振動(dòng)。1967ZL10001982Z1300大型臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)。這兩代國產(chǎn)臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)的共同特點(diǎn)是：均采用非線性排料系統(tǒng)，的噴汕潤(rùn)滑系統(tǒng)，但分離因數(shù)較低(70)；這種產(chǎn)品由于無法獲得較高的脫水率，隨后又逐漸被立式刮刀卸料離心機(jī)所取代，但為后來臥式振動(dòng)離心機(jī)產(chǎn)品的國產(chǎn)化研發(fā)做了有益嘗試，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)[9]?！熬盼濉币詠?，我國煤炭分選加工產(chǎn)業(yè)在政策扶持、市場(chǎng)拉動(dòng)、深化和科技進(jìn)步等合力的推動(dòng)下得到了前所未有的快速發(fā)展，又經(jīng)過多年的研究開發(fā)和引進(jìn)消化，臥式振動(dòng)離心機(jī)技術(shù)水平得到了一定的進(jìn)步[10]。中國煤炭科工唐山在臥式振動(dòng)離心機(jī)上的研究具有代表意義，1998年成功研制出了具有代表性的ZP1000型臥式振動(dòng)離心機(jī)，該離心機(jī)利用線性振動(dòng)共振原理，通過采錐環(huán)形橡膠彈簧、整體支座、多點(diǎn)重復(fù)密封、優(yōu)質(zhì)軸承并合理降低預(yù)緊力等技術(shù)措施，大大簡(jiǎn)化了振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備工作可靠性，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。但該產(chǎn)品并未考慮結(jié)構(gòu)和彈性元件的非線性影響，處理效率不高，調(diào)整，維修和頻繁，與國外同類型產(chǎn)品相比還有一定的差距?；诖擞?004了Z1400型臥式振動(dòng)離心機(jī)，該機(jī)首次利質(zhì)體原理，通過采用預(yù)壓后的高強(qiáng)度橡膠彈簧連接內(nèi)、外，將伺服控制的振動(dòng)電機(jī)激勵(lì)在區(qū)間進(jìn)行放大，保證該機(jī)在振動(dòng)性能穩(wěn)定的同時(shí)，獲得較高的整體剛度，機(jī)器入料適應(yīng)性強(qiáng)，處理量大，能耗大大降低。這些大型臥振動(dòng)產(chǎn)品的研制推動(dòng)了我國末煤脫水行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。但這幾種離心機(jī)在我國各選煤廠使用情況不工作環(huán)境差等[11]。水分[12]。HSG系列臥式振動(dòng)離心機(jī)規(guī)格型號(hào)從HSG1000到HSG1650，HSG1650型號(hào)的篩籃大端直徑達(dá)到1650mm，最大處理量350~500t/hVM系列臥式振動(dòng)離心機(jī)規(guī)格型號(hào)從VM1100到VM1650，VM1650型號(hào)的篩籃大端直徑達(dá)到1650mm，最大處理量410t/h[5]。近年來，國內(nèi)生產(chǎn)廠商的最大型號(hào)臥式振動(dòng)離心機(jī)的篩籃大端直徑達(dá)到1500mm，最大處理量350~400t/h，在技術(shù)水平和應(yīng)用效果上較以往國產(chǎn)臥式振動(dòng)離心 存在一定差距。表1.1為幾種典型臥式振動(dòng)離心機(jī)技術(shù)參數(shù)[5,13]1.1Tab.1.1Technologyparametersofseveraltypicalhorizontalvibrating處理量篩籃轉(zhuǎn)速入料粒度入料水分產(chǎn)品水分與國外離心機(jī)生產(chǎn)企業(yè)相比，國內(nèi)在理論水平上還較為，許多企業(yè)的臥式振在實(shí)際應(yīng)用過都或多或少存在著一些問題。1.1所示為目前市場(chǎng)主流的兩款臥式振動(dòng)離心機(jī)產(chǎn)品——HSG/VM1400振動(dòng)(a)HSG1400振動(dòng)離心 (b)VM1400振動(dòng)離心1.1Fig.1.1Outlinefigureofhorizontalvibrating離心機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng)有兩個(gè)固有頻率，如圖1.2所示，一個(gè)是由隔振彈簧起主導(dǎo)作用的低階固有頻率，在低階區(qū)，離心機(jī)的篩籃與殼體向同一方向振動(dòng)；另一個(gè)是盡管在兩個(gè)區(qū)內(nèi)，篩籃都能獲得較大的振幅。但是在低階區(qū)，由于振動(dòng)頻率很低，產(chǎn)生的慣性力很小，不能使篩籃內(nèi)的物料產(chǎn)生正向滑動(dòng)，又加上振幅不穩(wěn)定，所以不采用[4]。一般振動(dòng)離心機(jī)都工作在高階區(qū)內(nèi)，為了使離心機(jī)有較穩(wěn)定的振0.75~0.95的范圍內(nèi)[14]。BABAO1.2Fig.1.2Amplitude-frequencycharacteristicsofvibratingHSG1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的工作原HSG1400臥式振動(dòng)離心機(jī)在設(shè)計(jì)上采用了亞原理和雙振動(dòng)技術(shù)，具有外1.3HSG1400臥式振動(dòng)離離心機(jī)的主軸由主電機(jī)經(jīng)大帶輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，而主軸、篩籃、大帶輪等內(nèi)旋轉(zhuǎn)部件，經(jīng)軸承、振動(dòng)箱、環(huán)形緩沖器等懸掛在外上，因此可以保證篩籃能自由地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向振動(dòng)。激振系統(tǒng)由單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過一對(duì)齒輪使裝在振動(dòng)箱內(nèi)的四個(gè)偏心塊作同步回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使振動(dòng)箱產(chǎn)生軸向振動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)軸承、軸承襯套傳遞給主軸，使得篩籃、大帶輪、緩沖板等內(nèi)部件產(chǎn)生軸向振動(dòng)。