螺杆钻具试验台机架的结构与振动分析

发布时间：2019-09-04 15:13

【摘要】：为了解螺杆钻具试验台机架的结构和动态特性,避免工作过程中机架的变形损坏,针对某企业试验台机架进行有限元分析。利用UG对机架进行三维建模,将模型导入ANSYS Workbench,利用Static Structural模块进行结构静态分析。结构静态分析得出的应力结果作为模态分析的结构参数,进一步利用Modal模块进行预应力模态分析。分析得出了在螺杆钻具工作过程中机架的受力变形,得出了机架的前6阶固有频率和相应的固有振型,同时分析了各阶振型的振动特点。分析结果显示该企业螺杆钻具试验台机架采用这种结构设计,具有足够的强度,可以满足试验要求。通过计算外激励源的频率,发现其远远小于机架的第一阶固有频率,说明了机架不会与外激励源发生共振。
【图文】：

m，跨度为1．2m，分成四段，主要承载12个部件。由于每段结构类似，取图1最左侧一段机架(包括电磁涡流制动器、增速箱、磁粉制动器三个部件)进行有限元分析，如图2所示。螺杆钻具试验台的扭矩加载和测试范围为0～25000N·m，若按最大扭矩25000N·m等效作用于跨度为1．2m的机架上计算，等效集中力为25000N·m/1．2=20833.3N。设定机架上的部件与机架左侧的有效接触面积均为0．4×0．2=0．08m2，机架左侧的有效接触面积共0．96m2，左侧等效的均布力为21701.4N/m2，机架右侧和左侧的均布力大小相等、方向相反。图1试验台机架的布局1电磁涡流制动器2增速箱3、4磁粉制动器5转矩转速传感器6分水传动总成7手动钳座8推拉机构9螺杆钻具10液压钳座11进水接头12液压站图2机架的三维模型模型导出格式为IGES，导入到ANSYSWork-bench中，选择自动划分法进行网格划分，单元尺寸设置为10mm。网格划分的结果是节点数101595个，单元数62060个，如图3。接下来施加载荷和约束。由于机架固定在水泥地基上，故对机架底部施加固定约束。在三个部件与机架的接触位置均施加均布力，接触位置的右侧与左侧均布力大小相等、方向相反，如图4。图3机架的网格划分图4机架的边界条件3．结果分析施加载荷和约束后，进行静态结构分析的后处理。在Mechanical-Solution中选择等效应力、等效应变和总变形进行求解，得到应力、应变和总变形的云图如图5、图6、图7所示。图5机架总变形云图图6机架等效应变云图图7机架等效应力云图查阅机械设计手册知，厚度在16～60mm之间的Q235钢的屈服强度为225MPa，抗拉强度为370·30·钻采工艺DＲILLING＆PＲODUCTIONTECHNOLOGY2017年1月Jan．2017

m，跨度为1．2m，，分成四段，主要承载12个部件。由于每段结构类似，取图1最左侧一段机架(包括电磁涡流制动器、增速箱、磁粉制动器三个部件)进行有限元分析，如图2所示。螺杆钻具试验台的扭矩加载和测试范围为0～25000N·m，若按最大扭矩25000N·m等效作用于跨度为1．2m的机架上计算，等效集中力为25000N·m/1．2=20833.3N。设定机架上的部件与机架左侧的有效接触面积均为0．4×0．2=0．08m2，机架左侧的有效接触面积共0．96m2，左侧等效的均布力为21701.4N/m2，机架右侧和左侧的均布力大小相等、方向相反。图1试验台机架的布局1电磁涡流制动器2增速箱3、4磁粉制动器5转矩转速传感器6分水传动总成7手动钳座8推拉机构9螺杆钻具10液压钳座11进水接头12液压站图2机架的三维模型模型导出格式为IGES，导入到ANSYSWork-bench中，选择自动划分法进行网格划分，单元尺寸设置为10mm。网格划分的结果是节点数101595个，单元数62060个，如图3。接下来施加载荷和约束。由于机架固定在水泥地基上，故对机架底部施加固定约束。在三个部件与机架的接触位置均施加均布力，接触位置的右侧与左侧均布力大小相等、方向相反，如图4。图3机架的网格划分图4机架的边界条件3．结果分析施加载荷和约束后，进行静态结构分析的后处理。在Mechanical-Solution中选择等效应力、等效应变和总变形进行求解，得到应力、应变和总变形的云图如图5、图6、图7所示。图5机架总变形云图图6机架等效应变云图图7机架等效应力云图查阅机械设计手册知，厚度在16～60mm之间的Q235钢的屈服强度为225MPa，抗拉强度为370·30·钻采工艺DＲILLING＆PＲODUCTIONTECHNOLOGY2017年1月Jan．2017
【作者单位】： 贵州师范大学机械与电气工程学院;贵州高峰石油机械股份有限公司;
【分类号】：TE921

【参考文献】

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本文编号：2531834