双盘式磁力耦合器振动噪声分析与实验研究

为了在双盘式磁力耦合器设计阶段分析振动噪声特性,优化双盘式磁力耦合器设计,提出了一种利用模态叠加原理来分析其振动噪声的方法。双盘式磁力耦合器具有高转矩密度与高效率等优势,因此逐渐发展成为煤矿机械柔性传动装置。由于双盘式磁力耦合内部的转子磁场非正弦分布以及涡电流谐波等因素影响,双盘式磁力耦合器输出转矩中不可避免的存在波动。若根据计算得出的双盘式磁力耦合器的电磁振动噪声特点,在设计时选取振动噪声小的参数进行优化组合,可在实际中降低其电磁振动及噪声,有利于减少制造成本。本文结合双盘式磁力耦合器的结构特征,提出了一种模态叠加响应法计算电磁振动噪声,建立了其电磁径向力的解析模型,并在多物理场耦合作用下分析主要电磁径向力波在工作频率内的谐波响应,最后在额定功率为55 kW双盘式磁力耦合器实验台上进行试验验证。基于麦克斯韦张量法,建立了双盘式磁力耦合器的径向电磁力解析模型,并得出0阶与10阶电磁径向力波是产生振动噪声的最主要原因;利用多物理场耦合分析法进行谐波响应NVH特性分析,结果显示0阶力波的振动加速度与形变量均大于10阶力波的振动加速度与形变量,因此双盘式磁力耦合器的电磁振动主要来源于0阶力波;在额定功率为55 kW,最高转速为1 500 r/min的双盘式磁力耦合器实验台进行振动测试,试验结果显示在1 500 r/min时,试验得出的最大振动峰值及频率约为35 m/s^2和4 950 Hz,与有限元仿真结果的误差对应为6.3%和1.1%;而当变频电机的输入转速依次增大时,振动加速度的理论值、仿真值与试验值的曲线形态较为接近,误差较小;噪声估计值与实测值的最大误差仅为8.9%,基本验证了本文所提出模态叠加法的正确性。     

一种变刚度微纳测头的参数设计与分析

针对目前多数测头约束支撑机构刚度固定问题,构造了一种三梁型变刚度微纳测头。利用压电叠堆驱动器对约束梁固定端施加轴向载荷以改变其支撑刚度,进而改变测头整体刚度。变刚度测头的应用可以减小接触力,提高稳定性,提升工艺可行性和动态响应等性能,且理论上能够达到各向同性刚度,研究结果为该类型变刚度微纳测头奠定了重要的前期基础。     

基于LabVIEW的往复式摩擦试验机研制

设计并搭建了测量液压缸、乳化液泵柱塞及滑阀阀芯等移动副摩擦学性能的往复式摩擦试验机,开展了相关功能性试验研究。试验机通过应变片将摩擦力导致的柔性检测梁挠度微变形转化为电信号,并借助LabVIEW平台搭建了试验机测控系统,再结合小波包去噪与算术平均值的方法对采集数据进行后处理,实现摩擦系数、载荷、温度等测量数据的实时采集与同步显示,在此基础上针对圆柱试样开展不同载荷和转速条件下的摩擦试验研究。研究表明:试验机性能稳定,测量结果符合摩擦学规律,尤其适合开展小载荷范围(50 N～250 N)下的往复摩擦磨损试验研究。     

