農用機電設備振動檢驗分析

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摘要：農用機電設備振動檢驗試驗臺作為一種有效的試驗設備，可以模擬實際工況，對產品或零件進行強度試驗分析。文章通過對農用機電設備振動檢驗試驗臺建模，再根據試驗臺固有特性進行諧響應分析，最后進行實驗分析對比，為農用機電設備的疲勞測試、強度分析奠定基礎。

關鍵詞：農用機電設備；振動；模態分析；諧響應分析

農機設備中采用振動來進行生產的設備很多，比如各種篩選機、分離機和播種機等，這些設備都有特定的振動要求，以獲得所需要的功能。此類設備由于設計的不規范性或者受到環境變化比較大，長期的振動影響使得機構或電氣部分發生損壞而影響正常工作。振動是工程技術領域中普遍存在的現象，設備故障及零件損壞大多與振動有關[1-3]。因此，一種新的農用機電設備設計完成并在使用之前進行振動檢驗的試驗就顯得非常重要。

1試驗臺總體結構的三維模型及實物

本農用機電設備振動試驗的試驗臺總體結構的三維模型圖如圖1（a）所示，實物圖如圖1（b）所示：

2振動臺的模態分析

取頂部的振動板進行振動分析，并進行結構簡化為兩塊板的聯接。兩板之間是采用彈簧連接，所以在連接方式中找到彈簧選中即可，同時設置彈簧連接的連接方式為Frictionless(光滑無摩擦接觸類型)，如圖2所示。對幾何模型進行網格劃分，選擇Mechanical界面左側Outline（分析樹）中的Mesh選項，此時可在Detailsof“Mesh”（參數列表）中修改網格參數，本例中在Sizing中的elementsize修改劃分單元格的尺寸，并進入mesh選項中的method更改劃分的單元格形式，這里采用hexdominnant（六面體），其余采用默認設置，如圖3所示。選擇Mechanical界面左側Outline中的modal（B5）選項，在Environment中選擇support中的FixedSupport（固定約束），選擇底板進行全約束。同時在analysissettings中設置求解的固有頻率的階數。設置完畢后就可以點擊solve選項進行求解。對模型進行求解，查看模態分析的結果。此時的模態分析結果總變形云圖如圖4所示，前十二階固有頻率如圖5所示。

3振動臺的諧響應分析

以模態分析為基礎，直接采用之前的模態分析結果，直接共享至諧響應分析模塊（harmonicresponse）。設置頻率變化范圍（0～500Hz），force選項進行簡諧力參數設置，取15N，相位角0°做樣本分析，選擇solve按鈕進行解析，過程類似模態分析，查看在簡諧力作用下的振動臺的變形云如圖6所示，頻率響應圖如圖7所示。

4實驗對比分析

4.1平臺材料為45#鋼材的振動試驗。實驗采取的彈簧參數是k=2.3N/mm，L=60mm，將固定好四個彈簧支撐腳，再調好彈簧處在自由長度的位置，用螺釘固定好后進行實驗。設定5組實驗，原仿真采用的頻率分別是41.667Hz、83.333Hz、125Hz、208.33Hz、333.33Hz，實驗采用的頻率分別是40.4Hz、80.8Hz、130.5Hz、207.8Hz、322.6Hz。第1組到第5組的實驗結果與仿真結果對比如圖8所示：數據分析：第一組，仿真頻率41.667Hz，實際試驗調出的頻率參數是40.4Hz，頻率相差在1.2Hz左右；第二組，仿真頻率83.333Hz,實際試驗頻率：80.8Hz，得到的振形基本一致；第三組，仿真頻率125Hz，實際試驗頻率130.5Hz，振形右側基本一致，左側的不分離原因之一是加工的振動臺比較粗糙，水平保證不足；第四組，仿真頻率208.33Hz，實際試驗頻率207.8Hz，振形圖中部振形相似，和仿真擬合得不算好；第五組，仿真頻率333.33Hz，實際試驗頻率322.6Hz，振形不太能看出，其中的欠缺是因為頻率增大以后，由于振動臺的制造還停留在最初的加工，制造沒有嚴格的要求，在大頻率振動下，容易使振形松散變形。4.2平臺材料為鎂鋁合金的振動試驗。鎂鋁合金表面光滑，質量輕盈，在該試驗中，采取直接振動的方式。設定2組實驗，原仿真采用的頻率分別是300Hz、1350HzHz，實驗采用的頻率分別是1350Hz、1355.5Hz。第1組到第2組的實驗結果與仿真結果對比如圖9所示：數據分析：第一組，仿真頻率300Hz，實際試驗頻率309.3Hz，振形較散，原因在于四角沒有支撐，在邊界產生非常大的振動，同時連接并非理想，整個振形往左運動；第二組：仿真頻率1350Hz，實際試驗頻率1355.5Hz，整個振形向右移動，主要還是因為支撐平衡的問題。由于不加支撐彈簧，在實際操作過程中有很多困難的地方，因此模擬出的圖形較松散，但基本能看出振形。

5結束語

通過以上實驗和附錄中的對比試驗，可以知道，軟件模擬仿真和實際試驗驗證，能通過改變多種參數對試驗進行調整，例如：剛度、材料、尺寸等因素，即可改變不同的振動情況，為未來農用機電設備的振動實驗和分析提供一定的基礎。

參考文獻：

[1]鮑旭清.基于有限元法的某汽車電器可靠性試驗臺結構設計研究[D].合肥:合肥工業大學,2008.

[2]陳興文,劉燕.基于LabVIEW實現振動信號測試分析[J].電子測量技術,2008(6):108-110+120.

[3]王建剛,趙雷.振動試驗臺基礎設計[J].建筑結構,2011,41(S2):385-387.

作者:黃才貴 黃福標 劉興國 蔣正忠 單位:南寧學院機電與質量技術工程學院