Torsional Vibration of Roller Oscillating Tooth Gear Drive

Torsional vibration of roller oscillating tooth gear drive (ROTGD) is studied in this paper. On the basis of conservation law for kinetic energy and potential energy, the mathematical expressions are developed which describe transformation of moment of inertia of inertial components into input shaft. Also, the formula is derived which expresses transformation of contact stiffness of elastic components into input shaft torsional stiffness. Besides, torsional vibration model of ROTGD is presented by using the transfer matrix method, and natural frequencies and vibration mode shapes are determined. Eventually, an example is given.

Nonlinear Dynamics of Torsional Vibration for Rolling Mill′s Main Drive System Under Parametric Excitation

The jointed shaft in the drivelines of the rolling mill, with its angle continuously varying in the production, has obvious impact on the stability of the main drive system. Considering the effect caused by the joint angle and friction force of roller gap, the nonlinear vibration model of the main drive system which contains parametric excitation stiffness and nonlinear friction damping was established. The amplitude-frequency characteristic equation and bifurcation response equation were obtained by using the method of multiple scales. Depending on the bifurcation response equation, the transition set and the topology structure of bifurcation curve of the system were obtained by using the singularity theory. The transition set can separate the system into seven areas, which has different bifurcation forms respectively. By taking the 1 780 rolling mill of Chengde Steel Co for example, the simulation and analysis were performed. The amplitude-frequency curves under different joint angles, damping coefficients, and nonlinear stiffness were given. The variations of these parameters have strong influences on the stability of electromechanical resonances and the characteristic of the response curves. The best angle of the jointed shaft is 4.761 3° in this rolling mill.

Extended-state-observer-based robust torsional vibration suppression for rolling mill main drive system with input saturation

A robust torsional vibration suppression strategy is proposed for the main drive system of the rolling mill subject to uncertainties,disturbances and input saturation.With given model information incorporated into observer design,an extended state observer that relies only on roller speed measurements is developed to estimate the system states and lumped uncertainties of the rolling mill main drive system.To handle the motor torque saturation,an auxiliary signal system with the same order as the plant is constructed.The error between the control input and plant input is taken as the input of the constructed auxiliary system,and a number of signals are generated to compensate for the effect of the motor torque saturation.Furthermore,a robust output feedback controller is introduced to obtain better transient and steady-state performance of the rolling mill main drive system and the stability of the closed-loop system is strictly proved via Lyapunov theory.Finally,comparative simulations are performed to verify the effectiveness and superiority of the proposed control strategy.

一种电动汽车驱动系统扭转振动扭矩梯度控制方法

本文提出一种电动汽车驱动系统扭转振动扭矩梯度控制方法。该方法引入RBF神经网络计算扭矩变化率梯度限制值,利用扭矩变化率限制值对驱动电机的输出扭矩进行限制,以此防止扭矩突然变大所造成的传动系统各轴段的过度扭转,从根源上消除引起驱动系统扭转振动的问题。与传统扭转振动控制方法不同,文章提出的控制方法面向实际工程应用,不依赖于车辆简化的二阶质量模型以及车辆参数,避免由于模型及车辆参数精度问题对控制效果造成的不良影响,具有优良的实际工程应用价值。最后,文章通过实车试验的方式对该方法的可行性及有效性进行验证。

钻柱纵-扭耦合非线性振动的顶驱控制研究

本文基于钻柱纵-扭耦合振动的三自由度集总参数模型,利用数值仿真研究了顶驱控制对钻柱粘滑振动和跳钻现象的抑制效果。结果表明,调谐k-c控制对钻柱振动系统的粘滑振动和跳钻现象有一定程度的抑制作用,但是在输入角速度较大而标称钻压较小或者输入角速度较小而标称钻压较大时的抑制效果并不理想。调谐I-k-c控制可以成功地消除输入角速度和标称钻压变化对钻柱粘滑振动和跳钻现象带来的影响,使得输入角速度和标称钻压不论取何值,钻头的转速均稳定在给定的输入角速度附近,减少了钻压、扭矩和轴向位移的波动。

