农用机电设备振动检验分析

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摘要：农用机电设备振动检验试验台作为一种有效的试验设备，可以模拟实际工况，对产品或零件进行强度试验分析。文章通过对农用机电设备振动检验试验台建模，再根据试验台固有特性进行谐响应分析，最后进行实验分析对比，为农用机电设备的疲劳测试、强度分析奠定基础。

关键词：农用机电设备；振动；模态分析；谐响应分析

农机设备中采用振动来进行生产的设备很多，比如各种筛选机、分离机和播种机等，这些设备都有特定的振动要求，以获得所需要的功能。此类设备由于设计的不规范性或者受到环境变化比较大，长期的振动影响使得机构或电气部分发生损坏而影响正常工作。振动是工程技术领域中普遍存在的现象，设备故障及零件损坏大多与振动有关[1-3]。因此，一种新的农用机电设备设计完成并在使用之前进行振动检验的试验就显得非常重要。

1试验台总体结构的三维模型及实物

本农用机电设备振动试验的试验台总体结构的三维模型图如图1（a）所示，实物图如图1（b）所示：

2振动台的模态分析

取顶部的振动板进行振动分析，并进行结构简化为两块板的联接。两板之间是采用弹簧连接，所以在连接方式中找到弹簧选中即可，同时设置弹簧连接的连接方式为Frictionless(光滑无摩擦接触类型)，如图2所示。对几何模型进行网格划分，选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Mesh选项，此时可在Detailsof“Mesh”（参数列表）中修改网格参数，本例中在Sizing中的elementsize修改划分单元格的尺寸，并进入mesh选项中的method更改划分的单元格形式，这里采用hexdominnant（六面体），其余采用默认设置，如图3所示。选择Mechanical界面左侧Outline中的modal（B5）选项，在Environment中选择support中的FixedSupport（固定约束），选择底板进行全约束。同时在analysissettings中设置求解的固有频率的阶数。设置完毕后就可以点击solve选项进行求解。对模型进行求解，查看模态分析的结果。此时的模态分析结果总变形云图如图4所示，前十二阶固有频率如图5所示。

3振动台的谐响应分析

以模态分析为基础，直接采用之前的模态分析结果，直接共享至谐响应分析模块（harmonicresponse）。设置频率变化范围（0～500Hz），force选项进行简谐力参数设置，取15N，相位角0°做样本分析，选择solve按钮进行解析，过程类似模态分析，查看在简谐力作用下的振动台的变形云如图6所示，频率响应图如图7所示。

4实验对比分析

4.1平台材料为45#钢材的振动试验。实验采取的弹簧参数是k=2.3N/mm，L=60mm，将固定好四个弹簧支撑脚，再调好弹簧处在自由长度的位置，用螺钉固定好后进行实验。设定5组实验，原仿真采用的频率分别是41.667Hz、83.333Hz、125Hz、208.33Hz、333.33Hz，实验采用的频率分别是40.4Hz、80.8Hz、130.5Hz、207.8Hz、322.6Hz。第1组到第5组的实验结果与仿真结果对比如图8所示：数据分析：第一组，仿真频率41.667Hz，实际试验调出的频率参数是40.4Hz，频率相差在1.2Hz左右；第二组，仿真频率83.333Hz,实际试验频率：80.8Hz，得到的振形基本一致；第三组，仿真频率125Hz，实际试验频率130.5Hz，振形右侧基本一致，左侧的不分离原因之一是加工的振动台比较粗糙，水平保证不足；第四组，仿真频率208.33Hz，实际试验频率207.8Hz，振形图中部振形相似，和仿真拟合得不算好；第五组，仿真频率333.33Hz，实际试验频率322.6Hz，振形不太能看出，其中的欠缺是因为频率增大以后，由于振动台的制造还停留在最初的加工，制造没有严格的要求，在大频率振动下，容易使振形松散变形。4.2平台材料为镁铝合金的振动试验。镁铝合金表面光滑，质量轻盈，在该试验中，采取直接振动的方式。设定2组实验，原仿真采用的频率分别是300Hz、1350HzHz，实验采用的频率分别是1350Hz、1355.5Hz。第1组到第2组的实验结果与仿真结果对比如图9所示：数据分析：第一组，仿真频率300Hz，实际试验频率309.3Hz，振形较散，原因在于四角没有支撑，在边界产生非常大的振动，同时连接并非理想，整个振形往左运动；第二组：仿真频率1350Hz，实际试验频率1355.5Hz，整个振形向右移动，主要还是因为支撑平衡的问题。由于不加支撑弹簧，在实际操作过程中有很多困难的地方，因此模拟出的图形较松散，但基本能看出振形。

5结束语

通过以上实验和附录中的对比试验，可以知道，软件模拟仿真和实际试验验证，能通过改变多种参数对试验进行调整，例如：刚度、材料、尺寸等因素，即可改变不同的振动情况，为未来农用机电设备的振动实验和分析提供一定的基础。

参考文献：

[1]鲍旭清.基于有限元法的某汽车电器可靠性试验台结构设计研究[D].合肥:合肥工业大学,2008.

[2]陈兴文,刘燕.基于LabVIEW实现振动信号测试分析[J].电子测量技术,2008(6):108-110+120.

[3]王建刚,赵雷.振动试验台基础设计[J].建筑结构,2011,41(S2):385-387.

作者:黄才贵 黄福标 刘兴国 蒋正忠 单位:南宁学院机电与质量技术工程学院