1、振动冷却器性能参数分析 李宝伟 孙艳红 山东钢铁集团日照有限公司 摘 要： 建立振动冷却器动态模型进行动态分析, 使用动态数据采集系统采集时域信号, 测试振动冷却器, 得到工作条件下测量点的加速度曲线。分析测量点的振幅、轨迹和振动方向角度, 并与设计参数进行比较, 以评估其性能。结果表明, 振动冷却器可以满足生产过程。关键词： 振动冷却器; 轨迹; 振动试验; 振幅; 作者简介：李宝伟 (1973) , 男, 毕业于山东省机械工业学校, 中级工程师, 从事机械设备管理工作。收稿日期：2017-10-08Performance Parameters Analysis of Vibrating C
2、oolerLi Baowei Sun Yanhong Rizhao Co., Ltd., Shandong Iron Abstract： The dynamic model of vibrating cooler was established to carry out dynamic analysis and dynamic data acquisition system was used to collect time domain signal, the vibrating cooler was tested and the acceleration curves of measurin
3、g point under working conditions were obtained. The amplitude, trajectory and vibrating direction angle of the measuring points are analyzed and the design parameters are compared so as to evaluate its performance. The results show that the vibrating cooler can meet the production process.Keyword： v
4、ibrating cooler; trajectory; vibration tests; amplitude; Received： 2017-10-08转底炉炼铁工艺是近 30 年来开发的非高炉的新技术。炉内温度高达 1 2501 350左右, 碳球在高温度条件下, 随着高炉底层旋转, 可迅速减少铁矿石生成金属球团。最后由螺旋输送机分开, 冷却后作为原料或 EAF 炼钢原料输送到炉中。振动冷却器 (见图 1) 是用于冷却转底炉成品的专用设备。除了冷却材料外, 它还在材料运输中起着重要的作用。在工作过程中, 整个设备位于隔离弹簧上, 周期性的激励由安装在振动基础上的电机产生, 加强系统的纵向振
5、动, 因此落入槽中的散装物料不断向前抛出, 用来加强物料运输能力。罐壁也通过冷却水冷却, 同时实现物料处理和冷却目的。振动冷却器的具体设计参数见表1。为了获得振动冷却器的振动特性和参数, 提高设计质量, 进行了振动冷却器的动力学分析和参数计算, 并采用动态信号采集系统进行振动试验和分析1。1 振动冷却器动态分析振动冷却器的振动是质量弹簧阻尼系统典型、稳定的强制振动。冷却器主要由冷却箱、励磁机 (振动电机) 和支撑弹簧组成。图 2 是根据振动冷却器的结构得到的机械模型。在振动过程中, 冷却槽和弹簧分别产生阻尼力和弹簧力2-3。系统的振动方程可以描述如下:图 1 振动冷却器结构图 下载原图1冷却水
6、箱;2冷却管;3个励磁电机;4个支撑弹簧;5个底座表 1 设计技术参数 下载原表 图 2 振动式冷却器机械模型 下载原图振动式冷却器处于强制振动状态。由于阻尼作用, 自由振动在启动后不久就会衰减。所以只考虑稳态解决方案。微分方程的具体解如下:式中: x为 x 方向幅度; y为 y 方向幅度; 1为 x 方向上相位差角; 2为 y 方向上相位差角;而阻尼很小时 1 2。上述方程式表示了振动系统冷却器的振幅和动态系数之间的关系。由于冷却器在特别大的共振状态下工作, k xk yM+2m, 刚度值被忽略, 则合成振幅如下所示:质心振动轨迹方程如下:从等式 (6) 可以看出, 冷却器的振动轨迹是直线。
7、通过动态分析, 精确地给出运动规律和动力学参数之间的关系, 为振动冷却器的设计和研究提供了理论保证。实际平均物料速度:式中:C D为吊索运动的影响系数, 1.01.1;C h为物料层厚度的影响系数, 0.71.0;vk为同向设计平均速度, ;vq为反向设计平均速度, ;Pkm为同向运动电机功率 ;Pqe为反向运动电机功率; 为电机角速度。生产量:式中:h 为材料层厚度, 60 mm;B 为冷却槽的宽度 1.6m;v 为材料的平均速度;为材料的密度 1.8 t/m。2 测试方法和测试结果分析振动冷却器是一种复杂的弹性体。通常四个角点出现最大变形。为了更好地反映振动特性, 进行了动态响应试验。四个
8、角点 A, A, B, B是测量点。C, C双方的质心也是测量点。测量每个点的 x, y, z 三个方向的振动信号。测试内容包括振动加速度、振动轨迹、振动方向角、冷却器的振幅和频率。加速度传感器的质量远小于振动冷却器的质量, 因此加速度传感器质量对振动试验结果的影响可以忽略不计4-5。安装在 x, y, z 方向测量点的压电传感器输出的加速度信号, 由电荷放大器放大并输入到动态信号采集系统 DH5920, 过程信号由计算机软件系统收集, 并且接收响应时间波形。测试系统框图如图 3 所示。图 3 测试系统框图 下载原图采样频率设定为 1 280 Hz。振动试验得到的数据通过 Matlab 软件处
9、理。处理流程图如图 4 所示。读取振动冷却器的单周期振动。过滤后, 所有测量点的振动轨迹都可用。质心点的振动轨迹如图 5 所示。图 4 处理流程图 下载原图图 5 重心点振动轨迹 下载原图图 5 振动冷却器测点振动轨迹为直线或椭圆, 椭圆轴比大于 5.0。因此, 冷却器的振动轨迹可以看作是直线6。冷却器测量点的振幅和振幅方向角如表 2 所示。表 2 测量点的振幅和振动方向角度 下载原表 从表 2 可以看出, 每个测点的振幅和方向角几乎相等, 平均振幅为 3.42 mm, 平均方向角为 37.8, 均与计算值相似。对称点的振幅差小于 0.2mm, 符合国家标准, 相关机械设备对称点的振幅差应小于
10、 0.5 mm。从等式 (5) 得, 理论振幅是 , 接近于测得的平均值;从等式 (7) 得, 理论速度为 vm=CDCh (vk+vq) =0.0620.081 m/s, 真实的平均速度是 vm=0.066 m/s, 在理论计算范围内。从实际速度和方程 (8) 得, 实际生产量是 Q=3 600h Bv=41 t/h, 满足设计要求。稳态振动过程中的时域信号由 Matlab 进行分析。频域信号可以通过傅里叶变换获得。x 方向的加速度信号和 B 点频谱图如图 6 所示。从图 6 看, 冷却器的主要频率为 16.6 Hz, 等于电机的振动频率。从表 1 可以看出, 对称点的振幅相对稳定, 这表明振动冷却器没有明显的扭转振动, 因此振动冷却器的工作频率成功地避免了一阶固有频率, 满足设计要求。
