对置伺服电机驱动结晶器非正弦振动装置动力学分析

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结晶器非正弦振动技术是现代连铸生产过程中的关键技术之一。结晶器非正弦振动由于具有降低铸坯表面折痕,提高润滑性能等优势被广泛应用在连铸设备中,本文设计了一种对置伺服电机驱动结晶器非正弦振动装置,其可以根据不同工况实现非正弦振动规律中的频率、波形偏斜率和振幅的在线不停机调节,提高了连铸效率。由生产实践可知,采取非正弦振动规律的振动装置比正弦振动规律的装置会产生更严重的冲击,有必要对本文设计的非正弦振动装置进行动力学分析。本文阐述了非正弦振动波形的产生原理,给出了德马克非正弦振动波形的位移函数,以德马克非正弦振动波形为例分析了本文设计的非正弦振动装置的激波原理及其振幅调节机制,根据非正弦振动装置的工作原理对装置进行了结构设计。利用Solidworks、Ansys和Adams联合建立了系统的刚柔耦合动力学仿真模型,依次对仿真模型进行了运动学和动力学仿真,根据振动系统的受力情况对缓冲弹簧预紧力进行了优化;分析了非正弦振动参数即波形偏斜率和结晶器振幅对机构关键节点受力的影响。利用集中质量法建立了系统的动力学模型,通过拉格朗日方程推导了系统的运动微分方程,利用瞬时机构凝固法对系统的固有频率和固有振型进行了求解和分析;利用四阶龙格-库塔法对系统的运动微分方程进行了求解。从时域方面对系统进行了不同工作频率下的弹性响应和动态响应分析;从频域方面得到了弹性位移振幅随工作振动频率的变化曲线,并对不同工作振动频率下的弹性响应进行了频谱分析,最后分析了结晶器振动波形偏斜率和结晶器振幅对系统弹性响应的影响。
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