內(nèi)經(jīng)環(huán)形緩沖器與機(jī)殼、緩沖梁、聯(lián)接法蘭等外部件相連，在振動(dòng)過外的振幅較小，緩沖梁與緩沖板間的兩組減振塊可以限制內(nèi)的軸向位移，而振動(dòng)箱與機(jī)殼間的徑向減振器可以限制內(nèi)的側(cè)向位移及偏轉(zhuǎn)。機(jī)殼與基座通過隔振系統(tǒng)相連，其中水平減振塊不僅能夠起到支承作用，還可以在水平方向?qū)C(jī)體的振動(dòng)加以限制，同時(shí)，在大帶輪和機(jī)殼一側(cè)分別配置側(cè)面減振塊和橡膠緩沖墊，防止機(jī)體在振動(dòng)過程于振動(dòng)過，軸向慣性力很大，為了防止軸承及軸上其他零件松脫，在主軸末端采用緊固螺母、墊片、碟簧壓緊。離心液排出口為分體式設(shè)計(jì)，法蘭聯(lián)接，方便機(jī)殼拆圖1.3HSG1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的結(jié)Fig.1.3InternalstructureofHSG1400horizontalvibratingVM1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的工作原VM1400臥式振動(dòng)離心機(jī)在設(shè)計(jì)上采用亞原理和雙振動(dòng)技術(shù)，運(yùn)用件相互間的剛性沖擊、碰撞和磨擦，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，故障率極低，且振幅調(diào)整方便，適用于不同的煤種。如圖1.4所示為VM1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的結(jié)構(gòu)。離心機(jī)的主軸由主電機(jī)經(jīng)大帶輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，主軸、篩籃、大帶輪等內(nèi)旋轉(zhuǎn)部件，經(jīng)軸承、內(nèi)振動(dòng)箱、橡膠板等懸掛在外上。因此可以保證篩籃能自由地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向振動(dòng)。激振系統(tǒng)由安裝在外振動(dòng)箱兩側(cè)的振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩臺(tái)電機(jī)作反向的同步回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)外振動(dòng)箱、橡膠板、內(nèi)振動(dòng)箱、軸承等傳遞給主軸，使膠板需要經(jīng)過預(yù)壓后安裝在內(nèi)、外振動(dòng)箱之間，利用調(diào)節(jié)板可以改變橡膠板的壓縮厚度，從而對(duì)機(jī)體的振動(dòng)特性進(jìn)行調(diào)整。在機(jī)體外部，振動(dòng)箱與機(jī)殼兩側(cè)分別通過方形和矩形隔振橡膠塊與基座相連，保證整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。由于振動(dòng)過 ，軸向慣性力很大，為了防止軸承及軸上其他零件松脫，在主軸末端采用緊固螺母、墊片、碟簧壓緊。入料管、干料出口、離心液出口等易磨損部位均襯有氧化鋁耐磨陶瓷材料。支撐盤采用分體式設(shè)計(jì)，更換篩籃更加方便快捷。圖1.4VM1400臥式振動(dòng)離心機(jī)的結(jié)Fig.1.4InternalstructureofVM1400horizontalvibrating雙近機(jī)械的研究現(xiàn)雙近機(jī)械主要包括振動(dòng)離心機(jī)、慣性式篩、輸送機(jī)與給料振動(dòng)離心機(jī)參數(shù)的合理選擇是保證機(jī)器正常工作的重要條件，試驗(yàn)證明，當(dāng)不正確選擇參數(shù)時(shí)，有時(shí)會(huì)使物料不能正常排瀉，而當(dāng)物料排瀉速度過大時(shí)，則又不能獲得含水量較低的產(chǎn)品。椿[16]首先從部分物料顆粒著手，通過理論分析研究了物料正反向滑動(dòng)條件和平均滑行速度，并對(duì)振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行了闡述。黃鐘[17]采用日方法建立了物料在錐形篩籃內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)微分方程，在忽略環(huán)向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化條件下導(dǎo)出物料在篩籃內(nèi)的相對(duì)速度和停留時(shí)間公式，并在此基礎(chǔ)上推得計(jì)算生產(chǎn)能力、卸料功率和物料與篩籃間摩擦功率的解析式。在進(jìn)行振動(dòng)離心機(jī)動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，大多是將離心機(jī)簡(jiǎn)化為彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)加以研究，常見的動(dòng)力學(xué)模型為二自由度模型。椿[18,19]將非線性振動(dòng)理論中的漸近法應(yīng)用到具有分段線性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)離心機(jī)研究中，討論了動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算方法。陳海員[20]介紹了臥式振動(dòng)離心機(jī)的振動(dòng)體結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了動(dòng)力學(xué)模型，通過理論分析，得出了振動(dòng)模型主要參數(shù)的合理數(shù)值，并運(yùn)用有限元技術(shù)進(jìn)行了分析。文[21]通過無阻尼臥式振動(dòng)離心機(jī)的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，分析了主振彈簧因軸承溫度升高導(dǎo)致的幅頻特性曲線變化和殼體、篩籃振幅不穩(wěn)定的原因。[22]建立了臥式振動(dòng)離心機(jī)的有限元模型并進(jìn)行了力學(xué)仿真，得到了臥式振動(dòng)離心機(jī)的應(yīng)力應(yīng)變分布及振動(dòng)模態(tài)。