声频钻机隔振结构仿真分析研究
本文关键词: 声频钻机 隔振性能 仿真 金属橡胶 迟滞回线 出处:《中国地质大学(北京)》2013年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:声频振动钻进技术是一种新型、高效的环境取样技术,其利用双马达驱动偏心轴旋转输出高频激振力驱动钻杆在沉积层中钻进,以取得分层样品,对研究环境和气候变化具有十分重要的意义。动力头隔振是声频振动钻机关键技术之一,目前国内对此还缺乏深入研究,,本论文以新型声频振动钻机动力头隔振结构为研究对象,采用理论分析、计算机仿真和部分实验相结合的方法,对动力头的振动特性和隔振性能进行了研究,得到了一些研究成果。 首先,在分析声频动力头结构和工作原理的基础上,建立了隔振系统的数学模型,并利用三维设计软件SOLIDWORKS对隔振系统进行了三维立体设计,建立了其三维仿真模型,为后续隔振系统的动力学仿真奠定了基础,并提出了隔振系统评价的基本指标。 其次,在对隔振系统相关的圆柱滚子轴承、连接螺栓、主轴、支撑板等关键部件的结构进行分析的基础上,在ANSYS软件中导入了主轴和支撑板的仿真模型,根据振动工况,设置合理的边界条件,开展了典型工作参数下的仿真研究,得到了它们的位移和应力云图,为其零部件的设计提供了参考条件。 根据刚体动力学的基本理论,在简化动力头隔振系统结构的基础上,建立了动力头的ADAMS动力学仿真模型,并通过仿真,得到了主轴在偏心轴转速不同时隔振器加有线性阻尼时的位移、速度和加速度曲线图,为分析计算振动头隔振效果提供依据。同时,对圆环型金属橡胶隔振元件在在点加载和不同加载速度的连续加载两种不同的加载方式下对两个不同的金属橡胶隔振块做静载试验,得到了隔振元件的位移—负荷图即迟滞回线图,分析其隔振性能变化规律,可指导隔振元件的设计。 通过隔振系统的现场应用效果,开展了隔振结构的优化技术研究,对主轴连接结构和支撑板加强结构进行了仿真研究,揭示了现场破坏的原因,提出了隔振系统和隔振元件进一步优化的方向和措施,为声频振动头以及其他振动设备的设计提供参考。
[Abstract]:Acoustic vibration drilling technology is a new and efficient environmental sampling technology, which uses double motors to drive eccentric shaft rotation output high frequency exciting force to drive drill pipe drilling in sediment layer, in order to obtain stratified samples. It is of great significance to study environment and climate change. Vibration isolation of power head is one of the key technologies of audio vibration drill. In this paper, the vibration characteristics and isolation performance of the power head of a new type of acoustic vibration drilling rig are studied by means of theoretical analysis, computer simulation and some experiments. Some research results have been obtained. Firstly, on the basis of analyzing the structure and working principle of the audio power head, the mathematical model of the vibration isolation system is established, and the three-dimensional design of the vibration isolation system is carried out by using the three-dimensional design software SOLIDWORKS, and the three-dimensional simulation model is established. It lays a foundation for the dynamic simulation of the subsequent vibration isolation system, and puts forward the basic indexes for the evaluation of the vibration isolation system. Secondly, on the basis of analyzing the structure of the key parts of the isolation system, such as cylindrical roller bearings, connecting bolts, spindle, supporting plate and so on, the simulation model of the spindle and the supporting plate is introduced in ANSYS software, and according to the vibration condition, the simulation model of the spindle and the supporting plate is introduced. With reasonable boundary conditions, the simulation of typical working parameters is carried out, and their displacement and stress cloud diagrams are obtained, which provides a reference for the design of their components. According to the basic theory of rigid body dynamics and on the basis of simplifying the structure of the vibration isolation system of the power head, the ADAMS dynamic simulation model of the power head is established, and the simulation is carried out. The curves of displacement, velocity and acceleration of the spindle with linear damping at different speed of eccentric shaft are obtained, which provides a basis for the analysis and calculation of vibration isolation effect of vibration head. The static load tests of two different metal rubber isolation blocks are carried out under two different loading modes: point loading and continuous loading at different loading speeds. The displacement-load diagram (hysteresis loop diagram) of the vibration isolator is obtained, and the variation law of its vibration isolation performance is analyzed, which can guide the design of the vibration isolating element. Through the field application effect of the vibration isolation system, the optimization technology of the vibration isolation structure is studied, the main shaft connection structure and the supporting plate strengthening structure are simulated, and the cause of site failure is revealed. The direction and measures for further optimization of vibration isolation system and vibration isolation elements are put forward, which can provide reference for the design of audio vibration head and other vibration equipment.
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TE922;TB535.1
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