钢筋矫直机矫直系统动态特性理论与试验研究
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摘要
钢筋矫直机在现代化的工业建设中有着极为重要的作用。关于钢筋矫直机的理论研究虽然有较大的发展，但对矫直机动态特性的研究，还是空白。从动力学和结构学的角度对矫直系统的动态特性进行研究，解析其振动特性，提供有效的振动控制的手段和方法是非常重要的。本文运用转子动力学理论对钢筋矫直机矫直系统动态特性进行了研究，这在国内尚属首例。
对钢筋矫直机矫直系统动特性研究过程中，涉及的相关理论主要有转子动力学、弹塑性理论、机械设计、数据采集与处理、信号与系统、数字信号处理等。
本文通过对矫直系统动态特性理论与试验的研究，建立了矫直系统的动力学模型，发现了矫直机矫直系统的振动规律，提出减振的一些方法。通过对钢筋矫直机矫直系统的主要技术参数，如受力、弯矩等进行分析，深刻认识了矫直系统在钢筋矫直机工作运行过程中的动态特性，为建立合适的矫直系统动力学模型提供依据。通过对轴承动特性的研究和计算分析得出了轴承的接触刚度和油膜刚度，并且简化了滚动轴承支承的模型。本文的核心部分是采用集中质量法将离散的系统简化为多自由度模型，并且综合建立了矫直系统的动力学模型。论文采用传递矩阵法求解矫直系统的不平衡响应及临界转速。最后，通过激振法振动测试试验，测量了矫直系统的固有频率和一些基本特征。试验结果表明，本文理论分析的结果是一致的。
本文还通过对钢筋矫直机及矫直系统的学习与研究分析，提出几点对钢筋矫直机性能优化的方法。
The straightening machine of steel bar plays an important roll in the modernization of industry. Though there has been a rapid development with regard to the theoretic research of the straightening machine of steel bar, little work has been done in the research of dynamic characteristic of the straightening machine. It's utterly important to provide a valid method of controlling vibration from the point of dynamics and frameworks through the research of the straightening machine, especially the dynamic characteristic of the straightening machine of steel bar. This dissertation applies rotor dynamics technique in the field of dynamic characteristics of the straightening machine of steel bar for the first time.
The relevant theories include data acquisition and processing, signal and system, digital signal processing, automatic control, instruments and electronics, hydraulic transmission and control, machining.
Through theoretical and experimental research work on straightening system, vibration rules of straightening system and vibration reducing methods are presented. The dynamic model constructed in this paper put a solid basis for future research work. The analysis of some main parameters of the straightening system gives a foundation for the establishment of valid dynamic model. The contacting stiffness and oil-film stiffness of the rotoring bearing can also be get from the research of dynamic characteristic. The key part of the paper is to establish the dynamic model by using the method of lump mass and to solve the system's unbalance response and critical speed by using the method of transfer matrix. In the end, the straightening system's natural frequency is get from the dynamic experiment. What's more, the experiment proves the calculated result is right.
And the paper provides some methods to optimize the performance of the straightening machine through the studying and learning of the straightening machine and the straightening system.
对钢筋矫直机矫直系统动特性研究过程中，涉及的相关理论主要有转子动力学、弹塑性理论、机械设计、数据采集与处理、信号与系统、数字信号处理等。
本文通过对矫直系统动态特性理论与试验的研究，建立了矫直系统的动力学模型，发现了矫直机矫直系统的振动规律，提出减振的一些方法。通过对钢筋矫直机矫直系统的主要技术参数，如受力、弯矩等进行分析，深刻认识了矫直系统在钢筋矫直机工作运行过程中的动态特性，为建立合适的矫直系统动力学模型提供依据。通过对轴承动特性的研究和计算分析得出了轴承的接触刚度和油膜刚度，并且简化了滚动轴承支承的模型。本文的核心部分是采用集中质量法将离散的系统简化为多自由度模型，并且综合建立了矫直系统的动力学模型。论文采用传递矩阵法求解矫直系统的不平衡响应及临界转速。最后，通过激振法振动测试试验，测量了矫直系统的固有频率和一些基本特征。试验结果表明，本文理论分析的结果是一致的。
本文还通过对钢筋矫直机及矫直系统的学习与研究分析，提出几点对钢筋矫直机性能优化的方法。
The straightening machine of steel bar plays an important roll in the modernization of industry. Though there has been a rapid development with regard to the theoretic research of the straightening machine of steel bar, little work has been done in the research of dynamic characteristic of the straightening machine. It's utterly important to provide a valid method of controlling vibration from the point of dynamics and frameworks through the research of the straightening machine, especially the dynamic characteristic of the straightening machine of steel bar. This dissertation applies rotor dynamics technique in the field of dynamic characteristics of the straightening machine of steel bar for the first time.