[23]通過建立臥式振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)離心機(jī)的幅頻特性進(jìn)行了研究，并對(duì)臥式振動(dòng)離心機(jī)的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了有限元仿真，通過試驗(yàn)測(cè)試得到了篩籃的振動(dòng)模態(tài)及穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的加速度幅值。李迎喜[24]Pro/E軟件對(duì)臥式振動(dòng)離心機(jī)進(jìn)行參數(shù)化建模和可視化設(shè)計(jì)，在離心機(jī)的設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)，并對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行了有限元分析。[5]建立了物料質(zhì)量線性變化的振臥式振動(dòng)離心機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，分析了物料質(zhì)量線性變化對(duì)機(jī)器振幅的影響規(guī)律。總的來說，目前針對(duì)振動(dòng)離心機(jī)的理論研究偏少，且大部分集中在國內(nèi)。在其他近機(jī)械的研究方面，椿[26]結(jié)合模型試驗(yàn)從動(dòng)力學(xué)角度討論了篩的工作特性，進(jìn)而分析改善機(jī)器工作性能的一些措施。恕[27]在考慮強(qiáng)非線性的基礎(chǔ)上給出了雙質(zhì)量非線性篩振動(dòng)參數(shù)的計(jì)算方法，從定性和定量?jī)煞矫娣治隽藢?shí)際振動(dòng)過程，該方法不但能指導(dǎo)非線性篩及其同類振械等工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，而且指明了進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析的必要性并提供了計(jì)算動(dòng)載荷大小的精確公式。韓[28]以二級(jí)隔振的彈性連桿式振為對(duì)象，分析物料在工作機(jī)體上的滑行運(yùn)動(dòng)，確定了物料的非線性慣性力形式，建立了三自由度非線性振動(dòng)方程，并用漸近法求出其近似解析解。[29-32]在對(duì)弱非線性慣性式振進(jìn)行非線性動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，討論了其振幅的穩(wěn)定性，導(dǎo)出了臨界激振力的近似公式，并響應(yīng)曲線是否性的影響和振點(diǎn)的漂移情況，在合理動(dòng)力學(xué)參數(shù)組合的前提下通過引入控制技術(shù)，有效地提高了振振的工作機(jī)體和下的振幅穩(wěn)定性。楊小蘭[33]應(yīng)用非線性振動(dòng)理論將線性非振動(dòng)烘干機(jī)改進(jìn)為非線性近雙振動(dòng)烘干機(jī)，建立其力學(xué)模型與運(yùn)動(dòng)方程，求得振幅、幅角等參數(shù)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)振幅穩(wěn)定性與近實(shí)驗(yàn)，使工作點(diǎn)穩(wěn)定在頻率比Z0=0.9附近的近區(qū)，解決了現(xiàn)有振動(dòng)烘干機(jī)存在的工作點(diǎn)滑移、振幅不穩(wěn)、維修頻次高、功耗過大等問題。[34]對(duì)高振動(dòng)強(qiáng)度的雙振動(dòng)磨進(jìn)行研究，采用非線性變節(jié)距的主振系統(tǒng)可以適應(yīng)系統(tǒng)變頻調(diào)速與近的工作需求。[35]介紹了雙振動(dòng)落砂機(jī)在近區(qū)域的振動(dòng)工作狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)振 們也從電機(jī)同步性的角度對(duì) 械進(jìn)行了研究[36-40]彈簧非線性的研究現(xiàn)含有摩擦與碰撞的機(jī)械系統(tǒng)都存在物體間的接觸與分離、滑移與黏滯等現(xiàn)象。由于這些非光滑事件的存在，系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程不連續(xù)或分段連續(xù)，給非光滑事件的判斷和動(dòng)力學(xué)方程的求解帶來了新的[41]。許多振械中存在著間隙彈簧，利用這HSG型臥式振動(dòng)離心機(jī)和慣性式振動(dòng)篩等。這類振工作機(jī)體的振幅較線性振械穩(wěn)定得多，具有良好的工作性能15。2060年代，ewa[42]研究了非線性振動(dòng)系統(tǒng)，并提出非線性振動(dòng)系統(tǒng)與分段線性系統(tǒng)在某些方面有著類似的力學(xué)行為，如超諧響應(yīng)和振幅躍遷等。分段非線性是一種不可微、不連續(xù)的函數(shù)，通常采用數(shù)值方法和解析方法求解。近年來，國內(nèi)外學(xué)者利用數(shù)值方法對(duì)含間隙振動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與分岔、奇異性、概周期碰振運(yùn)動(dòng)及混沌控制等動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行了大量的研究[43-60]Shw43,44分析了碰撞振動(dòng)系統(tǒng)的周期運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性及穩(wěn)定域，揭示了分岔、穩(wěn)定域等系統(tǒng)特征對(duì)物理參數(shù)guyn[45]利用中心差分法對(duì)含有間隙的周期強(qiáng)迫振蕩器中存在的沖擊問題進(jìn)行研究，分析了激振頻率和其他物理變量對(duì)碰撞頻率和強(qiáng)度的影響。irigroch[48]利用數(shù)值方法對(duì)分段線性系統(tǒng)中由基礎(chǔ)激勵(lì)引起的混沌運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提出了一套完整的試驗(yàn)方法用于混沌運(yùn)動(dòng)測(cè)量，并通過分岔圖、曲線、功率譜圖驗(yàn)證了兩者的一致性。羅冠煒、謝建華[49-53]過Poinr等方法對(duì)含間隙的碰Kwmura[56]利用數(shù)值仿真和試驗(yàn)對(duì)單自由度和雙自由度碰撞系統(tǒng)中的間隙非線性進(jìn)行研究，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)忽略碰撞機(jī)構(gòu)質(zhì)量不利于揭示次諧波響應(yīng)等復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。