回转振动机械动力学建模及应用

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1、回转振动机械动力学建模及应用导师：胡继云博士学生：邵洪涛报告内容本课题研究的目的及意义国内外的研究现状课题研究的内容进度安排参考文献1.研究的目的及意义振动机械是从20世纪后半期开始迅速发展的一类机械，它是利用振动原理来完成各种工艺过程，诸如物料的输送、筛分、脱水、冷却和干燥、仪器、机器及其零部件的测试等。广泛应用于食品加工、煤炭、石油化工、水利电力、化工、建筑、建材、交通运输等工业部门[1]。回转振动机械是振动机械中一种比较常见的设备，在各个行业的使用也日益增多，并发挥越来越重要的作用，新用途的产品

2、也不断涌现[2]。为了使这类机械获得更有效的使用和促进其进一步的发展，对它们工作理论、设计计算方法等的研究是十分必要的，特别是随着现代科学技术和计算机技术的迅速发展，应用最新的科学技术，对该类振动机械进行全面和系统的动态设计，是保证其可靠和高效运行的重要措施和必要手段。本课题将根据实际的回转振动机械建立力学模型，求出动力学方程，进行稳态分析、数值计算和结果分析。同时，考虑驱动电机瞬态特性与机械系统瞬态过程的耦合，建立系统的机电耦合数学模型，以提高模型精度。通过对模型的数值仿真和分析，揭示系统瞬态过程的

3、实质，研究系统主要参数对系统瞬态特性的影响，为改善回转振动设备的瞬态过程提供理论依据。不但有重要的工程意义，也可促进机械设计基础理论在应用领域的发展。2.国内外目前研究现状2.1振动机械的力学模型振动机械系统的振动特性和动力学参数决定了设备的工作性能。按照力学特性可分为线性非共振类振动机、线性近共振类振动机、非线性振动机和冲击式振动机，按照振动质体的数目可分为单质体和双质体两大类。对工程中常用的机械设备通常采用单质体集中质量力学模型[3-5]，对有二次隔振功能的振动机和弹性连杆式振动机，通常采用双质体

4、集中质量力学模型[6-7]，在研究振动机的摆振问题时，采用连续体力学模型[8-9]，对于大型振动机械机构的弹性力学模型，大都采用离散化数值方法，例如有限元法[10-12]。近年来，随着信息科学和非线性科学的发展，机械动力学的研究内涵更加深入，其特征就是在系统的建模阶段计入各种重要而又复杂的非线性因素、柔性因素、边界与结合部效应，应用非线性动力学分析与仿真技术研究系统的大范围动力学特性。基于对系统动力学的深刻理解和采用最新的优化方法实现系统的动力学设计，对系统实施各种主动控制乃至智能控制的相互耦合问题，

5、采用各种最新的信息提取和分析方法对系统进行状态监测和故障诊断[13-18]。2.2机电耦合理论科学研究表明，复杂系统的宏观动力学行为既依赖于各个子系统本身的运动特性，又与子系统间的相互作用密切相关。子系统之间运动耦合作用的强弱能直接影响复杂系统运动的特征及运动状态的变化，可以导致系统形成新的运动结构[19-21]。研究系统中耦合作用的特征、耦合作用对系统动力学行为的影响是复杂系统科学的重要内容[22-24]。从电动机发明开始即已产生机电耦合的现象，研究机电耦合传动系统的动力学问题的基本理论—拉格朗日分

6、析力学和麦克斯韦的电磁场理论也早以形成，到电机系统的派克模型建立、电机拖动理论和过度过程理论逐步成熟、转子动力学的基本理论出现，从理论上已经具备了研究传动系统中的机电耦合问题的基本条件[25]。从上世纪初，已经开始出现一些零星的研究工作，但是直到60年代，还没有较系统深入的研究成果出现。现今随着各国对工业应用研究的日益重视和非线性微分方程理论、计算数学和计算机技术的蓬勃发展，利用机电耦合研究振动系统的成果也日趋增多[26-31]。3.研究的主要内容第一机械系统分析和建立力学模型，求出系统的动力学方程初

7、步考虑单电机驱动的平面回转振动机械采用矩阵法建立力学模型第二建立系统的机电耦合数学模型采用鼠笼式三项异步交流电动机驱动建立其状态方程，与机械系统动力学方程进行耦合第三瞬态分析、数值计算和结果分析采用四阶五级Runge－Kutta算法第四实验验证传感器电荷放大器数据采集系统微机回转振动机械4.进度安排2006年09月~2006年12月确定课题、查找相关文献、完成开题报告2007年01月~2007年05月机械系统分析和建立多刚体力学模型，求出系统的动力学方程2007年06月~2007年08月建立系统的机电

8、耦合数学模型2007年09月~2007年10月瞬态分析、数值计算和结果分析2007年11月~2007年12月实验验证2008年01月~2008年03月完成学位论文初稿2008年04月~2008年05月准备答辩5.参考文献[1]闻邦椿，刘树英.振动机械的理论与动态设计方法[M].北京：机械工业出版社，2001，71-133.[2]闻邦椿、刘凤翘、刘杰编著.振动筛、振动给料机、振动输送机的设计与调试[M].北京：化学工业出版社，1989.[3]闻邦椿.平面单