面向振动筛分装备的压-剪混合电流变弹性体隔振器设计

来源 :任俊锜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MAOTRON
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煤炭是我国主要的基础能源,对国家经济发展起到了至关重要的作用,而作为不可再生能源的煤炭最终将面临枯竭问题,因此煤炭的高效清洁利用是保障能源安全与保护环境的重要手段。振动筛分装备作为一种工业分选、脱介作业必不可少的机械设备,可以对煤炭进行筛分和洗选,不仅能够提高煤炭利用率,而且还降低了碳排放,对我国“双碳”目标的实现起到了重要推进作用。而在振动筛的实际应用中,当启动或停机时,振动筛会经过共振区发生共振,共振会导致振动筛的振幅剧烈增加,这样不仅损害振动筛分装备的使用寿命,而且会对地基产生较大的负荷,影响周围建筑。为了隔离振动筛运行对安装基础的影响,通常在振动筛和地基之间安装隔振器装置,传统的隔振器往往采用金属弹簧或橡胶弹簧作为隔振元件,由于它们的刚度和阻尼不可调节,导致其不能根据振动筛实际的工作状态进行相应改变,从而未能对振动筛起到良好的隔振效果。针对以上问题,本文采用新型的智能材料电流变弹性体(ERE)作为研究基础,根据它在外加电场下模量和阻尼可变的性能参数,设计出一种压-剪混合模式电流变弹性体隔振器,为振动筛分装备的隔振研究提供了一个新的思路。具体开展的研究内容如下:(1)论述了隔振的基本原理及振动筛的工作特性,对振动筛产生共振的原因与现象进行理论研究,并分析了频率和阻尼对振动筛振动幅值的影响,为后续电流变弹性体隔振器的设计研究阐明了背景。(2)制备出电流变弹性材料,并对电流变弹性体在不同工况下的性能进行实验测试。运用MATLAB软件对实验数据进行拟合,得到储能模量和损耗因子与电场强度之间的函数关系,并推导出电流变弹性体隔振器的等效刚度和等效阻尼表达式。最后选用四参数标准固态模型作为本构模型,来描述电流变弹性体应力应变的关系,为之后隔振器系统的动力学分析奠定了基础。(3)设计出压-剪混合电流变弹性体隔振器的结构,通过Creo软件绘制出隔振器的三维模型,并根据振动筛的参数计算出隔振器尺寸的大小。利用Workbench和Simulink软件分别对隔振器系统进行模态分析和动力学仿真分析,分析隔振器的变刚度效果和共振抑制能力,为电流变弹性体隔振器的试制提供了具体依据。(4)制作出隔振器实物,使用万能试验机对隔振器进行压缩性能试验,观察不同电场强度下隔振器的刚度变化情况。最后,搭建振动试验平台,对隔振器的隔振性能进行试验测试。试验结果表明:当被隔振物体在启停机发生共振时,随着隔振器外加电场的增大,系统的共振幅值和停机使用时间逐渐降低,起到了良好的减振耗能作用;而在系统达到稳定工作状态后,撤去外加电场可以减小隔振器的阻尼比,从而降低隔振传递率,更有利于系统的隔振。因此,可以根据系统的不同工作状态,通过调节外加电场强度来使隔振器达到最佳的隔振效果,这为后续电流变弹性体隔振器在振动筛分装备及其它振动设备上的应用提供了参考。
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