采煤机齿轨铸件铸造过程模拟及工艺创新设计

针对采煤机齿轨在作业中常出现断裂、销孔破坏等失效现象,为提高采煤机齿轨铸件的力学性能,保证采煤工作顺利进行,需要对齿轨铸件的铸造成型过程进行深入分析,寻求最优的铸造工艺方案。以五节距齿轨为研究对象,运用ProCAST软件对齿轨铸件的铸造过程进行数值模拟,通过对齿轨铸件凝固过程和孤立液相区的模拟结果进行分析,预测出齿轨铸件凝固后产生缩松缩孔缺陷的位置。运用TRIZ理论对齿轨铸件产生缺陷的原因进行因果分析,并采用物-场模型创新解决工具提出齿轨铸件工艺优化方案-倾斜浇注工艺方案:倾斜模样造型,浇注时砂箱与直浇道不倾斜;或浇注时将型腔与砂箱、直浇道保持同步倾斜。运用ProCAST软件对2种工艺方案进行模拟仿真,结果表明:齿轨铸件内部缩松缩孔缺陷均得到较大改善,但方案一不利于开模造型,且增加了砂箱的高度;方案二增加了浇注液对直浇道的冲刷,易引起夹砂。结合2种工艺方案的优点,得到最终的优化方案:将模样水平放置造型,浇注时再将型腔与砂箱同步倾斜,保持直浇道竖直状态。运用ProCAST软件对优化后的倾斜浇注工艺方案进行模拟仿真,结果表明:该方案可使齿轨铸件在凝固过程中保持递增的温度梯度,有效促进齿轨铸件实现顺序凝固,提高了组织致密性,明显改善了缩松缩孔缺陷,缩松缩孔体积由2.2%降低为0.052%。     

KJS-Y系列矿用水动力降尘器的改进设计

针对当前KJS-Y系列降尘器效率低的问题,通过调整叶轮轴向间隙与径向间隙参数,分别对不同安装参数的降尘器进行数值模拟,通过数值模拟分析特定截面压力分布情况,确定了叶轮最佳安装参数,大大提高了降尘器的工作效率,同时降低了设计成本。     

矿用对旋风水联动除尘器改进设计

以矿用对旋风水联动除尘器为研究对象,针对当前除尘效率低的问题,运用逆向工程建立叶片三维模型,再改变一、二级叶片个数和轴向间隙,应用计算流体力学软件CFX,对除尘器进行三维流场数值模拟,通过分析集流器入口压力和风量,确定了最佳叶片组合下的参数和轴向间隙,有效提高了除尘器的工作效率,降低了能源消耗。     

采煤机运行状态参数远程监控系统设计

针对当前煤矿井下采煤机运行状态参数监控方法的不足,设计了一种基于有线和无线通信方式的采煤机远程监控系统。模拟实验表明,该系统可以实现数据的相互发送,工作效率高、数据传输稳定,可为井下采煤机运行状态的远程监控提供借鉴。     

三自由度混联振动筛振动特性研究

三自由度混联振动筛采用2PRRR-P(2R)结构来实现其空间运动。针对振动筛结构特点对筛框的运动方程进行推导,并采用动力学软件对振动筛进行仿真计算。分析激振器转速和阻尼比对振动筛振幅的影响,并进一步探讨物料质量对振动筛振动特性的影响。研究结果可为三自由度混联振动筛的研发提供理论指导。     

基于永磁涡流传动的长距离带式输送机启动特性研究

针对矿用带式输送机启动过程易出现打滑、淤带和断带等问题,基于永磁涡流传动技术,将双盘式磁力耦合器作为带式输送机的驱动装置,建立双盘式磁力耦合器动态数学模型,运用AMEsim软件搭建带式输送机系统仿真模型,设置启动时间分别为60、80和100 s,采用Harrison控制曲线启动时,研究带式输送机满载启动时机头、机尾部输送带的速度特性和张力特性,张紧装置位移特性以及双盘式磁力耦合器调速气隙特性,仿真结果表明:当启动时间为60 s时,带式输送机输送带速度波动大,动张力明显,尾部输送带最大张力达到29 kN,启动过程不平稳;双盘式磁力耦合器调速时,气隙变化与带式输送机启动速度变化趋势相反,启动过程气隙从22 mm减小到4 mm;当启动时间为80 s和100 s时,带式输送机启动过程相对平稳,速度和张紧装置位移波动小,尾部输送带张力波动幅度分别为5 kN和3 kN;带式输送机启动过程存在最佳启动时间,继续延长时间,对带式输送机启动特性影响越来越小,80 s可作为合理启动时间。