【doc】振动圆锥破碎机的动力学响应分析

【doc】振动圆锥破碎机的动力学响应分析 振动圆锥破碎机的动力学响应分析 第27卷第3期 2006年9月 河北科技大学 JournalofHebeiUniversityofScienceandTechnology Vo1.27,No.3 Sept.2006 文章编号;1008-1542(2006)03—0230—04 振动圆锥破碎机的动力学响应分析 赵月静,彭伟,侯书军,秦志英,王慧 (河北科技大学机械电子工程学院,河北石家庄050054) 摘要:对振动圆锥破碎机动力学方程应用解刚性方程的吉尔法(m.gear)和ode23tb进行动力学响 应分析,得到不同参数下的动力学响应曲线;分析这些曲线,得到使系统性能最优的结构参数,为化 简后进一步分析该系统打下基础. 关键词:振动圆锥破碎机;超细破碎;MATLAB 中图分类号:THll3.1文献标识码:A Dynamicsequationsanalysisofthevibration——cone——crusher ZHAOYue—jing,PENGWei,HOUShu—jun,QINZhi—ying,WANGHui (CollegeotMechanicalandElectronicEngineering,HebeiUniversityofScienceandTechno logy,SiazhuangHebei050054,China) Abstract:Conductnumericalsimulationbyanalysingitsdynamicsanensureitsperfectperfor mance.Solvingstiffequation method—mgearandode23tbwithits12degreesdynamicsequation,anlyseitsdynamicsresponsesand getsomeresponsecurves. Analysingthesecurves,welaythefoundationofsimplifythesystem. Keywords:vibration—cone—crusher;supertinycrush;MATLAB 矿物的破碎磨碎作业能耗极高,破磨领域节能意义重大?.振动圆锥破碎机是实现超细破碎的节能型设 备,可破碎高强度物料,磨损小,生产效率高口].但与其他类型破碎机相比,振动圆锥破碎机是一种特殊的刚散 强耦合非线性振动系统,动力学特性十分复杂.进行动力 学分析和设计,是获得性能优,效率高的破碎设备的前提. 1振动圆锥破碎机的动力学方程 振动圆锥破碎机主要由动锥和定锥组成,动锥通过主 振弹簧(K.)与定锥相连,定锥通过隔振弹簧(K)与地基相 连,动锥和定锥2个刚体均做空间自由运动:X,Y,方向的 平动和绕,Y,方向的转动,各有6个自由度,分别为z., Yl,1,a1,,',1和2,Y2,2,a2,,',2.图1为系统的动力 学模型,利用拉格朗Ft方法建立了系统的动力学方程]. 为了求其数值解,还需转化成 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的状态方程组. 设 图1简化的动力学模型 Fig.1Simplifiedforcemodeling z:[123456789ZlO1ll2l31415l61718Z192o21222324]T= 收稿日期:2005—04—07}修回日期;2005—12—16}责任编辑:冯民 基金项目:河北省教育厅基金资助项目(2004106)}河北省博士基金资助项目(01547011D) 作者简介:赵月静(1974一),女,河北安国人,讲师,硕士,主要从事非线性振动利用,机电一体化与控制等方面的研究. 第3期赵月静等振动圆锥破碎机的动力学响应分析23l [z主YZl乏a占',32主Y乏a占扫y2j,], 之一[乏乏乏.乏乏乏乏乏.乏.乏.乏乏之乏乏乏之乏.乏.乏.乏乏乏乏]一 Lx,321YlYlZl1口1口1卢1卢1',l',1322322YzYzZ22口2口2卢2',2',2], 求得标准状态方程组如下: 1===222, [一(z一322)一4k(一322)+4忌h,fl,一4k2+.聊+2m.e~o0so~ti'一 oPsincot71+oesln,1+oeCOS,], 3:==Z4, ? 8:== [一c(1一Y2)一4k(1一Y2)一4khi口1+4kh2口2+.H占1+2m.ecosin~oti'1+ oe~osincot71一oeoos,1+oesin,], 5===Z6, [一1(1一2)一4k:l(1一2)一.g一2m.ewcoswta'1—2m.Psin1+ m.Psinwta1一.eo)COScotfl,一m1g一.esinwta.1+.ecos!], 7:==z8, oH+J, 1.. .m +oesint[一c,1(ai一口2)+2m.Pwsin1一.Pwsin2cota1一.esintz1Jr 2cotfl1一m.eHcos,1+.PHsincot+2m.PHsin,1--m.gesin,一.岁1H一 4kl h1(1--Y2)+(4k l hih2+4k:l d)a2+(oel1)Hcoswt--mogecoso~t)7l一 (4kd+.gH+4k})口l, Z9一ZlO? Z ' l0--孑1[一(一)+2moeZ wcoszo)t占i--moeZcosin2o)1--moecoswt兰+ 1 .P2sin21+.PHsin,-mo2Hc.s,一2moemHc.s,l+.gPc.s,+m0芏1H+ 4kz l h1(z1--322)+(4k l hih2+4k l c)+(oeo)Hsinwt--mogesincot)71一 (4k:c+.gH+4kj), Zl1:==Z12? [一c口l(',1一y2)一m.ecos,1+.esin,1一.eHsin!