Dynamic analysis and simulation of four-axis forced synchronizing banana vibrating screen of variable linear trajectory

A new concept of banana vibrating screen which has the same effect as traditional banana vibrating screen in a new way was put forward.The dynamic model of vibrating screen was established and its working principle was analyzed when the action line of the exciting force did not act through the centroid of screen box.Moreover,the dynamic differential equations of centroid and screen surface were obtained.The motions of centroid and screen surface were simulated with actual parameters of the design example in Matlab/Simulink.The results show that not only the amplitude has a significant decrease from 9.38 to 4.10 mm,but also the throwing index and vibrating direction angle have a significant decrease from 10.49 to 4.59,and from 58.10° to 33.29°,respectively,along the screen surface,which indicates that motion characteristics of vibrating screen are consistent with those of traditional banana vibrating screen only by means of a single angle of screen surface.What's more,such banana vibrating screen of variable linear trajectory with greater processing capacity could be obtained by adjusting the relative position of force center and the centroid of screen box properly.

Fast Calculation of Electromagnetic Forces in IPMSMs Under PWM VSI Supply Based on Small-Signal Time-Harmonic Finite Element Method

This paper introduces a novel method for fast calculating the electromagnetic forces in interior permanent magnet synchronous machines(IPMSMs)under pulse width modulation(PWM)voltage source inverter(VSI)supply based on the small-signal time-harmonic finite element analysis(THFEA),which has been successfully utilized for fast calculating the PWMinduced losses in silicon steel sheets and permanent magnets.Based on the small-signal THFEA,the functional relationships between high-frequency harmonic voltages(HFHVs)and corresponding airgap flux densities are established,which are used for calculating the flux density spectra caused by each HFHV in the PWM voltage spectra.Then,the superposition principle is applied for calculating the flux density spectra caused by fundamental currents and all HFHVs,which are converted to the electromagnetic force spectra at last.The relative errors between the force density spectra calculated with the proposed method and those obtained from traditional time-stepping finite element analysis(TSFEA)using PWM voltages as input are within 3.1%,while the proposed method is 24 times faster than the traditional TSFEA.

Analyses of Dynamic Rheological Behavior of Polymer Melt Based on Novel Experimental Equipment and Procedures

By introducing a vibrating force field into the extrusion process of polymer melt, an experimental equipment of constant velocity type dynamic rheometer of capillary (CVDRC) was designed. A set of experimental procedures was established, by which the dynamic rheological parameters of polymer can be acquired, and a set of data management methods to undergo time-domain or frequency-domain analysis was set up for dynamic rheological data of polymer melt. Meantime, the characterization formula of polymer melt's rheological behavior in a vibrating force field was set up. The instantaneous value of capillary entry pressure, capillary volume flow rate and their phase difference were measured and analyzed, and the melt apparent viscosity, which describes the rheological behavior of polymer melt in a vibrating force field, was obtained.

齿调制作用下转子开槽对永磁电机电磁振动影响

为了研究齿调制作用下转子表面开槽对永磁同步电机电磁振动的影响,以小功率分数槽集中绕组(FSCW)内置永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,通过麦克斯韦应力张量法推导径向电磁力波的频率及空间阶数特征。分析齿调制作用在FSCW-IPMSM中将空间高阶电磁力波调制为低阶电磁力波的过程,并给出转子表面开槽在齿调制作用影响下与电磁振动间的联系。研究表明,转子表面开槽结构的改变会使各次谐波磁场发生变化,进而改变以极数阶电磁力波为代表的高阶电磁力波的幅值。在齿调制作用下,这些高阶电磁力波会被调制为幅值较高的低阶电磁力波,并引起不同幅度的低阶振动。然后建立C型、V型两种不同转子表面开槽结构的10极12槽FSCW-IPMSM电磁及结构有限元分析模型并进行仿真分析。结果表明,极数阶即10阶电磁力波会被调制为2阶并引起2阶振动,且两种不同开槽结构间的电磁振动存在着高达22.1%的差异。最后,在一台10极12槽样机上进行振动实验,验证理论与仿真分析结果。

Synchronous measurement of tribocharge and force at the footpads of freely moving animals