The relevant theories include data acquisition and processing, signal and system, digital signal processing, automatic control, instruments and electronics, hydraulic transmission and control, machining.
Through theoretical and experimental research work on straightening system, vibration rules of straightening system and vibration reducing methods are presented. The dynamic model constructed in this paper put a solid basis for future research work. The analysis of some main parameters of the straightening system gives a foundation for the establishment of valid dynamic model. The contacting stiffness and oil-film stiffness of the rotoring bearing can also be get from the research of dynamic characteristic. The key part of the paper is to establish the dynamic model by using the method of lump mass and to solve the system's unbalance response and critical speed by using the method of transfer matrix. In the end, the straightening system's natural frequency is get from the dynamic experiment. What's more, the experiment proves the calculated result is right.
And the paper provides some methods to optimize the performance of the straightening machine through the studying and learning of the straightening machine and the straightening system.
引文
1 崔甫．矫直理论与参数设计．北京：机械工业出版社，1994
2 卢秀春，金贺荣．数控带肋钢筋矫直切断技术．建筑机械化，2000，4：24-26
3 卢秀春，金贺荣．冷轧带肋钢筋矫直机矫直系统参数设计．钢铁，2001，6：59-62
4 卢秀春，金贺荣，宜雅丽．热轧带肋钢筋矫直切断机的研究设计．钢铁，2002，2(已录用)
5 虞烈，刘恒，谢友柏．轴承—转子系统动力学．中国机械工程，1999，11：1290-1295
6 黄文虎，武新华，焦映厚，夏松波，陈照波．非线性动力学研究综述．振动工程学报，2000，12：497-509
7 钟一谔，何衍宗，王正，李方泽．转子动力学．北京：清华大学出版社，1987，11：69-71
8 闻邦椿，顾家柳，夏松波，王正．高等转子动力学——立论．技术与应用．北京：机械工业出版社，1999，8
9 Rudolf Brühl. Effect of the Straightening Process on the Characteristic of Wire. World International, 1981,23(4):101-102
10 Fryderyk knap. Residual Stresses in Wire Parts after Straightening and Bending Wire World International 1986,28(9-10):146-148
11 W. Uerche.Prerequiste and Possibilities to Increase the Quality When Straightening Bars, Strips and Sections by Roller Straightening. Neue Hü tte. 1980,10
12 贺兴书．机械振动学．上海：上海交通大学出版社，1988，11
13 清华大学工程力学系．固体力学教研组振动组主编．机械振动．1980，8
14 胡守信．理论力学．北京：高等教育出版社．1986，10
15 力学分析．机械科学与技术．1997，1
16 朱祖成译．材料力学手册．北京：中国建筑工业出版社．1981，3
17 王海文．轧钢机械设计．北京：机械工业出版社．1983，6
18 刘喜平，曲恩，金付英．盘圆螺纹钢筋矫直机的设计．机械设计，1997，7：23-25
19 金贺荣．数控冷轧带肋钢筋矫直切断机的系统研究及设计．燕山大学工学硕士学位论文．2001，3
20 张敏，贾冬生．滚动轴承中最小油膜厚度及其测量，机械研究与应用，2000，(12)：24
21 温诗铸．弹性流体动力润滑．北京：清华大学出版社．1992
22 杜红世，孟永钢，温诗铸．脂润滑滚动轴承润滑机理探讨．轴承，1997，8：2-5
23 袁茹．发动机转子—滚动轴承系统的振动性能研究．机械科学与技术，1999，9：761-763
24 刘春浩．滚动轴承的结构振动问题．轴承，2000，5：42-44
25 李锦标．高速滚子轴承的动力学分析．航空学报，1992，13(12)：B625-B6323
26 Laud J W. Spring and Damping Coefficients for the Titling Pad Journal Bearing, Trans. ASLE, 1964,7:342-352
27 G.T.S. Done:Adjustment of a Rotor Model to Achieve Agreement between Calculated and Experimental Natural Frequencies. The J. of Mech. Eng. Sci.,Vol. 21, No.6,1979:389-396
