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第卷第期材料科学与工艺!!年月环形钢丝绳减振器刚度和阻尼性能试验研究陈维民刘钢哈尔滨工业大学刘玉兰辽宁省进出口商品检验局摘要本文对九个不同尺寸规格的环形钢丝绳减振器进行了试验研究,得出了它们的迟滞回线,分析了环形钢丝绳减振器直径比对其刚度性能的影响,研究了环形钢丝绳减振器的阻尼性能研究结果表明环形钢丝绳减振器具有非线性软化迟滞特性,属于一模型,并可简化为双线性模型进行计算,其阻尼比可达以上,是一种性能优良的减振器其刚度软化程度适当稳定性好,尤其适用于锻锤基础的减振治理关键词环形钢丝绳减振器性能试脸直径比阻尼比中国图书资料分类号几引言目前使用的圆柱螺旋形钢丝绳减振器是将不锈钢丝绳利用夹板缠绕固定制成,如图所示据欧美一些国家对其进行研究认为,这种减振器具有以下优点集软性弹簧与迟滞阻尼为一体,具有大变形容量,有优良的耗能特性能在较宽的频带和大振幅范围内减振与隔震抑制“共振”能力强使用温度范围宽,不怕酸、碱、油的腐蚀,使用寿命长,但这种结构形式钢丝绳减振器尚存在以下缺点横向和纵向性能不同,不利于控制水平面各方向的振动承载后软化程度过大,不利于对诸如锻锤等冲击载荷很大的设备进行减振治理稳定性差所以本文设计了一种新型结构的钢丝绳减振器,着重研究这种减振器的承压变形特性,以及阻尼耗能特性图口往螺旋形钢丝绳减振器结构示意图扮泊图环形钢丝绳减振器照片俪州司!∀眠脚眼蜘环形钢丝绳减振器的制作本文于卯年月日收到联系人二刘钢,博士研究生哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,夕幻第期陈维民等环形钢丝绳减振器刚度和阻尼性能试验研究··利用本文所设计和加工的专用夹环,选用种不同的钢丝绳直径分别制作了一个不同绳圈内径的环形钢丝绳减振器,其结构如图所示,主要几何参数见表表环形钢丝绳减振器几何参数表飞乞晓此群胭州叮钾翻口犯扭”成内嗯劝‘灿,用明犯妞山奴牙序序号号代号号钢丝绳绳钢丝绳直径径绳圈内径径圈数数件数数结结结结构构一印印印印一!!!一一叩叩卯卯】一刀刀!!!认乃一卯卯兜兜乃一,一!!!一!!!减振器的性能试验静态性能测试采用一电子拉力试验机测试钢丝绳减振器的静态力学性能由于钢丝绳减振器在压缩后有少量的残余形变,所以需要先根据减振器所能承受的最大变形量预压四、五次,使之具有一定的预变形,排除残余变形对减振器性能的影响再进行加载一卸载试验,测定其静态力一位移曲线。试验装置框图如图所示。一记记记记记记记记记录仪仪惹惹惹惹惹惹二二二二图静态性能试脸装置框图!性川,门。详肠阻尼测试采用自由衰减振动法测定钢丝绳阻尼器自由衰减振动位移一时间曲线,定阻尼比七和自振频率几之二加飞一’口并根据式确··材料科学与工艺第卷式中,占为对数衰减率,按占长十计算长、分别为振动曲线上第”个、。个振幅。各种型号环型钢丝绳减振器阻尼比亡的测试计算结果见表表环形钢丝绳减振器阻尼比油创匕触山口幼瑰如成功嗯目砚叙此川叫阵妞自叙盯型号阻尼比,目工斑一一沁】一印试验结果及讨论钢丝绳减振器静态力一位移曲线分析对型、型、型、八型环形减振器进行加载卸载试验,测得力一位移曲线其中一的测试结果如图所示其中可见,环形钢丝绳减振器具有非常好的迟滞特性在加载过程中,随着减振器所承受的压力逐渐增大,其变形程度不断增大而力一位移曲线的梯度逐渐降低,即环形钢丝绳减振器随着变形程度的增大,压缩刚度逐渐降低,有明显的软化现象这是由于压缩变形程度较大时,钢丝之间出现较大滑移,绳圈也发生了一点扭转变形,造成抗压能力降低显然,这对减振耗能是十分有利的口叭椒拐尸!∀!#∃%加oo加8加肠U旧‘Z叭担燕0异共瑞弓-弓喘ee魂。叭并‘~—位移D帅(浏间位移DisP(~)图4RSWI8.7一7.0环形钢丝绳减振器迟滞回线图5环形钥丝绳减振器的双线性迟滞摸型Fig.4公如yd民山tofRSWI8.7一7.0ringFig.5Deubleli~del即爪记dofring成即durev月双班Dpe150】atorstll蕊沈眼,朋改。