柔性轉(zhuǎn)子動力特性及動平衡分析.pdf

1、現(xiàn)代造紙設(shè)備的特點是連續(xù)、高速、復(fù)雜、大型、自動化程度高，對紙機運行的車速要求也隨生產(chǎn)的發(fā)展而越來越高。而輥筒作為造紙機上最普遍的結(jié)構(gòu)部件，它的轉(zhuǎn)速制約著車速的提高，而影響整個設(shè)備的生產(chǎn)效率。輥筒轉(zhuǎn)速主要受其動態(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，由于動態(tài)響應(yīng)造成了輥筒無法進行穩(wěn)定工作，雖然可以采取各種動平衡方法，但由于缺乏對輥筒動態(tài)性能的系統(tǒng)研究而使其現(xiàn)場平衡效果不理想。當(dāng)輥筒轉(zhuǎn)速超過其第一臨界轉(zhuǎn)速時，形成柔性轉(zhuǎn)子狀態(tài)，而

2、柔性轉(zhuǎn)子的不平衡振動響應(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)子的動平衡成了一項費時又不容易取得滿意效果的工序。因此必須首先對造紙機輥筒的動態(tài)性能進行研究，掌握基本的研究方法和思路，并在此基礎(chǔ)上進行動平衡方法的選擇和試驗，在現(xiàn)有條件下為進一步研究打下基礎(chǔ)。 目前柔性轉(zhuǎn)子的動態(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)子動力學(xué)問題的有效數(shù)值方法。傳遞矩陣法優(yōu)點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)速的計算方法完全相同。但用于求解高速大型轉(zhuǎn)子動力學(xué)問題時，有可能出現(xiàn)計算精度低和數(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，且數(shù)值上比較穩(wěn)定，計算精度高。但是，

4、應(yīng)用Prohl傳遞矩陣法與Riccati傳遞矩陣法計算臨界轉(zhuǎn)速時，都采用二分法迭代尋找，當(dāng)選取迭代步長較大時，易產(chǎn)生丟根現(xiàn)象；步長太小將增加迭代時間，耗費機時。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)值計算方法，可以直接從轉(zhuǎn)子的物理模型出發(fā)，對轉(zhuǎn)子進行離散化，再對離散化模型作嚴(yán)格的數(shù)學(xué)處理，通過構(gòu)造不同的形函數(shù)，較真實地模擬物體的形狀。和傳遞矩陣相比，有限元法雖需占用更多的計算機存儲與機時，程序比較復(fù)雜。但是計算結(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轉(zhuǎn)子和多圓盤轉(zhuǎn)子的動力特性，研究了渦動、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。以造紙機的主要部件-輥筒為研究對象，對其動態(tài)性能和動平衡方法進行了研究。利用Prohl傳遞矩陣法，首先選定輥筒參數(shù)后，結(jié)合MATLAB軟件進行了計算。本文主要包括以下幾個方面： 1、研究單盤轉(zhuǎn)子和多盤轉(zhuǎn)子的動力特性，尋找適合本課題的相關(guān)研究方法； 2

6、、選定研究對象，根據(jù)現(xiàn)場輥筒參照物，確定各項力學(xué)、物理參數(shù)； 3、采用集總質(zhì)量法將連續(xù)系統(tǒng)進行離散化處理； 4、確定離散后各點質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量，建立傳遞矩陣模型，并進行矩陣運算； 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、分析主要的動平衡原理和適合輥筒的研究方法。 通過研究，