Hypothesis on electrostatic attraction mechanisms involving the hairy adhesion of climbing animals has been a matter of controversy for several years. The detection of tribocharge and forces at attachment organs of animals is a practical method of clarifying the dispute with respect to electrostatic attraction in the attachment of animals. Nonetheless, the tribo-electrification is rarely examined in the contact-adhesion of animals(especially in their free and autonomous attachment) due to the lack of available devices. Therefore, the present study involves establishing a method and an apparatus that enables synchronous detection of tribocharge and contact forces to study tribo-electrification in the free locomotion of geckos. A type of a combined sensor unit that consists of a three-dimensional force transducer and a capacitor-based charge probe is used to measure contact forces and tribocharge with a magnitude corresponding to several nano-Coulombs at a footpad of geckos when they climb vertically upward on an acrylic oligomer substrate. The experimental results indicate that tribocharge at the footpads of geckos is related to contact forces and contact areas. The measured charge allows the expectation of an exact attraction with magnitude corresponding to dozens of newtons per square meter and provides a probability of examining tribo-electrification in animal attachment from a macro level.

考虑气隙偏心时短路因素对发电机端部绕组振动的影响

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首先理论推导得出定子端部绕组的受力表达式;然后基于电磁-结构耦合模型得到了绕组电磁力及其力学响应特性,如变形、应变和应力;最后在CS-5故障模拟发电机进行试验验证。试验结果与理论分析、有限元计算结果基本一致。结果表明,转子匝间短路会给绕组电磁力带来额外的50 Hz(基本频率)、150 Hz和200 Hz的谐波。随着气隙偏心程度/转子匝间短路程度/短路位置与大齿之间距离增大,端部绕组电磁力/振动加剧。此外,复合故障对端部绕组振动影响更为严重。在定子绕组电磁力作用下,定子绕组鼻端部位为最大变形位置,同时绕组直线段与端部的连接处易发生绝缘磨损,在制造及后期维护中应重点关注。

双幅钢箱梁竖弯涡振气动力演变特性

双幅钢箱梁桥是工程实践中一种常用的大跨度连续梁桥型式,但并列双箱复杂的旋涡脱落和交互作用可能引发显著的涡激振动现象,影响结构的疲劳性能和行车舒适性。本文以某六边形双幅钢箱连续梁桥为工程背景,对大比例节段模型开展了测振、测压风洞试验,对比了双幅钢箱梁在不同间距下竖弯涡振全过程(涡振前、上升区、振幅极值点、下降区及涡振结束)的分布气动力演变特点,提出了有效控制双幅钢箱梁桥涡振的气动措施。研究表明,双幅钢箱梁桥涡振锁定区间长、振幅大,+3°为最不利攻角,涡激力的倍频效应与间距和双幅箱梁涡振的振幅均有关。在小间距及低风速时,上、下游梁背风侧的分布气动力对涡激振动起到增强作用;在大间距或较小间距且高风速时,开槽附近上表面和下游梁斜腹板位置的分布气动力对涡激力起主要增强作用,也是双幅钢箱梁产生大幅涡激振动的诱因。提出了槽间裙板与两端风嘴组合的综合气动控制措施,通过切断槽间涡的传播途径从而降低桥面处分布气动力对涡激力的贡献,该措施可有效减弱双幅钢箱梁桥的竖弯涡振。

基于定子辅助槽永磁电机电磁激振力削弱研究

电磁振动噪声是电机噪声的主要来源,直接影响电机的NVH性能,而径向电磁力是产生电磁振动噪声的主要原因。针对9槽6极电机低阶径向电磁力产生振动噪声大的问题,首先基于Maxwell应力方程推导分析径向电磁力的表达式,指出定子电枢槽开口改变了空载径向电磁力最低非零阶数的现象;提出在定子齿顶开辅助槽的方法,对比研究了不同开槽数和开槽尺寸对气隙磁导的影响;通过定子齿开辅助槽改变气隙磁导分量,研究了不同开槽方式对低阶径向电磁力和齿槽转矩的影响,基于此确定合理的开槽方案并通过多目标算法获取电机最佳开槽参数。结果表明,对于分数槽永磁电机,定子齿开辅助槽能够有效降低电机空载低阶电磁激振力。

定子槽结构的永磁同步电机振动噪声优化

为改善永磁同步电机一阶齿谐波引起的振动噪声,基于ANSYS Workbench多物理场耦合平台,对电机电磁噪声进行联合仿真,优化电机振动噪声.分析一阶齿谐波引起的振动噪声所在的空间与时间阶次,通过对定子结构优化的方式降低电机的振动噪声.分析定子槽的各种参数对电机气隙磁通密度的影响,并通过回归分析的方式得到其对电机气隙磁密的回归模型,利用优化算法找到最适合定子槽参数.经仿真分析表明优化后的电机气隙磁密得到明显改善,0空间阶次由12倍电磁频率引起的48时间阶次的电磁噪声得到显著降低,证明优化方案的可靠性.