pe150】ator目前国内外所使用的卧式圆柱螺旋形钢丝绳阻尼器,其软化程度非常大,研究人员曾把钢丝绳阻尼器的迟滞回线简化成双线性迟滞模型,把阻尼器的刚度分为早期刚度和后期刚度两种,而后期刚度约为早期刚度的2%一9%侧.这种压缩刚度的急剧下降,一是由于钢丝之间的较大滑移产生;二是由于钢丝绳圈沿纵向失稳造成的.此时刚度的过度软化,使原来稳定性就很差的卧式钢丝绳阻尼器更加不稳定,这对锻锤的砧下减振来说是不利的.所以卧式钢丝绳阻第1期陈维民等:环形钢丝绳减振器刚度和阻尼性能试验研究·73·尼器必须与其它稳定性好,刚度大的弹性元件组合使用.本文所研制的环形钢丝绳减振器因其优良的刚度特性和稳定性而更适于锻锤等冲击设备的减振治理.本文把环形钢丝绳减振器简化为双线性迟滞模型,图5为双线性迟滞模型示意图.每个减振器的早期刚度K.和后期刚度凡的数值列于表3。其中,凡为刚度转变点的载荷值,这里称之为软化载荷;a为后期刚度与早期刚度的比值,称之为刚度软化系数.表3环形钢丝绳减振器刚度表1乞创睡35敬血,苗山吧目”班自.℃翎肥m详加如姗序序号号代号号D/ddd凡你N/mm)))犬办润Zmm)))F介州州a,凡/Kttt11111RSWI6.2一印印9.68880.188880.12222住曳刃刃仓翻99922222RSWI62一7000】129990.167770乃5111。.刀刃刃0.3055533333RSWI6.2一劝劝12.叩叩0.129990.038880.1即即。.加55544444RSW16,2一oooo14石2220.057770.02333众2以)))0.喇又又55555RSW18刀一sooo1仓的的0.1叭叭0.116660.引)〕〕0.5988866666RSW18刀一卯卯11.25550.1困困0.076660.295550.4见见77777RSWI8.0一10000】2.印印0.135550.(又汤汤欣2力力。.4744488888RSWI8.7一兀兀8.05550.236660.!4444住9日)))0.6100099999RSWI9.3一70007.53330.63888住495551.275550.776663.2直径比刀阿对环形钢丝绳减振器刚度与软化载荷的影响图6为早期刚度K,随直径比D/d变化的关系曲线.从图中可以看出,随着D/d增大,凡值呈单调递减趋势,且D/d越小对K.的影响越显著,当D/d较大时,K.的变化较平缓.图7为后期刚度K:随直径比D/d变化的关系曲线.其变化趋势与K,随D/d的变化趋势相仿.一、..卜l‘、.JO入一.、一…,口0.70.8060.50.40.30.20.10日日z巴z侧登毅碳0.70.8060.50.40.3020.1墓Z巴1侧妥襄衅789101112131415直径比D/d图6早期刚度K,与直径比D/d的关系曲线F电.61飞瞬化肠tionsbjP掀~K,(周的ysta罗stifTn.)andD/d(t比md沁ofd达met招)9101112131415直径比D/d图7后期刚度K:与直径比D/d的关系曲线Fig夕1飞吮心at沁佑hiPbet~凡Oaterst御笋stiff浓,)andD/d(theIad沁ofd址n长沈比)图8为软化载荷凡随D/d变化的关系曲线。可见随着D/d的增大,凡值逐渐减小,当D/d小于9.4时,直径比对兀的影响非常显著;而当D/d大于9.4时,直径比对凡的影响渐趋平缓。·74·材料科学与工艺第4卷所以,当钢丝绳直径d保持不变,若增大绳圈内径D,则D/d增大,凡、凡、凡均减小.设计钢丝绳减振器时,可以通过改变减振器绳圈的直径来改变减振器的刚度.此外,若绳圈直径D不变,又可通过改变钢丝绳直径d来改变D/d的值,从而设计出具有适当刚度K,和凡的环形钢丝绳减振器。总之,通过调节绳圈直径D和钢丝绳直径d可以很方便地调整减振器的刚度。凡、KZ和凡与D/d之间的关系可用回归公式(2)、(3)、(4)表示:K一0.0113(D/d)2一0.3016(D/d)+2.104(2)凡=0.0118(D/d广一0.3042(D/d)+1.981(3)凡=O·0016(D/d)’一o·081(D/d护+1.548(D屏一13,095(D/d)+41.62(4)图9为刚度软化系数a与D/d的关系曲线。