基于谐响应分析的籽瓜破碎机机架抗振性能研究
发布时间：2021-03-21 13:09
为了研究籽瓜破碎机在受迫振动下的振动响应以及振动载荷带来的变形、失效等问题,通过ABAQUS软件分析了机架在无阻尼状态下的固有频率和振型号,在此基础上通过模态叠加法研究了机架在电机激振力作用下振幅和应力的响应特征,得到了对应的响应曲线。结合相应曲线研究了机架在交变载荷作用下振幅峰值发生的峰值和频率范围,验证了抗振性能是否满足实际生产要求。研究结果表明:在正弦激振力的作用下,机架的主要振动变形位于机架低端。当激振频率在85～125Hz之间时,机架容易发生强烈振动,尤其是在125Hz附近机架振幅出现了最大值。由于驱动电机的激励频率范围为23.33～60.00Hz,远小于最大振幅发生的频率,说明只要电机转速控制在3600r/min以下,机架就能有效避免振幅的急剧增加,不会发生严重的振动变形。
【文章来源】：农业装备与车辆工程. 2020,58(09)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
前6阶模态振型Fig.3Front6-ordermodalvibration
第58卷第9期39模态分析，得到无载荷状态下机架的固有频率和振型，根据模态分析的频率范围确定谐响应的扫频范围。在ABAQUS中对一般模型进行谐响应分析还要对模型做如下假设[11]：机架材料各相同性，分布均匀，忽略焊接和螺栓等影响。为了提高计算成本，将机架模型适当简化后如图2所示。2.2.2模型前处理将简化后的机架模型导入到ABAQUS中，并对其赋予材料参数，设定材料为Q235结构钢，材料参数如下：杨氏模量为21000MPa，密度为7.85g/cm3，泊松比为0.3[12]。网格类型为六面体网格，单元类型为C3D8R。根据机架的工况条件对模型设置边界条件，限制机架底端在Z方向上的位移。首先，为模型创建线性摄动分析步，计算机架在无阻尼状态下的固有频率和振型。谐响应分析时主要考察的是机架在振动载荷下的响应。本研究中振动源为三项异步电动机，振动载荷主要以激振力的形式施加到机架侧面。根据国家机械行业标准，三项异步电动机的激振力范围为0.6~250kN[10]，本研究中采用的电动机为Y系列三项异步电动机，额定转速为1400r/min，产生的最大激振力为1000N[10]，本文主要振动测试条件如表1所示。当模态分析计算完毕后，根据计算结果为模型制定扫频范围，在电机安装位置施加激振力，选择SSD分析步后提交计算就可得到机架的振动响应。表1振动测试条件Tab.1Testconditionsforvibration参数取值机架质量/kg19扫频范围/Hz小于固有频率范围受迫振动形式正弦波激振力幅值/N1000阻尼因子0.03采样点数目30激振力方向水平方向激振力施加位置电机安装位置2.2.3模态分析结果本文中，模态分析是谐响应分析的基础，扫频范围要尽量考虑机架的所有振型，因此在模态分析中提取了前6阶模态下的固有频
40农业装备与车辆工程2020年2.3谐响应分析结果谐响应分析时，需要在模型中设置相应的监测点[14]。由模态分析可以发现机架的最大变形位置主要发生在机架低端电机安装位置和顶端，因此选取如图4所示的3个监测点来观察振幅和应力的峰值变化。通过谐响应分析动画，发现机架的主要变形发生在X，Y方向上，因此提取各监测X，Y方向的振幅数据绘制响应曲线来分析机架的振动特性。如图5所示为各观测点的受迫振动振幅相应曲线。在X方向上，监测点2第1次振幅急剧增大出现在101Hz附近（振幅峰值为0.42mm），第2次急剧增大出现在125Hz附近（振幅峰值为0.46mm）；监测点3共出现了5次振幅急剧增大的过程，其中第3次振幅峰值最高（振幅峰值为0.21mm）；监测点1的振幅峰值发生频率和监测点2保持一致，在第2次急剧增大时振幅达到了0.420mm。