高铁振动信号的频率提取与定频降噪

为探索高铁振动信号的特征,并且对其噪声进行防治,减少振动对周边环境、设备和精密仪器的影响,在河北某高架桥附近利用振动采集设备采集列车经过时产生的信号。结合同步压缩小波变换技术,在多组信号的对比下,提取出高铁振动信号的主要频率和能量集中点;同时对传统的滤波型最小均方算法进行了定频性和实时性优化,提高降噪速率和针对性,结合主动噪声控制技术对上述提取的噪声进行主动降噪处理,结果表明,高铁振动主要频率为10 Hz和20 Hz以及少量低频信号,振动有明显的主次峰能量聚集。传统的降噪算法对于高铁振动这种短时、定频信号降噪的实时性和定频性较弱,在对其进行优化后,从仿真结果看出,优化后的主动噪声控制技术对特定频点噪声的实时防治有较好的效果。

基于最小二乘法的振动监测系统测量噪声现场标定

分析振动监测系统的测量噪声水平是结构健康监测设计的重要步骤,有利于优化测试方案和后期模态参数识别。本文从数据采集全过程入手分析测量噪声的主要来源和统计特性,基于最小二乘法原理,提出标定硬件噪声水平的“n信道”方法和估计多信道同步误差的方法。前者允许以任意数量的信道组合进行噪声估计,能够充分利用所有信道的信息,增强结果的稳定性;后者运用时滞测量信号的频域特性,通过互功率谱密度的比值实现信道间亚毫秒级同步误差估计。所提方法的正确性、鲁棒性和实用性通过某桥梁振动监测系统的测量数据得到验证。

转子激励对永磁同步电机电磁振动影响分析

对于电动汽车用永磁同步电机,气隙内的电磁激励会产生高频振动和噪音。通常将气隙电磁激振力施加到定子齿部,并通过理论计算或仿真得到定子或壳体外表面的振动噪音响应,而由转子激励引起的振动噪音被忽略。为研究转子激励对整体电磁振动噪音的贡献度,首先依据麦克斯韦应力张量法对气隙电磁力谐波进行理论分析,同时建立单电机的电磁振动仿真模型。然后以一台8极定子48槽内置式永磁同步电机为样机,通过试验模态分析和仿真分别对定子和转子的材料参数进行修正。再分别进行转子动力学和电磁激励下的整机动力学仿真,结果表明由转子偏心引起的不平衡电磁激励能够引起转子系统共振,并且在单位电磁力波的激励下,转子激励引起的响应与定子激励引起的响应在低频段具有同等的重要性。最后通过样机振动试验对上述结论进行了验证。

永磁同步电机电磁噪声抑制方法综述

对永磁同步电机电磁噪声产生的机理进行了简述,从避免共振现象、降低电磁力幅值和减小噪声传递效率3个方向归纳了国内外电机噪声抑制的优化策略。对永磁同步电机电磁噪声优化的未来趋势进行了探讨,为抑制永磁同步电机电磁噪声的研究提供部分参考。

基于“FEM+单位力波响应”混合模型的IPMSM振动源快速识别方法

为了解决电机振动噪声多、物理域耦合计算耗时长等问题,提出了基于“FEM+单位力波响应”混合模型的内置式永磁同步电机(IPMSM)振动源快速识别方法。首先,利用单位力波响应计算电机定子结构关键力波宽频带频响函数特性;然后,通过双闭环矢量控制和电磁有限元控制系统-电磁场联合仿真模型,计算得到电磁力二维傅里叶分解结果,将其作为模态参与因子获得电机振动加速度频谱特性;最后,实验验证了“FEM+单位力波响应”混合模型的准确性。实验结果表明,对于12槽8极IPMSM,恒转矩调速时的振动主要是在4阶和8阶固有频率处,是由4阶力波的14f和8阶力波的fc-3f(其中,f为电机的基频,fc为逆变器的开关频率)分量引起。