28 Kantor I L,Solodovnikov. Hypercomplex Number-An Elementary Introduction to Algebras. New York:Springer-Verlag, 1989:348-253
29 O Bernasconi. Bisynchronous Torsional Vibration in Rotating Shaft. ASME J. Applied mechanics. 1988,(54):893-897
30 赵连花．用传递矩阵法分析轴系振动．辽阳石油化工高等专科学校学报，1999，6：40-42
31 杨建国，夏松波，刘永光，邢乃义．旋转机械整机固有特性分析．汽轮机技术，1998，(12)：329-331
32 K. B. YIM. Effect of Tangential Torque on the Dynamic of Flexible Rotors. ASME J. Applies Mechanics, 1986,(53):711-718
33 Masayoshi kato et al. Torsional Vibration of a Rotating Shaft Drive by Constant Acceleration. Paper at ASIA-PACIFIC Vibration Conference, Kitakyushu,Japan, 1993:376-383
34 李晓峰，王立平，史铁林，杨叔子．连续不对称转子系统不平衡响应的研究．华中理工大学学报，1999，6：43-62
35 Tengroth S. A General Computer Program for Optimized Analysis and Calculation of Bearing Arrangements Ball Bearing Journal,1989,(236):2-7
36 Shapiro U. Application Oriented Selection of Rolling Element Bearing Using Rotol Dynamics Analysis. Ball Bearing Journal, 1994,(241):2-14
37 吴正毅．测试技术与测试信号处理．北京：清华大学出版社，1989，6
38 袁茹，任平珍，王三民．发动机转子轴承在稳态时的受载特性研究．西北工业大学学报，1997，2：47-51
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40 贺世正．弹性支承转子临界转速分析．流体机械，1999，10：9-12
41 魏凯，周亚平，赵伟，朱刚．煤气鼓风机转子临界转速计算分析．石油化工设备，2000，11：23-25
42 李木俭．发电机转子在不对称运行下双重共振振动方程的建立．济南大学学报，1999，5：11-15
43 宋曦，赵荣珍．转子-轴承系统固有频率对设计参数的灵敏度．甘肃工业大学学报，1999，2：37-40
44 彭超英．新型高速纺纱锭子及其相关轴承—转子系统动力特性的研究．西安交通大学学报，1994，6：26-28
45 许波，刘征．MatLab工程数学应用．北京：清华大学出版社，2000，4
46 A Unger et al. Parametric Instability of a Rotating Shaft Due to Pulsating Torque. ASME JApplied Mechanics,1981,(48):948-958
47 Kim Y. D. and Lee C. W.,Determination of Optimal Balancing Head Location on the Flexible Rotors Using a Structural Dynamic Modification Algorithm, Proceedings of Institution of Mechanical Engineering, 1990,1:7-12
48 Horner G C, Pilkey W D. The Riccati Transfer Matrix Method. J. of Mech. Dex.,ASME, 1978,7(100):297-302
49 Lund J W. Sensitivity of Critical Speed of a Rotor to Change in the Design. J. of Mech. Des.,ASME, 1979,(102): 115-121
50 张思主．振动测试与分析技术．北京：清华大学出版社．1992，12
51 胡培民．大型转子弯曲振动的比例模型试验分析．机械研究与应用，1998，3：36-38
52 Kicinski J, Drozdowski R, Materny P. The Nonlinear Analysis of the Effect of Support Construction Properties on the Dynamic Properties of Multi-support Rotor Systems. Journal of Sound and Vibration, 1997:206(4):523-539
53 W．Guericke．提高矫直质量的先决条件和可能性．重型机械，1981，7：32-35
54 刘保国，吴永，殷学刚．转子动力学系统的灵敏度分析与动力学修改．机械强度，2001，23(1)：95-97
55 李林凯，王宝国，潘玉斌，盛培展．应用振动理论进行旋转机械故障诊断的探讨．山东冶金，2001，4：28-30
56 杨树华，江季麟．转子——轴承系统动力特性优化再设计方法在风机设计中的应用．风机技术，2000，2：16-23
57 彭超英，高燕云，朱均，陈瑞琪．利用弹性支承改善滚动轴承的振动特性．机械设计，1997，3：20-22
58 彭超英，高燕青，朱均，陈瑞琪．消除滚动轴承非线性振动的理论与方法．机械，1997，4：2-4
59 郭永刚．机械振动原因的分析．甘肃冶金，2001，3：37-39
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