e[57研究了含有非對(duì)稱恢復(fù)力的二自由度振動(dòng)系統(tǒng)，利用數(shù)值方法通過相圖，頻譜和Poincr討論了系統(tǒng)中存n低噪聲。[58]義rtz接觸理論建立了含對(duì)稱間隙結(jié)構(gòu)的碰撞振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，采用四unge-utta法進(jìn)行數(shù)值求解，通過分析不同頻率比、激振力幅值和間隙下的分岔圖、相圖、Poincaré圖和功率譜圖，對(duì)模型的非線性振動(dòng)特Yu[59,60]將多自由度振動(dòng)系統(tǒng)的單側(cè)碰撞問題轉(zhuǎn)化為線性互補(bǔ)問題(LCP)，利用也將此方法引入到多自由度系統(tǒng)的庫倫摩擦分析中，得到了與實(shí)際相符的非光滑特性。數(shù)值方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以全面得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如系統(tǒng)的主諧響應(yīng)，以及超諧、傳統(tǒng)的解析方法是指分析弱非線性振動(dòng)的近似解析方法，主要包括：P法、多尺度M法。這些方法的共同特點(diǎn)是把非線性系統(tǒng)的解表示為系統(tǒng)小參數(shù)的冪級(jí)數(shù)。Jzr62-64]等利用平均法對(duì)條件下分段線性隔振器的頻率響應(yīng)進(jìn)行討論，分析了主要系統(tǒng)參數(shù)的影響，所得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相吻合，同時(shí)，在振幅穩(wěn)定區(qū)內(nèi)對(duì)次級(jí)彈簧剛度和阻尼的最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行了研究，導(dǎo)出了隔振器的振幅階躍條件，為分段線性隔振器的有效設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。hoi[65]利用諧波平衡法并結(jié)合快速葉變換對(duì)單自由度系統(tǒng)的非對(duì)稱分段線性剛度特性進(jìn)行了研究。omprin[66]利用諧波平衡法求得分段非線性系統(tǒng)主的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，但是其解析解無法體現(xiàn)出次諧波，超諧波以及組合頻率。httrjee67]在考慮彈性和非彈性碰撞的基礎(chǔ)上利用諧波平衡法對(duì)諧波激振的硬式振蕩器中的沖擊阻尼效果進(jìn)行研究，得到了一個(gè)低振幅穩(wěn)態(tài)(I)和多項(xiàng)諧波平衡法(MB)等半解析半數(shù)值方法[68-84]，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于它既適合于強(qiáng)非線性系統(tǒng)，也適合于弱非線性系統(tǒng)，因?yàn)樗皇苄?shù)系統(tǒng)的限制。u[6970]首先提出了適用于非線性系統(tǒng)的增量諧波平衡法，并將該法成功用于周期振動(dòng)系統(tǒng)中的分段非線性特性的求解中。ong[72]利用增量諧波平衡法討論了單自由度分段線性系統(tǒng)中存在的諧波，次諧波，超諧波以及分岔等動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。Pun[74]利用增量諧波平衡法分析了二自由度的分段線性隔振器，詳細(xì)討論了系統(tǒng)中的剛度交叉頻率以及振幅階躍現(xiàn)象，并對(duì)質(zhì)量，剛度，固有頻率比，剛度交叉頻率在抑制區(qū)內(nèi)的影響進(jìn)行了u[76,77]利用增量諧波平衡法對(duì)非線性系統(tǒng)中的分段粘性阻尼進(jìn)行頻率響應(yīng)以及分岔混沌分析，所得結(jié)果得到了數(shù)值方法的驗(yàn)證。un[81-83]通過多項(xiàng)諧波平衡法(B)對(duì)彈簧預(yù)緊的分段非線性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，利用不同形式的解討論了系統(tǒng)中存在的主和次諧波。諧波平衡法應(yīng)用描述函數(shù)近似表示間隙非線性，一般都假設(shè)激勵(lì)和響應(yīng)為諧波函數(shù)，通過代入非線性方程后，同次冪系數(shù)相等的條件，得到響應(yīng)幅值和相位的近似表達(dá)式，雖然可以求得系統(tǒng)的多種解，但是所求得的結(jié)果依賴于方諧波形式的設(shè)定，因此，這種方法雖然概念直觀，易于應(yīng)用，但也存在一定的不足之處。橡膠是一種各向同性近似不可壓縮的材料，目前，關(guān)于橡膠有一些比較成本構(gòu)模型[85-90]。近年來，學(xué)者們的研究重點(diǎn)主要集中在橡膠隔振器等隔振結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性分析以及參數(shù)辨識(shí)上[91-100]。國內(nèi)外針對(duì)振動(dòng)離心機(jī)橡膠彈簧的研究偏少，[101]通。[102]介紹了離心用橡膠彈的工作特以及橡彈簧本身材特性，通橡膠彈簧動(dòng)剛度試驗(yàn)得出動(dòng)剛度在同條件下變化情。 [103]在橡膠彈簧本構(gòu)模型的基礎(chǔ)振動(dòng)摩擦的研究現(xiàn)振動(dòng)摩擦作為振動(dòng)利用工程的一個(gè)分支，在工業(yè)及人們的日常生活中發(fā)揮于前者，即機(jī)械系統(tǒng)中的摩擦問題，國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量的研究，并取得了豐碩的成果。而對(duì)于后者的研究，正在開始引起學(xué)者的重視和關(guān)注?；谡駝?dòng)與摩擦的內(nèi)在聯(lián)系，椿教授提出了值得進(jìn)行深入研究和發(fā)展的新學(xué)科“振動(dòng)摩擦學(xué)”。課題的主要研究?jī)?nèi)容包括在振動(dòng)工況下固體物件之間或固體的相互摩擦、干式松散物料之間的相互摩擦、含有液體的固態(tài)松散物料之間的相互摩擦[104-114]。在非線性振械和儀器設(shè)備中，有一部分是系統(tǒng)為了獲得良好的工效有意識(shí)采用的非線性特性，另有一部分則不是有意識(shí)地，而是在工作過自然地存在非線性的性質(zhì)。