一.eHcosta"1+ (4k1c+4k1d)(72一',1)一.gesin~ot/?l一.gecoseta1, 13一Zl4, Z ' l4:[一主2--Cx1(主一主)一(4忌+4忌)z+4忌+(4忌+2忌)一4忌], 乏15一16,. ~ ' 716:[一Y'2--Cy1(2一)一(4忌+4忌)2+4忌一(4忌2+22)口2+4忌l口], 乏17一18, 之s一[一乏2--Cz1(乏一乏)一(4忌:+4忌)+4忌一g], f20' 2--C,1(占2一Il'1)+(4忌hih2-t-4k:d)口1一 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (4k;-t-4k;-t-4k:d-t-4k:s)口2-t-4kh2Y1—4kh2Y2—4kh2Y2],(2O) Z21一Z22,(21) 一 rL 一 . 232河北科技大学2006篮 Z22[--Cp2~2Cp1(扫2一扫1)十(4h2^1+4k.c)卢l一(4k:C2+4k^;+4k^;+4kr)一' ,... 4k l h2xl+4k 1 h2x2+4k2 h2x2], , Z23===Z24? 1 Z24=[--Cq22--Cql(2一1)十(4C2+4kd2)yl一(4kS2+4kr2+4kC2+4kd2)72. 2 把以上的24个方程写成矩阵的形式为M()之一A()z十B(). 2振动圆锥破碎机的动力学响应 (22) (23) (24) (25) 在不考虑物料破碎力的情况下,空载状态下振动圆锥破碎机的动力学方程已经建立.从式(25)中可以看 出,微分方程组中的矩阵是关于时间t变化的,因此不能用传统的龙格库达法(runge-kutta)去求解,而需要用求 解刚性方程的方法求解,给定方程组中的参数,就可求得系统的动力学响应.其中一组参数如下所示: o=50kg,ml1DOkg,7//2—420kg,e=201TllTI,J一5.56kg?1TI,y, -- -- 5.56kg?1TI,, 一9.62kg? In,J43.66kg?In,I, 一43.66kg?In,I,=76.13kg?In,k一4×10N/m,k一4×10N/m,k:,一 8×10N/m,k2—6×10N/m,k2—6×10N/m,k:2—12X10N/m. 为了分析定锥,动锥的运动行为,以及二者质心的运动轨迹,用MAPLE中的刚性吉尔法(mgear)方法 对式(2)进行数值求解,得到动锥和定锥的时间响应(见图2一图8). 4.54.554.64.654.74.754.84.854.94.955 t/s 图2动锥和定锥X方向的时间历程 Fig.2x-orientationtimecourseofthemovingcome andthestablecone t|s 图4动锥和定锥z方向的时间历程 Fig.4z-orientationtimecourseofthemovingcone andthestablecone 6 4 2 O 4.54.554.64.654.74.754.84.854.94.955 ',s 图3动锥和定锥Y方向的时间历程 Fig.3y-orientationtimecourseofthemovingcone andthestablecone 2.5 , 1.5 1 —0.5 0 - 0.5 — 1 — 1.5 一' - 2.5 4.54.554.64.654.74.754.84.854.94.955 tls 图5动锥和定锥a方向的时间历程 _orientationtimecourseofthemovingcone Fig.5口 andthestablecone 盎H旨孓 暑_口,H 第3期赵月静等振动圆锥破碎机的动力学响应分析233 图6动锥和定锥p方向的时间历程 Fig.6~-orientationtimecourseofthemovingcone andthestablecone 分析得到如下结论: 1)动锥和定锥的运动均为简谐振动,但二 者的振动存在一定的相位差,为非同步振动; 2)动锥的位移和速度都较大,在振动系统 中起主导作用,振动破碎机主要靠动锥的碾压 和碾压冲击来破碎物料; 3)系统在z方向和绕z轴的转角几乎是 在某一平衡位置不动的,水平面的振动为系统 的主要振动,不考虑物料的作用,系统运动轨 迹为水平面圆运动,这就为简化系统提供了依 据. 3结论 通过对方程进行动力学响应分析,可画出 定锥和动锥的运动轨迹,改变系统各个参数的 大小,便可求出参数的变化对系统性能的影 O - 0.O2 . 0.04 ? 0.06 . O.O8 一 O.1 一 O.12 ,I 一 ? - _ y2 / Ilj1.tl_J. 4.54.554.64.654.74.754.84.854.94.955 t/s 图7动锥和定锥y方向的时间历程 Fig.7~-orientationtimecourseofthemovingcone andthestablecone 图8动锥和定锥质心轨迹图 Fig.8Cemtroidtrackofthemovingcone andthestablecone 响,从中选择合适的参数,使整机的性能最优,效率最高.另外,由于12个自由度的系统比较复杂,如果考虑 物料的作用,系统变得非常复杂.在破碎力的作用下分析简化的系统,更加符合实际的破碎机系统,能反映 出更丰富的动力学行为. 参考文献: ,徐秉权.粉碎工程的节能问题初探[J3.粉碎工程,1991,(4):1.2. [13王洪勋 [23郎宝贤,朗世平.圆锥破碎机[M3.北京:机械工业出版社,1998. [33张军翠.振动破碎过程的非线性动力学分析[D3.石家庄:河北科技大学.2004. [43赵月静,彭伟,侯书军.振动圆锥破碎机的动力学模型[J].矿山机械,2005,(7):13—15