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往复式泥浆泵动力端连杆模态特性分析!

来源:亚洲流体网 编辑:武传红 浏览量:130 发布时间:2018-08-09

文章摘要:往复式泥浆泵动力端连杆模态特性分析!模态分析是确定复杂结构振动形态和薄弱环节的一种有效手段。连杆是往复式泥浆泵动力端的重要零部件之一,它既是传力件,又是运动件,在工作过程中经受拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用,其使用可靠性对整个泥浆泵的正常运转有重大意义。

  往复式泥浆泵动力端连杆模态特性分析!模态分析是确定复杂结构振动形态和薄弱环节的一种有效手段。连杆是往复式泥浆泵动力端的重要零部件之一,它既是传力件,又是运动件,在工作过程中经受拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用,其使用可靠性对整个泥浆泵的正常运转有重大意义。
 
  1连杆三维模型的建立
 
  对于复杂的机械系统,为提高建模速度,一般采用CAD建模,然后通过适当的接口文件将其导入CAE软件中进行分析。CAD程序的模型可能包含许多设计细节,这些细节往往不是基于结构刚强度的考虑。在建模时如果保留这些细节,会造成模型复杂化,同时单元数量势必增加,甚至会掩盖问题的主要矛盾,对分析结果造成负面影响。因此,需对结果影响较小的局部结构进行简化。
  往复泵多采用曲拐轴,为了便于拆装和对大头轴瓦间隙进行调整,连杆大头需制成剖分结构,为了简化分析,将连杆体和连杆盖作为一个整体进行建模。利用Pro/E建模软件平台,对往复泵的连杆进行三维实体建模,并以IGES格式保存并导入ANSYS有限元分析软件中。
 
  2结构离散
 
  连杆的材料为ZG35CrMo,其材料属性为弹性模量210000 Mpa,泊松比0.3,密度为7800kg/m3,。对几何模型进行网格划分选用8节点Solid45单元,划分精度为3级,由ANSYS软件自动划分,划分后连杆的有限元模型如图1所示。
 
  3边界约束
 
  在模态分析中,边界条件的假设非常重要,它不仅影响计算的准确性,甚至能决定计算能否完成。连杆的运动是一平面运动,可以看成平动和转动的合成运动,两端受到十字头销和曲柄销的限制。根据往复泵连杆的实际工作情况,在两端孔轴线上定义圆柱坐标系,孔端上的点有绕轴转动的自由度。模态是由系统的固有特性决定的,与外载荷无关,故不需要设置载荷边界条件。
 
  4连杆的有限元求解与结果分析
 
  结构的振动可以表达为各阶振型的线性组合,其中低阶固有振型较高阶对结构的振动影响大,低阶振型对结构的动态特性起决定作用。利用上面建立的三维有限元模型对泥浆泵连杆进行了模态特性分析,计算出了前20阶振动模态的固有频率,如表1所示。提取前6阶振动模态进行分析。
 
  由计算结果可知,在工作过程中,由于连杆的模态密集,很容易发生共振,引起连杆的动应力过大,以至于出现疲劳裂纹。尤其是第1、2阶模态频率相对较低,而往复泵在低频段内的激励也较大,极易引起较大的动态响应。相邻模态频率相差小,易引起耦合振动。
 
  由结果可知,连杆的振动形式多样,集中表现为弯曲振动。第1、2阶振型分别为沿Z、Y轴的弯曲振动,连杆中间振动位移较大,呈U型;第3阶为连杆的弯扭复合振动;第4、5阶分别为绕Z、Y轴的弯曲振动,连杆振动过程中呈现S型;第6阶振型振动不明显,主要为沿X、Y轴方向的弯曲。在所有的振型下,连杆的大、小头失圆现象不明显,可以避免很多因孔的失圆引起大头与曲轴销、小头与活塞销配合不正常,从而导致常见的抱瓦、烧瓦、减磨材料和疲劳脱落等一系列故障。连杆的弯曲振动会使液力端的活塞相对于缸套、曲轴轴颈相对于轴承发生歪斜,产生附加应力,引起裂纹和损坏,设计时应该着重考虑这方面的情况,尽量避免破坏的发生。

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