例如在某些振械中，為了使機(jī)體中的物料對(duì)機(jī)體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)或跳動(dòng)，就必須使振的系統(tǒng)中產(chǎn)生分段摩擦力和分段質(zhì)量的慣性力（滑行運(yùn)動(dòng)）或沖擊力和分段質(zhì)量的慣性力（拋擲運(yùn)動(dòng)），這是保證振械實(shí)現(xiàn)正常工臥式振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)問題較為復(fù)雜，振動(dòng)的不穩(wěn)定因素較多，根據(jù)離心機(jī)型號(hào)的不同，其系統(tǒng)往往含有間隙彈簧、剪切橡膠彈簧等結(jié)構(gòu)和材料的非線性特征，這直接影響到振動(dòng)離心機(jī)工作點(diǎn)的選取，同時(shí)，物料的性質(zhì)以及也關(guān)系到振動(dòng)離心機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性、篩面的磨損以及脫水效果。本文以非線性動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)摩擦學(xué)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地介紹了物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其對(duì)振動(dòng)離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，在考慮物料非線性和彈簧非線性的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值方法和以正交變換與漸近法為基礎(chǔ)的解析方法，對(duì)振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行詳細(xì)的闡述，然后通過有限元方法對(duì)離心機(jī)整機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析，形成了一套適用于指導(dǎo)振動(dòng)離心機(jī)設(shè)計(jì)與改進(jìn)的分析方法，利用該方法可以為評(píng)判振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性優(yōu)劣以及制定科學(xué)的工藝過程服務(wù)。建立物料在離心機(jī)篩面上的力學(xué)表達(dá)式，推導(dǎo)出物料的正向滑動(dòng)條件和平均HSG/VM1400振動(dòng)離心機(jī)中的橡膠彈簧進(jìn)行靜態(tài)剛度測(cè)試，通過理論計(jì)算與試驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的點(diǎn)頻率計(jì)算出橡膠板與減振塊的動(dòng)剛度，HSG/VM1400振動(dòng)離心機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)分析提供合理的參數(shù)依據(jù)。采用基于二次規(guī)劃的Lemke行研究，分析彈簧剛度比、間隙、阻等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響。利用數(shù)值和解析方HSG/VM1400振動(dòng)離心機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性，并將兩者結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，然后在此將物料對(duì)離心機(jī)的影響歸化為慣性力與阻尼力的形式，計(jì)算出物料在振動(dòng)離心機(jī)中的結(jié)合系數(shù)與阻尼系數(shù)，并在此基礎(chǔ)上分析振動(dòng)參數(shù)和摩擦因數(shù)的影響。根據(jù)篩籃內(nèi)的物料質(zhì)量和結(jié)合系數(shù)計(jì)算出離心機(jī)中物料的實(shí)際結(jié)合質(zhì)量，進(jìn)而分析物料對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。VM1400Hypermesh進(jìn)行有限元前處理，完成離心機(jī)的精細(xì)網(wǎng)格劃分，然后通過Ansys對(duì)整機(jī)進(jìn)行模態(tài)和諧響應(yīng)分析，研究離心機(jī)的根據(jù)振動(dòng)離心機(jī)的工作原理建立雙近試驗(yàn)臺(tái)，通過兩種工況模擬SG/VM1400振動(dòng)離心機(jī)的工作特點(diǎn)，利用動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)分析近試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)特性以及電機(jī)同步性特點(diǎn)。通過解析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證文中所采用的解析方法與所測(cè)動(dòng)剛度的正確性。2既可以使篩面上的物料均勻地向前移動(dòng)，又可以促使篩面的物料層松散，便于物料中水分的排出。同時(shí)，物料層的抖動(dòng)也有助于清理篩面，防止堵塞。改變篩籃的振幅和振動(dòng)頻率，可以調(diào)節(jié)物料移動(dòng)的速度，從而根據(jù)物料的性質(zhì)來調(diào)節(jié)它在離心機(jī)中的脫水時(shí)間。液分離設(shè)備，其主要采近技術(shù)，將參振分成兩部分，這樣不僅可以減少單個(gè)的參振質(zhì)量，也在一定程度上降低了對(duì)材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度的要求，同時(shí)使動(dòng)力傳遞到旋轉(zhuǎn)的主軸上，保證篩籃等內(nèi)部件獲得理想的振幅，與此同時(shí)，外參數(shù)，而為了合理地選擇這些參數(shù)，就必須首先分析物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在振動(dòng)離心機(jī)中，物料呈間歇性滑動(dòng)，即在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，物料沿篩面的正向滑篩籃大端c分離因數(shù)是指物料所受的向心加速度2r與重力加速度gc Kcc cc cc