基于永磁体磁畴聚向排列的永磁同步电机振动噪声优化

以表贴式外转子永磁同步电机为例,通过仿真计算、理论分析两种方式对永磁同步电机的振动和噪声进行了深度的剖析,并给出了影响电机电磁振动和噪声的电磁力密度波时间阶次和空间阶数以及具体的磁密谐波次数,为精准优化电机的电磁振动和噪声提供了明确的方向。通过永磁体磁畴聚向排列结构在不改变产品任何尺寸、结构的情况下实现了对表贴式外转子永磁同步电动机的振动和噪声优化,还实现了电机材料成本的降低。

电流时间谐波对永磁同步电机电磁振动的影响

为了揭示电流时间谐波对电机电磁振动和噪声的影响,结合Maxwell应力方程解析计算了变频器供电时永磁同步电机的径向电磁力,并解析计算了径向电磁力的阶次和频率变化规律。指出变频器的供电使电机在低频和中高频频段产生的电磁振动和噪声均有不同程度的加剧。以一台48槽8极永磁同步电机为例,分别建立了变频器供电和正弦波供电情况下电机电磁有限元模型和结构有限元模型。通过ANSYS多物理场联合仿真对比了2种供电方式下电机的振动响应和噪声变化,验证了解析分析的正确性。最后通过实验验证了仿真的可靠性。

故障状态时三相永磁同步电机电磁振动分析

文章以三相永磁同步电机为研究对象,对故障程度最严重的相间短路进行电磁振动分析,为相间故障诊断及保护提供理论参考。首先,在Maxwell软件中建立三相永磁同步电机正常工况、两相短路及三相短路三种状态下的电磁模型,并分析了额定转速下径向气隙磁密与径向电磁力。其次,利用Maxwell与Workbench联合仿真平台,将定子冲片齿部电磁力耦合至电机三维模型,以求解电机机座表面径向振动加速度频谱。仿真结果表明:相间短路下径向磁密、径向电磁力及电机表面径向电磁振动均有明显的变化特征。最后,通过试验验证了仿真模型的准确性。

基于结构参数优化的电机振动噪声的抑制研究

在保证电机输出性能的基础上,通过优化电机定子结构并调节引起电机主要振动噪声的模态频率来避免电机发生共振,从而降低永磁同步电机的振动噪声。首先通过试验和仿真分析电机的振动噪声,确定引起电磁噪声的主要电磁力阶次;随后将电机的定子结构参数作为变量,通过对其进行敏感度分析选取高敏感度优化变量,建立优化变量的响应面模型;然后,基于所建立的响应面模型,利用遗传算法对所取变量进行参数优化,得到最优定子结构参数;最后,采用有限元法计算和分析电机优化前后的电机输出性能,并通过电机电磁振动噪声仿真验证优化方法的正确性,结果表明优化后的电机输出性能得到了明显提升且电机的振动噪声得到了有效抑制。

不同风攻角下分离式双箱梁涡振气动力演化和局域相关性研究

通过弹簧悬挂节段模型同步测振测压风洞试验模拟结构涡激振动,以1座大跨度斜拉桥的分离式双箱梁为研究对象,测定均匀流场中不同风攻角下的涡振响应及表面风压。基于局部特征区域气动力与断面总体气动力的局域相关性概念,分析竖弯涡振时上游断面迎风侧下斜腹板、下游断面迎风侧斜腹板及顶板这3个关键局部特征区域的气动力演化特性及其与整体总气动力的同步演化关系。研究结果表明:当改变来流攻角时,在分离式双箱梁涡振过程中,不仅会使浸没在流场中的绕流状态、旋涡作用位置发生改变,还会使局部气动力与整体气动力的相关性发生改变。虽然断面不同区域的局部气动力与总体气动力的振动卓越频率相同,但其高阶谐波分量对应频率参与涡振作用的比例却随着风攻角变化而发生变化。另外,分离式双箱梁下游断面迎风侧斜腹板区域与整体断面的涡振特性有着较强的同步演化关系,在实际工程中需重点关注。