柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性及動(dòng)平衡分析.pdf

1、現(xiàn)代造紙?jiān)O(shè)備的特點(diǎn)是連續(xù)、高速、復(fù)雜、大型、自動(dòng)化程度高，對(duì)紙機(jī)運(yùn)行的車(chē)速要求也隨生產(chǎn)的發(fā)展而越來(lái)越高。而輥筒作為造紙機(jī)上最普遍的結(jié)構(gòu)部件，它的轉(zhuǎn)速制約著車(chē)速的提高，而影響整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)效率。輥筒轉(zhuǎn)速主要受其動(dòng)態(tài)特性的影響，當(dāng)輥筒工作轉(zhuǎn)速在其臨界轉(zhuǎn)速的附近時(shí)，由于動(dòng)態(tài)響應(yīng)造成了輥筒無(wú)法進(jìn)行穩(wěn)定工作，雖然可以采取各種動(dòng)平衡方法，但由于缺乏對(duì)輥筒動(dòng)態(tài)性能的系統(tǒng)研究而使其現(xiàn)場(chǎng)平衡效果不理想。當(dāng)輥筒轉(zhuǎn)速超過(guò)其第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，形成柔性轉(zhuǎn)子狀態(tài)，而

2、柔性轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)響應(yīng)與其不平衡量的大小和相位有關(guān)，還與轉(zhuǎn)子本身的特性、支承條件和轉(zhuǎn)速等有密切的關(guān)系，加之校正面設(shè)置的可能性與理論分析有出入等因素，使柔性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡成了一項(xiàng)費(fèi)時(shí)又不容易取得滿意效果的工序。因此必須首先對(duì)造紙機(jī)輥筒的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究，掌握基本的研究方法和思路，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)平衡方法的選擇和試驗(yàn)，在現(xiàn)有條件下為進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。 目前柔性轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)特性研究方法主要有兩種：即傳遞矩陣法和有限元法。傳遞矩陣法通

3、常稱(chēng)為Prohl傳遞矩陣法，它能夠考慮支承彈性、油膜彈性、陀螺力矩、變截面等因素，逐步成為解決轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有效數(shù)值方法。傳遞矩陣法優(yōu)點(diǎn)在于傳遞矩陣的維數(shù)不隨系統(tǒng)自由度的增加而增加，可以在感興趣的頻段內(nèi)選擇求解臨界轉(zhuǎn)速，而且各階臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法完全相同。但用于求解高速大型轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，有可能出現(xiàn)計(jì)算精度低和數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此出現(xiàn)了Riccati傳遞矩陣法，它保留了Prohl傳遞矩陣法的優(yōu)點(diǎn)，且數(shù)值上比較穩(wěn)定，計(jì)算精度高。但是，

4、應(yīng)用Prohl傳遞矩陣法與Riccati傳遞矩陣法計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，都采用二分法迭代尋找，當(dāng)選取迭代步長(zhǎng)較大時(shí)，易產(chǎn)生丟根現(xiàn)象；步長(zhǎng)太小將增加迭代時(shí)間，耗費(fèi)機(jī)時(shí)。有限元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理方程的一種數(shù)值計(jì)算方法，可以直接從轉(zhuǎn)子的物理模型出發(fā)，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行離散化，再對(duì)離散化模型作嚴(yán)格的數(shù)學(xué)處理，通過(guò)構(gòu)造不同的形函數(shù)，較真實(shí)地模擬物體的形狀。和傳遞矩陣相比，有限元法雖需占用更多的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)與機(jī)時(shí)，程序比較復(fù)雜。但是計(jì)算結(jié)果精度高，而且可

5、以避免傳遞矩陣法中可能出現(xiàn)的數(shù)值不穩(wěn)定和漏根現(xiàn)象。 本文首先綜合分析了單圓盤(pán)轉(zhuǎn)子和多圓盤(pán)轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性，研究了渦動(dòng)、陀螺力矩等因素的變化度柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響。以造紙機(jī)的主要部件-輥筒為研究對(duì)象，對(duì)其動(dòng)態(tài)性能和動(dòng)平衡方法進(jìn)行了研究。利用Prohl傳遞矩陣法，首先選定輥筒參數(shù)后，結(jié)合MATLAB軟件進(jìn)行了計(jì)算。本文主要包括以下幾個(gè)方面： 1、研究單盤(pán)轉(zhuǎn)子和多盤(pán)轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性，尋找適合本課題的相關(guān)研究方法； 2

6、、選定研究對(duì)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輥筒參照物，確定各項(xiàng)力學(xué)、物理參數(shù)； 3、采用集總質(zhì)量法將連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化處理； 4、確定離散后各點(diǎn)質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，建立傳遞矩陣模型，并進(jìn)行矩陣運(yùn)算； 5、在MATLAB中代入各有關(guān)參數(shù)求解矩陣和非線性高階方程，得到輥筒轉(zhuǎn)子的低階臨界轉(zhuǎn)速； 6、采用UGNX軟件進(jìn)行輥筒轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析，求得其相應(yīng)各階振型； 7、分析主要的動(dòng)平衡原理和適合輥筒的研究方法。 通過(guò)研究，