式中rc、dcc——篩籃轉(zhuǎn)動(dòng)角速——當(dāng)確定dc后，轉(zhuǎn)速為π2dπ2d

d π2

ccdc從公式(2.1)可以看到提高分離因數(shù)的途徑，由于分離因數(shù)Kcc呈正比，因此增大篩籃半徑可以提高分離因數(shù)，但是當(dāng)篩籃半徑增大后，篩籃的應(yīng)力狀態(tài)KccKc會(huì)得另外消耗也相應(yīng)地增大。k式中vr——k方向與vrvr按角速度c90o。哥氏力Fk按下式確定

Fk Fk0從理論上分析，哥氏力在離心機(jī)中確實(shí)存在，而且對(duì)物料在離心機(jī)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也有一定的影響。但在一般設(shè)計(jì)計(jì)算中，由于其計(jì)算復(fù)雜且影響較小，因此常忽略不計(jì)。臥式振動(dòng)離心機(jī)的主軸為臥式安裝。它的工作面為帶有篩孔的截錐篩籃，篩籃內(nèi)部需要脫水的物料在離心力的作用下，其中水分從篩籃的篩孔中甩出，由于篩籃的軸向振動(dòng)，物料從篩籃的小端逐漸向大端移動(dòng)，并從大端排出。物料在篩籃內(nèi)的受力情2.1所示。2.1Fig.2.1ForceysisofmaterialinsieveFm2r（m為篩籃回轉(zhuǎn)的角速 c rc為物料所在位置的半徑G=mg（因與離心力相比很小，所以cccPm2sintcos+m2r-gsinc式中——cFfsm2rgcosm2sintsin，當(dāng)xccFfm2rgcosm2sintsin，當(dāng)xc式 fs——物料對(duì)篩籃的靜摩擦因數(shù)f——滑行指數(shù)與拋擲指數(shù)的計(jì)是物料對(duì)篩籃錐面的正壓力Fn應(yīng)大于零，即由式(2.6)得cm2rgcosm2sintsinc當(dāng)sint1時(shí)，式(2.6)式中D——

mcDc

gcos1Dc2rgcotc

為了使物料與篩籃錐面經(jīng)常保持接觸，由式(2.8)D1Dx方向(2.1)fsFn相等時(shí)，物料c sc s式中，等號(hào)左邊最后一項(xiàng)的 ”號(hào)表示正向滑動(dòng)，而“＋”號(hào)表示反向滑動(dòng) c簡(jiǎn)，可以求得物料開始正向滑動(dòng)和反向滑動(dòng)的滑始角 和 ，k0arcsin