双馈型风电机组传动链降载控制技术研究与仿真

为定量研究双馈型风力发电机组传动链的扭振控制,提出了一种基于卡尔曼滤波的反馈控制策略,并通过仿真计算的方式对比了传动链扭振的控制效果。以7.0 MW双馈型风力发电机组传动链为研究对象,采用卡尔曼滤波估计传动链扭振角度,并以低速轴扭振速度估计值为参考设计了发电机附加电磁转矩作用于风电机组转矩控制,与虚拟阻尼控制、无阻尼控制进行了20年全生命周期内的载荷与发电量计算对比。结果表明:经过卡尔曼滤波估计的低速轴扭角与实际值的相关性可以达到0.99;基于卡尔曼滤波的反馈控制分别与虚拟阻尼控制、无阻尼控制的关键差异为,传动链低速轴等效疲劳载荷分别降低2.11%、4.89%,传动链高速轴等效疲劳载荷分别降低1.99%、4.78%,发电量分别降低200、700 k W·h。卡尔曼滤波对传动链扭角估计较准确,且以卡尔曼滤波估计得到的低速轴扭振速度设计的附加电磁转矩对传动链扭振具有非常好的抑制效果。

电驱传动高速端齿轮系啸叫机理及优化设计

为解决高速电驱传动系统的齿轮啸叫问题,在传统齿轮修形方式的基础上,基于传动系统动态啮合刚度计算,探讨了电驱传动高速端齿轮系振动响应分析及结构优化设计方法。首先,将高速端齿轮系离散为齿轮副单元和轴段单元并进一步耦合轴承—壳体单元,给出了对应单元的动力学方程,建立了系统动力学模型;其次,推导了动态啮合刚度数学模型,以齿轮副传递误差和动态啮合刚度乘积作为激励力,求解了系统扭转振动响应;之后,结合某电驱传动系统,开展了振动响应仿真并与实测结果进行对比,验证了系统动力学模型及基于动态啮合刚度求解振动响应的有效性;最后,研究了不同齿轮副布局形式及零件结构对动态啮合刚度和传递误差的影响,制定了结构优化方案并对优化前后实测结果进行比较。结果表明,优化后高速端齿轮系振动响应明显下降,齿轮啸叫问题得到有效改善。研究结果可为电驱传动齿轮系统的优化设计提供思路。

基于振动的驱动链松弛检测方法研究及张紧装置设计

针对自动扶梯运行过程中经常产生的异常噪音、梯路振动问题,对自动扶梯传动系统振动、振动频率、张紧问题进行了研究。首先,采用频谱分析方式分析了自动扶梯运行中出现的振动频率和谐波频率情况,与理论频率相对照,分析并寻找了异常振动频率的来源;然后,对可能的振动源做了进一步验证,并对确定的振动源进行了调整,根据振动测试结果判定了调整方法是否有效;最后,设计了一款便于观察和调整的主驱动链条张紧装置,其不仅改善了振动状态,而且可以在链条断裂状态下起到安全保护作用。研究结果表明:基于各振动源的固有频率和谐波频率,将实际频率与其相对照,可以快速确定振动源;对识别出的确定振动源有针对性地进行了调整,振动值最大降低了61.5%,提高了自动扶梯测试效率;使用张紧装置后,噪音降低达3.3 dB(A),有效改善了主驱动链条振动状态,提升了运行质量。

电动汽车电驱动系统抗干扰扭振自适应控制研究

为了提高电动汽车处于纯电动模式下工作效率,设计了一种电动汽车电驱动系统抗干自适应扰扭振控制策略。构建电驱动系统动力平衡方程,同时引入了前馈与反馈控制器进行系统调控。有干扰仿真结果表明:设置前馈控制后,电动汽车启动阶段存在外部干扰因素影响时,可通过反馈控制器减缓传动部件产生的振动作用,从而达到更平稳控制效果,实现乘坐舒适度的显著改善。该研究能够有效消除电动汽车电驱动系统抗干扰能力,具有很好的应用价值。