在Y方向上，监测点2第1次振幅急剧增大出现在101Hz附近（振幅峰值为0.17mm），第2次急剧增大出现在125Hz附近（振幅峰值为0.40mm）；监测点3的振幅最大峰值出现在125Hz附近（振幅峰值为0.14mm）；监测点1共出现了两次振幅急剧增大现象，但峰值较低。以上现象说明，在电机激振力的作用下，机架的主要振动变形位于机架低端，当激振频率在85~125Hz之间时，机架容易发生强烈振动现象，尤其是在125Hz附近机架振幅出现了最大值，在该频率下机架收到的受迫振动变形最明显，对机架强度的影响也最严重。结合模态分析结果可以发现，125Hz正好位于第4阶固有频率附近，而第4阶固有频率也正好对应了谐响应分析最大峰值发生的频率，证明了谐响应分析是有效的。已知电机的激励频率范围为23.33~60.00Hz，远小于125Hz，说明只要电机转速控制在3600r/min以下，机架就
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的平面磨床整机动态特性分析[J]. 马兴奎,温良. 制造技术与机床. 2019(12)
[2]机载单臂锚杆机伸缩臂有限元模态及谐响应分析[J]. 周廷. 煤矿机械. 2019(07)
[3]基于ABAQUS多频率超声变幅杆稳态及谐响应分析[J]. 陈广鹏,江京亮,赵官传,刘新福,王德祥,孙传东. 机床与液压. 2019(11)
[4]基于谐响应分析的艉轴承动态特性研究及灵敏度分析[J]. 龙慎文,王优强,周亚博,魏聪. 机械传动. 2019(05)
[5]上肢康复机器人结构的谐响应分析[J]. 张无波. 机械制造. 2019(04)
[6]高速多轴绕线机主轴箱体的模态与谐响应分析[J]. 袁京鹏,陈文华,吴方帮,金晶,贺青川,潘骏. 机械工程师. 2017(02)
[7]基于ABAQUS卧式螺旋离心机转鼓系的模态分析[J]. 王凯坡,方春伟,孙广斌,王志龙. 石化技术. 2016(06)
[8]籽瓜副产物综合利用现状及存在的问题[J]. 武冬梅,李冀新,孙新纪. 黑龙江农业科学. 2010(11)
[9]对黑籽瓜一些术语与标准的界定意见[J]. 陈年来,李金玉,刘东顺,林淑敏. 甘肃农业科技. 1999(04)
[10]籽瓜生产现状与发展对策[J]. 李金玉,张延河,翟英临,杨来盛,孙晓伟. 西北园艺. 1995(01)
硕士论文
[1]一种新型高产能籽瓜破碎取籽机的设计与试验[D]. 朱宗光.甘肃农业大学 2014
本文编号：3092916
【文章来源】：农业装备与车辆工程. 2020,58(09)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
前6阶模态振型Fig.3Front6-ordermodalvibration
第58卷第9期39模态分析，得到无载荷状态下机架的固有频率和振型，根据模态分析的频率范围确定谐响应的扫频范围。在ABAQUS中对一般模型进行谐响应分析还要对模型做如下假设[11]：机架材料各相同性，分布均匀，忽略焊接和螺栓等影响。为了提高计算成本，将机架模型适当简化后如图2所示。2.2.2模型前处理将简化后的机架模型导入到ABAQUS中，并对其赋予材料参数，设定材料为Q235结构钢，材料参数如下：杨氏模量为21000MPa，密度为7.85g/cm3，泊松比为0.3[12]。网格类型为六面体网格，单元类型为C3D8R。根据机架的工况条件对模型设置边界条件，限制机架底端在Z方向上的位移。首先，为模型创建线性摄动分析步，计算机架在无阻尼状态下的固有频率和振型。谐响应分析时主要考察的是机架在振动载荷下的响应。本研究中振动源为三项异步电动机，振动载荷主要以激振力的形式施加到机架侧面。根据国家机械行业标准，三项异步电动机的激振力范围为0.6~250kN[10]，本研究中采用的电动机为Y系列三项异步电动机，额定转速为1400r/min，产生的最大激振力为1000N[10]，本文主要振动测试条件如表1所示。当模态分析计算完毕后，根据计算结果为模型制定扫频范围，在电机安装位置施加激振力，选择SSD分析步后提交计算就可得到机架的振动响应。表1振动测试条件Tab.1Testconditionsforvibration参数取值机架质量/kg19扫频范围/Hz小于固有频率范围受迫振动形式正弦波激振力幅值/N1000阻尼因子0.03采样点数目30激振力方向水平方向激振力施加位置电机安装位置2.2.3模态分析结果本文中，模态分析是谐响应分析的基础，扫频范围要尽量考虑机架的所有振型，因此在模态分析中提取了前6阶模态下的固有频