式 Dk0——正向滑行指數(shù)Dq0——反向滑行指數(shù)

Dk0 cDq0 c

cotscots由式(2.10)看出，正向滑始角k0在0o~180o范圍內(nèi)，而反向滑始角q0在Dk01，由于反向滑行對(duì)離心機(jī)來說沒有實(shí)際的意義，所以通常取反向滑行指數(shù)Dq01Dq01。正向滑行理論平均速度的近似計(jì)在近似計(jì)算正向滑行理論平均速度時(shí)，以下面兩個(gè)假定條件為基礎(chǔ)：(1)物料沿圓周方向相對(duì)速度甚小，因而可以忽略；(2)在每次滑動(dòng)過rc的值變化不大，因而rc可視為常數(shù)。cx2sintcos+2r-gsinccf2rgcos2sintsinc式中f————xcos cossin cos 1

k0其 sink

，Dk c

cot式中k——參照式(2.12)，當(dāng) m0時(shí)，可得正向滑行與反向滑行的終結(jié)條件cosk0cosm0sinkm0k0 m0或(e0m0或(e0180 k0或(q0180o)/(o2.2正向滑始角k0、正向滑止角m0PkmFig.2.2Relationcurvesoftheforwardslip-beginanglek0,slip-endanglem0andspeedfactor當(dāng)正向滑始角k0及假想正向滑始角k按式(2.10)和式(2.12)求得后，便可按 查出正向滑止角m0x m0xdtm0cos cos

cossin k0cos cos sin2 sin2其

k0sin2sin

速度系Pkm2.2查出。v 11ftan 0 式中————振動(dòng)頻率，rad/sfs0.4~0.6f0.15~0.4正向滑行理論平均速度的精確計(jì)rc的變化，rcr0xsin

式中r0————x——x2sintcos+2rxsin-

sin fc20rxsingcos2sintsin cos

x

sincos

2rg

2coscos

sintc 2sinsinc 0cos sin 0

cos

cr0代入式(2.18)

q2coscos 0式(2.19)為二階線性非齊次微分方程式。由式(2.18)看出，對(duì)于振動(dòng)離心機(jī)，通常較大，所以2為正值。這時(shí)，方程(2.19)有以下形式的解，也就是相對(duì)位移x具0xCsintCcostq0 sin 2 式中C1、C2——C1和C2是由初始條件決定的。當(dāng)t0k0x0x0正向滑動(dòng)的瞬時(shí)，相對(duì)位移和相對(duì)速度均等于零。將

k0代入式(2.20)CsintCcostq0 sint 0 0 2 q q0CcostCsint cost 01 0 2 0

2 C1 sintsint costcost 02 2

2 10

0 0 0

0 C2

sin

cost sin

0 0

0 0 將C1和C2代入式(2.20)xq01costt 2 0 2 sintcostt

costsinttsin

xq0sintt sintsintt 22 costcost0cos0tt0 當(dāng)ttm時(shí)，正向滑動(dòng)才告終止，將t代替式(2.24)t，取x0 q22 cos cos0 0sin 0 0 0 km式中m——k——正向滑動(dòng)正向滑始角 可由式(2.10)求 D D