其中可见,刚度变化的幅度基本随着D/d值的增大而增大,即D/d越大后期刚度比早期刚度降低得越明显.但并非各点都很好地接近回归曲线,其中,某些点偏差较大.可见刚度软化的程度与D/d的关系不能由简单的回归曲线所描述.因此,对于不同结构的环形钢丝绳减振器,其刚度软化系数应通过试验进行测定,否则难以确定。但从中可以看出,环形钢丝绳减振器的刚度软化系数在30%一70%之间,远大于圆柱形钢丝绳阻尼器的软化系数,刚度软化程度适当。1.41.2l9n6:00一1.广es.es。06鱿04衫吸牟彭侧窗.!1.卜0.80.40.6之峻但燕牟娜OL一习匕一曰L一-一月一一户.一J789101112131415直径D/d图8软化载荷凡与D/d的关系曲线Fig.8The创ationshiPbet认汇℃IIF,(soft口ingIOad)03}-0.2L0..1二,101112131415直径D/d图9刚度软化系数a与D/d的关系曲线F够9叨犯创ati。愁拓pbet明尾亡na(soft。币ng以ffidencyandD/d(thCrddioofdiarrrt饥)ot一st一”议溺)andD/d(t拙用dloot山anl纽留)33环形钢丝绳减振器的阻尼特性通过对环形钢丝绳减振器进行振动试验,记录振动位移时程曲线(如图10所示)。根据所得波形按式(l)计算阻尼比亡,结果列于表2.可见,环形钢丝绳减振器具有优良的阻尼性能,适于锻锤等冲击类锻压设备的减振.并且钢丝绳的股数越多,每股钢丝数越多,减振器的阻尼比则越大.4结论(l)环形钢丝绳减振器具有非线性软化刚度,并可简化为双线性迟滞模型来进行响应计算第1期陈维民等:环形钢丝绳减振器刚度和阻尼性能试验研究·75·分析。早期刚度K:、后期刚度凡和软化载荷凡以及软化系数。均可以用来描述减振器的性能。4.0卜份洲0.0(日日)x一4.00.00住吕51.兀2-万53.40t(s)图roRSM月9.3一70环形钢丝绳减振器的自由衰减振动波形阅Flg.101飞巴访b份t沁n锐代化rmofn优attenuationofRSW】9.3一为dngstllK戈眼(2)环形钢丝绳减振器的凡、凡、凡都随直径比D/d的增大而减小,应通过试验测定.4.25期n二。pe切纽tor但a的变化规律性不强(3)环形钢丝绳减振器的阻尼比亡可接近或超过0.2,有优良的减振耗能效果.参考文献O橄G让忱找,Ha七从kueh.助Iat沁ns卜兀kand巧bmt沁n.MECllANI〔共LENGINEERING,198么(10):58Ha七玫k‘h.51冷ck&劝bzation助lationinse~EnviIDll℃11ts,No晚&认bmt沁n伪ntIDIWorid俪de,l男6,‘9):240熊世树,唐家祥.钢丝绳阻尼器的径向性能试验研究.第二届全国结构减震控制学术会议论文集.1卯2,2田一217刘钢.钢丝绳减振器研制及锻锤减振系统振动的动力学特性分析.哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,1卯5ResearchonProPe币esofSti价essandDamPingofRingStruCtUreWireroPeIsolatorsChen份日由inW巴iminLi“)飞通Ia”InstituteofLiuGangT戈hoofogy)(L访oningpm~im卯rtandexportcom爪闭ityinsIX众ionb~u)NillCSea代h司.nngstruCture胡八reroPeTheirdelay幼reults认lereisolato巧drav月1.Ab成口d扭SWI)withdifferent51刀乏andstanda川S认吧re化-TheeffeC
本文标题:环形钢丝绳减振器刚度和阻尼性能试验研究
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