Adaptive command filter constraint control of rolling mill torsional vibration under current harmonic

An adaptive command filter control strategy was proposed to realize the asymptotic tracking of the roll speed,which successfully suppressed torsional vibration for the main drive system of the rolling mill with nonlinear friction,nonlinear damping,current harmonic,time-varying stiffness and unknown disturbance.A finite time predetermined performance method was proposed,so that the speed tracking error of the main transmission system was always constrained in the performance function and converged to its minimum boundary within the specified time.Based on the adaptive estimation of harmonic amplitude,the torque control law of the motor was obtained by using the filter backstepping method,which prevented the torsional vibration of the system caused by the input fluctuation and avoided the complexity explosion of the controller design,and the stability of the closed-loop system was strictly proved by the Lyapunov theory.The actual numerical simulation verified the effectiveness of the proposed control strategy.

扭矩速率限制电控技术在商用车上的开发与应用研究

针对某款商用牵引车在猛踩与猛松油门时出现的整车抖动问题,从理论分析和实际测试两个方面进行了电控特性解决方案的研究。首先,基于理论分析的结果阐述了抖动产生的机理,找出了与整车抖动强相关的因子,并提出了针对性的解决方案和调试原则。接着,利用AVL Drive设备进行了试验测试,对比了不同工况下的改善效果。研究结果表明:采用扭矩速率限制电控技术可以有效改善驾驶员在猛踩与猛松油门时整车的扭转振动与冲击度。该技术在整车冲击度不高于16m/s^(3)时,可以提供更好的驾驶体验。

多干扰源下热轧机主传动系统扭振问题研究

热轧机是铜板带行业中必不可少的设备。为促进铜板带行业的发展,以热轧机为主要研究对象,首先介绍热轧机主传动系统的主要装置,其次分析主传动系统中易产生的扭转振动(以下简称扭振)问题,最后提出多干扰源影响下,热轧机主传动系统扭振问题的有效解决措施。本研究旨在为热轧机主传动系统的运行效果的改善提供可借鉴的经验和思路。

CRH5型动车万向轴扭转振动分析

采用多刚体动力学软件SIMPACK建立包含传动系统的单节CRH5高速动车模型,对在万向轴波动附加力矩作用下引起的传动系统扭转振动进行分析,并给出万向轴扭转刚度合理的选用范围。研究结果表明:由于万向轴传动不等速性而产生波动附加力矩,导致传动系统产生强迫振动;附加力矩的波动频率与动车运行速度有关,强迫振动的频率为万向轴输入轴旋转频率的2倍,附加力矩幅值与输入轴角速度的平方成正比;万向轴扭转刚度的选用应以传动系统固有频率避开正常运行时万向轴强迫振动频率为原则。建议选用的万向轴扭转刚度小于560 kN.m.rad-1。

轧机非线性传动系统冲击扭振的研究与抑制

以轴系含非线性阻尼和非线性刚度的两惯量轧机主传动系统为研究对象,建立其在冲击扰动作用下的动力学方程。分析了该系统的稳定性,得到了阻尼与刚度对系统稳定性的影响关系。采用多尺度法求解系统的一阶近似解,得到系统的扭转冲击响应,并通过对其进行数值仿真,讨论了主传动轴系阻尼非线性和刚度非线性对轧机传动系统冲击响应的影响规律,从而找出轧机系统冲击减振的方法。研究结果为抑制冲击扰动引起的轧机轴系扭转振动提供一定理论指导。

基于拓扑网络的轧机扭振分析计算

为能进行轧机主传动系统复杂分支结构的扭振分析和计算,研究了一种基于拓扑网络的扭振分析模型,模型中同时考察了内外阻尼的影响。求解模型的单支和多分支情况的动态响应。对比传统方法,文中的计算算例和仿真模拟都取得了很好的一致性。同时该法的表达便于作为控制系统的输入,为大型复杂机械主传动系统的实时主动控制和故障诊断监测开辟了一种容易实现的工程途径,也为工程中分析解决复杂多分支传动扭振及其类似问题提供了新方法。