，

c0很小時(shí)，則式(2.25)cosk0kcosk0ksin q q其 kD

2

cot

c 當(dāng)k0與k按式(2.10)和式(2.27)求出后，滑動(dòng)角k和滑止角m可按2.2查出。正x2cos

sinsin

22

0

00cos

2 22 cos0 0 k k

0當(dāng)22時(shí)，則式(2.28)可簡(jiǎn)0cos

xk

kcosk0sink0sink0kksinkcos cos cos sin2 sin2其

k0sin2sin

只要計(jì)算出k0和k，便可求出正向滑行的相對(duì)位移xk。 3cos 22k2πk2π22cos

sin0ksink0

0 22

kcos0

2D0

kf來代替tan，則式(2.30) 1f 221vkcos cosk0sin0ksink0 2 220 0220

k cos0ksink0k

20D kvva 動(dòng)離心機(jī)的篩籃為例分析振動(dòng)參數(shù)和摩擦因數(shù)對(duì)物料滑動(dòng)的影響。篩籃大徑1400mm，小徑978mm，半錐角15o，振幅=2mm，振動(dòng)=25Hz，篩籃轉(zhuǎn)速c280r/min。假定k0k，令篩籃大端和小端的正向滑始角k1，k2。根據(jù)式(2.26)可以分別計(jì)算出篩籃大端和小端的正向滑止角m1，m2，然后由式(2.31)和式(2.32)可以得到物料正向滑動(dòng)的平均速度vm。振幅對(duì)物料摩擦角和滑行速度的影2.3()()1m，2mm，3mmf對(duì)物料摩擦角的影響，從中可以發(fā)現(xiàn)，物料的大端和小端的正向滑始角均隨著摩擦因數(shù)的增大而增大，而正向滑止角則隨著摩擦因數(shù)的增大不斷減小，這說明在相同振幅下，料在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)的滑動(dòng)角就越小。物料在篩籃的小端更容易出現(xiàn)滑動(dòng)，這主要因?yàn)槲锪显谛《耸艿降碾x心力較小，而這種差別在低摩擦因數(shù)條件還不是很明顯，但90o處出現(xiàn)交匯并保持不變，這說明在此參數(shù)條件下，摩2.3(d)為振幅對(duì)物料滑行速度m的影響，通過五個(gè)振幅條件下的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，增大篩籃振幅可以明顯加速物料的滑動(dòng)。物料摩擦角(a)振幅 (b)振幅物料摩擦角(c)振幅3mm (d)物料滑行速度圖2.3振幅對(duì)物料摩擦角和滑行速度的影響Fig.2.3Impactofamplitudeonmaterialfrictionangleandsliding振動(dòng)頻率對(duì)物料摩擦角和滑行速度的2.4()~()所示為篩籃振動(dòng)頻率23z25z27Hzf對(duì)90o處出現(xiàn)交匯并保持不變，這說明在此條件下，物料難以出現(xiàn)正向滑動(dòng)，而是基本與篩籃作為一個(gè)整體進(jìn)行振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率增大時(shí)，交匯點(diǎn)逐漸延后。綜上所述，篩籃振動(dòng)頻率直接影響物料的滑動(dòng)，振動(dòng)頻率越大，物料越容2.(d)為振動(dòng)頻率對(duì)物料滑行速度m的影響，通過五個(gè)頻率條物料摩擦角物料摩擦角物料摩擦角物料滑行速度vm(a)振動(dòng)頻率 (b)物料摩擦角物料滑行速度vm振動(dòng)頻率27Hz (d)物料滑行速度圖2.4振動(dòng)頻率對(duì)物料摩擦角和滑行速度的影響Fig.2.4Impactofvibratingfrequencyonmaterialfrictionangleandsliding轉(zhuǎn)速對(duì)物料摩擦角和滑行速度的影2.5()()所示為篩籃轉(zhuǎn)速c240r/min，280r/min，320r/min時(shí)摩擦f對(duì)物料摩擦角的影響，從中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)篩籃轉(zhuǎn)速較大時(shí)，隨著摩擦因數(shù)的增大，物料的正向滑始角與滑止角在90o處出現(xiàn)交匯并保持不變，這說明在此條件下，匯點(diǎn)逐漸延后。綜上所述，篩籃轉(zhuǎn)速直接影響物料的滑動(dòng)，轉(zhuǎn)速越大，分離因數(shù)越大，2.5(d)為篩籃轉(zhuǎn)速cm的影響，通過五個(gè)轉(zhuǎn)(a)轉(zhuǎn)速c (b)轉(zhuǎn)速c

摩擦因數(shù)2.5Fig.2.5Impactofrotatingspeedonmaterialfrictionangleandsliding振動(dòng)離心機(jī)算f0.3VM1400為振幅對(duì)物料正向滑2.1Tab.2.1ImpactofamplitudeontheTab.2.1Impactofamplitudeontheslidingindicesinbig-endofsieve 數(shù)D 數(shù)Dq0D1232.2Tab.2.2Impactofamplitudeontheslidingindicesinsmall-endofsieve正向滑行 正向滑行 振幅D1232.3Tab.2.3Impactofamplitudeontheforwardsliding振幅平均速vm123物料在篩面上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響臥式振動(dòng)離心機(jī)的分離效果和生產(chǎn)能力，本章從部分物料顆粒入手，建立物料在篩面上的力學(xué)表達(dá)式，推導(dǎo)出物料的正向滑動(dòng)條件V1400振動(dòng)離心機(jī)為例進(jìn)行分析計(jì)算。振動(dòng)離心機(jī)中物料的拋擲指數(shù)和反向滑動(dòng)指數(shù)均小于1，因此，在實(shí)際工作過物料的滑行狀態(tài)主要受摩擦角影響，由分析可知，物料與篩面間的摩擦因數(shù)越小，越容易出現(xiàn)滑動(dòng)。由于半徑較小，物料在篩籃小端的滑動(dòng)性更好。當(dāng)振幅較小時(shí)，物料的摩擦角會(huì)出現(xiàn)無解的情況，這說明此時(shí)物料不會(huì)出現(xiàn)正向滑動(dòng)。隨著振幅的提高，物料的滑動(dòng)角逐漸增大，滑動(dòng)速度加快。增大振動(dòng)頻率和降低轉(zhuǎn)速也有類似效果，但相比之下振幅的影響更為顯著，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中主要通過調(diào)節(jié)篩籃振幅改進(jìn)振動(dòng)離心機(jī)的脫水效率。3橡膠彈簧是振動(dòng)離心機(jī)中的元