40农业装备与车辆工程2020年2.3谐响应分析结果谐响应分析时，需要在模型中设置相应的监测点[14]。由模态分析可以发现机架的最大变形位置主要发生在机架低端电机安装位置和顶端，因此选取如图4所示的3个监测点来观察振幅和应力的峰值变化。通过谐响应分析动画，发现机架的主要变形发生在X，Y方向上，因此提取各监测X，Y方向的振幅数据绘制响应曲线来分析机架的振动特性。如图5所示为各观测点的受迫振动振幅相应曲线。在X方向上，监测点2第1次振幅急剧增大出现在101Hz附近（振幅峰值为0.42mm），第2次急剧增大出现在125Hz附近（振幅峰值为0.46mm）；监测点3共出现了5次振幅急剧增大的过程，其中第3次振幅峰值最高（振幅峰值为0.21mm）；监测点1的振幅峰值发生频率和监测点2保持一致，在第2次急剧增大时振幅达到了0.420mm。在Y方向上，监测点2第1次振幅急剧增大出现在101Hz附近（振幅峰值为0.17mm），第2次急剧增大出现在125Hz附近（振幅峰值为0.40mm）；监测点3的振幅最大峰值出现在125Hz附近（振幅峰值为0.14mm）；监测点1共出现了两次振幅急剧增大现象，但峰值较低。以上现象说明，在电机激振力的作用下，机架的主要振动变形位于机架低端，当激振频率在85~125Hz之间时，机架容易发生强烈振动现象，尤其是在125Hz附近机架振幅出现了最大值，在该频率下机架收到的受迫振动变形最明显，对机架强度的影响也最严重。结合模态分析结果可以发现，125Hz正好位于第4阶固有频率附近，而第4阶固有频率也正好对应了谐响应分析最大峰值发生的频率，证明了谐响应分析是有效的。已知电机的激励频率范围为23.33~60.00Hz，远小于125Hz，说明只要电机转速控制在3600r/min以下，机架就
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的平面磨床整机动态特性分析[J]. 马兴奎,温良. 制造技术与机床. 2019(12)
[2]机载单臂锚杆机伸缩臂有限元模态及谐响应分析[J]. 周廷. 煤矿机械. 2019(07)
[3]基于ABAQUS多频率超声变幅杆稳态及谐响应分析[J]. 陈广鹏,江京亮,赵官传,刘新福,王德祥,孙传东. 机床与液压. 2019(11)
[4]基于谐响应分析的艉轴承动态特性研究及灵敏度分析[J]. 龙慎文,王优强,周亚博,魏聪. 机械传动. 2019(05)
[5]上肢康复机器人结构的谐响应分析[J]. 张无波. 机械制造. 2019(04)
[6]高速多轴绕线机主轴箱体的模态与谐响应分析[J]. 袁京鹏,陈文华,吴方帮,金晶,贺青川,潘骏. 机械工程师. 2017(02)
[7]基于ABAQUS卧式螺旋离心机转鼓系的模态分析[J]. 王凯坡,方春伟,孙广斌,王志龙. 石化技术. 2016(06)
[8]籽瓜副产物综合利用现状及存在的问题[J]. 武冬梅,李冀新,孙新纪. 黑龙江农业科学. 2010(11)
[9]对黑籽瓜一些术语与标准的界定意见[J]. 陈年来,李金玉,刘东顺,林淑敏. 甘肃农业科技. 1999(04)
[10]籽瓜生产现状与发展对策[J]. 李金玉,张延河,翟英临,杨来盛,孙晓伟. 西北园艺. 1995(01)
硕士论文
[1]一种新型高产能籽瓜破碎取籽机的设计与试验[D]. 朱宗光.甘肃农业大学 2014
本文编号：3092916
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3092916.html