基于联合仿真的风电机组低电压穿越传动链扭振抑制研究

针对双馈风电机组传动链电网故障过程中可能存在的扭振问题,采用弹簧阻尼质量建模方法,建立了能够反映柔性特性的传动链模型,得出了其自然振荡频率与阻尼系统解析表达式,揭示了柔性传动链的欠阻尼系统本质。通过故障期间发电机电磁转矩特性分析,说明了通过发电机电磁转矩突变量与高频脉动控制减弱传动链机械扭振的不可行性。在此基础上,提出了电网故障期间传动链的虚拟变阻尼控制策略,通过发电机附加转矩控制等效增大传动链阻尼,抑制了电网故障期间传动链的扭振。通过风电机组Bladed+Matlab联合仿真模型仿真分析,证明了理论分析与虚拟变阻尼扭振抑制策略的有效性。

粗轧机主传动扭振分析

分析了粗轧机主传动扭振模型及动态特性计算方法。在分析过程中考虑到轧辊与主传动动力侧之间的周向间隙对扭振响应幅度的影响,根据咬钢过程中间隙的启闭规律,基于龙格-库塔方法实现了扭振响应的数值仿真。对宝钢2050轧机R2主传动各工况进行了数值仿真,结果表明：当咬钢瞬间板坯速度大于轧辊圆周线速度水平分量时,轧辊与系统动力侧之间的接轴间隙打开,相对于间隙常闭工况,上下分支主轴的扭矩放大系数都有所增大,增幅达4%-20%。

随机风载荷对双馈风电机组轴系扭振响应分析

考虑到风电机组柔性传动链在风速持续扰动中易产生机组扭振,研究随机风载荷作用下双馈风电机组扭振响应、扭振传递规律及关键部件的影响程度。首先,考虑叶片、齿轮箱和发电机等关键部件,采用集中质量法,建立双馈风电机组传动链等效3质量块模型。其次,基于小信号分析法对柔性传动链的扭振模态、扭振频率及参与因子进行分析,获取其模态振型图。最后,基于Simulink软件平台,建立考虑随机风载荷作用和传动链柔性的双馈风电机组时域仿真模型,仿真分析在亚同步、超同步工况下的机组轴系扭振响应,并与理想风载荷作用效果进行比较。结果表明:与理想风载荷相比,随机风载荷作用对机组传动链轴系扭振响应影响明显,且在超同步或亚同步运行时,影响扭振的关键部件为发电机转子。

电网故障下风电机组轴系扭振抑制方法

通过全面分析不同故障类型和不同运行状态的双馈风力发电机电磁转矩特性以及由此激发的轴系扭振,得出了轴系关键参数对扭振的影响。分析结果表明,从降低模态耦合度的角度考虑的轴系参数配置方案对于抑制电网故障下的扭振无法取得显著成效,应当从削弱故障及恢复时刻转矩过冲和增加阻尼入手。随后提出了一种基于扭转角速度并通过附加电磁转矩实现的传动轴阻尼虚拟配置方法,针对扭转角速度可能难以获取的问题,在此基础上提出了与之等效的基于发电机转速的传动轴阻尼虚拟配置方法,通过大量PSCAD仿真验证了虚拟配置参数的一些特性以及2种参数虚拟配置方法的有效性。

旋转机械传动系统连续扭振动力学建模与仿真

在考虑传动系统连续分布质量的基础上,采用拉格朗日方程建立了旋转机械传动系统的连续动力学模型。通过传递函数法推导出任意轴上的扭振响应公式,并得到了存在间隙时传动系统的连续动力学模型。该连续模型能更精确地求解传动系统的固有频率,同时可有效减小传动系统自由度数量的变化对系统基频的影响。仿真结果表明,该连续模型能更丰富地反映出传动系统的扭振特性,为分析旋转机械传动系统扭振问题提供了一种新的途径。