惯性水平振动给料机的优化设计与动态仿真

论文摘要

惯性水平振动给料机是一种根据机械振动原理实现给料的设备,它通过激振器产生激振力。激振器由一对旋转速度相等但旋转方向相反的低速轴和一对旋转速度相等但旋转方向相反的高速轴组成。其产生的水平方向的激振力的正向值与反向值不关于平衡位置对称,使得给料机的前进加速度与后退加速度也不关于平衡位置对称。当物料的加速度与给料机的加速度不相等时,物料相对槽体发生滑动,进而实现水平给料的目的。而竖直方向的激振力互相抵消,因此,给料机在竖直方向不产生振动,位移为零。为了提高生产效率,给料机需要选取合适的运动学和动力学参数,使物料的平均速度尽可能最大,从而增大物料相对槽体的滑行量。因此,给料机设计的关键是激振器的设计,其中包括每个偏心块的质心位置和质量,每个轴的旋转速度和旋转方向等。本文的主要工作有：(1)对惯性水平振动给料机的整体结构建立模型,分析机体、槽体和物料的受力情况,研究给料机的振动原理,得出槽体的运动特征方程；(2)对物料相对槽体的运动方式进行分析,并对每种方式开始与停止的条件进行确定,进而得出物料的运动特征方程；(3)探究粒子群优化算法的基本思想,并对算法的参数进行设置和对算法编制MATLAB程序；(4)使用依据粒子群优化算法思想编制的相关MATLAB程序,对影响物料平均速度的给料机的运动学参数和动力学参数进行优化,并对每个参数单独变化影响物料平均速度的情况进行分别讨论,这些参数主要包括振幅、转速、频率比、初相位差角、摩擦系数；(5)使用ADAMS软件建立给料机的虚拟样机模型,并设置相关参数进行动态仿真。通过对槽体和物料运动特征的分析,可以看出用粒子群优化算法的MATLAB程序进行优化得到的结果与用ADAMS软件建立虚拟样机模型进行仿真得到的结果一致,水平振动给料机的运动学和动力学参数得到了优化,物料的平均速度有了明显的增大,生产效率也得到了较大的提高。本文所做的研究工作为给料机的设计研究奠定了理论性的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 振动机械的简介
• 1.1.1 振动机械的组成
• 1.1.2 振动机械的用途
• 1.1.3 振动机械的分类
• 1.2 惯性振动机械的工作原理与构造
• 1.3 惯性水平振动给料机简介
• 1.4 本文研究的内容及意义
• 1.4.1 课题的背景及意义
• 1.4.2 本文研究的内容
• 2 惯性水平振动给料机的模型与运动特征的分析
• 2.1 概述
• 2.2 惯性水平振动给料机模型的建立
• 2.3 槽体运动的基本特征
• 2.4 物料运动的基本特征
• 2.4.1 物料相对槽体的运动方式
• 2.4.2 开始正向与反向滑动的条件
• 2.4.3 停止正向与反向滑动的条件
• 2.4.4 物料的平均速度
• 3 粒子群优化算法
• 3.1 基本粒子群优化算法
• 3.2 标准粒子群优化算法
• 3.3 粒子群优化算法和蚁群优化算法的比较
• 3.4 粒子群优化算法的参数
• 3.4.1 群体规模和粒子维度
• 3.4.2 最大速度
• 3.4.3 学习因子
• 3.4.4 惯性权重
• 3.5 粒子群优化算法的MATLAB程序
• 3.5.1 初始化粒子群
• 3.5.2 更新粒子速度
• 3.5.3 更新粒子位置
• 3.5.4 主程序
• 3.6 粒子群优化算法性能评估准则
• 3.6.1 在线性能评估准则
• 3.6.2 离线性能评估准则
• 3.7 小结
• 4 惯性水平振动给料机的优化设计
• 4.1 优化设计的数学模型
• 4.1.1 确定设计变量
• 4.1.2 建立目标函数
• 4.1.3 约束条件
• 4.2 优化方法和优化结果分析
• 4.2.1 优化方法
• 4.2.2 优化结果分析
• 4.3 单一参数对物料平均速度的影响
• 4.3.1 振幅的变化对物料平均速度的影响
• 4.3.2 转速变化对物料平均速度的影响
• 4.3.3 频率比变化对物料平均速度的影响
• 4.3.4 初相位差角变化对物料平均速度的影响
• 4.3.5 摩擦系数变化对物料平均速度的影响
• 4.3.6 其它因素对物料平均速度的影响
• 5 基于ADAMS的惯性水平振动给料机动态仿真
• 5.1 ADAMS软件的介绍
• 5.1.1 ADAMS软件的基本模块
• 5.1.2 ADAMS软件的设计流程
• 5.2 惯性水平振动给料机的虚拟样机设计
• 5.3 惯性水平振动给料机的动态仿真
• 5.3.1 优化前槽体的动态仿真
• 5.3.2 优化前物料的动态仿真
• 5.3.3 优化后槽体的动态仿真
• 5.3.4 优化后物料的动态仿真
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录