粗纤维压缩打捆机构模态与谐响应分析

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1、2015年4月农机化研究第4期粗纤维压缩打捆机构模态与谐响应分析张翔，张立新，成斌，魏敏，葛云(石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832000)摘要:针对机械式压缩打捆机构在工作过程中因机械振动而发生疲劳失效的问题，采用模态分析理论，利用分块兰索斯法求解得到打捆压缩机构的固有频率和振型，以及偏置式曲柄滑块机构的较大形变区域。同时，提取该区域内的关键点进行谐响应分析，获得各关键点最大谐峰值及共振点的频率。其模态与谐响应分析结果表明:在压缩推进器两侧挡板、连杆中部和压缩打捆机构中的减速器动力输出曲柄与连杆铰接处最可能产生共振并发

2、生较大形变，压缩打捆机构在116．89、130．31、508．36、621．49、750．35Hz频率时易产生共振现象。为此，提出在易发生变形的薄弱环节采取焊接加强板及增添连接螺栓等方式，避开其共振点频率，为传动方式选用和整机结构改进提供理论依据。关键词:压缩打捆;模态分析;谐响应;共振频率中图分类号:S226．7文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0023－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.005的曲柄通过连杆带动压缩推进器沿水平方向做往复0引言式直线运动，在压缩料箱

3、内，将物料压缩打捆。压缩我国芦苇、棉秆等粗纤维资源丰富，是造纸的良打捆结构作为该机构的核心部件，其强度、刚度及动［1］好原料，但其整体利用率较低。多数地域的牧草、力学特性的好坏将在很大程度上影响压缩打捆机构农业秸秆等粗纤维资源在其运输过程中由于压缩密的压缩性能和使用寿命。其模型结构的二维俯视简度较低，会导致亏吨现象的发生。针对这种问题，需图如图1所示。将粗纤维物料压缩打成高密度捆，进而降低成本，提［2］高利用率。在粗纤维机械式打捆机的工作过程中，打捆压缩时产生的振动现象是机械系统中不可避免的问题，且会造成关键部件或机构的疲劳或共

4、振，从而导致结构损伤，影响压缩密度。因此，对压缩打捆机构进行模态分析，通过所得到结构的振动特性(即固有频率和振型)，进一步对模态分析中变形较大区域内的关键点进行谐响应分析，获取其在Y、Z平面在频域内的位移响应，为压缩打捆机构在使用中避开共图1压缩打捆机构俯视简图振点频率提供理论参考。Fig．1TheschematicplanviewoftheCompressionBalingMechanism1压缩打捆机构2模态分析理论粗纤维机械式打捆机压缩打捆机构核心部分即［3－4］模态分析是为将线性定常系统振动微分方程为偏置式曲柄滑块机构。

5、压缩机构的工作原理为:带组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成轮驱动减速器，将动力传递给动力输出曲柄;旋转为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便收稿日期:2014－04－27求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态基金项目:国家自然科学基金项目(51365048);“十二五”国家科技矩阵，其每列为模态振型。支撑计划项目(2012BAF07B04－41)N自由度线性振动系统振动的一般表达式为作者简介:张翔(1991－)，男，新疆石河子人，硕士研究生，(E－···mail)1121716385@qq．com。［M

6、］{x}+［C］{x}+［K］{x}=F(t)(1)通讯作者:张立新(1967－)，男，新疆石河子人，教授，博士生导师，(E－mail)stonemusic@qq．com。其中，［M］、［C］、［K］分别为系统质量矩阵、阻尼·23·2015年4月农机化研究第4期···矩阵和刚性矩阵;{}x、{}x、{}x分别为加速度列阵、速度列阵和位移列阵;t为时间;F(t)为系统激振力列阵。自由振动时，系统所受外力为0，即F(t)=0。由于机体部件结构阻尼较小，求解过程中对系统自由振动的频率和振型的影响可忽略，得到无阻尼系统振动微分方程为··

7、图2压缩打捆机构有限元划分［M］{x}+［K］{x}=0(2)Fig．2TheFiniteelementdivisionofBalingcompressionmechanism设特解为3．2自由模态分析及结果jωt在自由模态下，只需考虑压缩打捆机构本身，因X=Φe(3)此在建立压缩打捆机构有限元模型后，定义分析的模其中，Φ为自由响应幅值列阵。态提取数为10，模态扩展数为10，计算频率段的定义带入式(2)中得特征方程为取默认。经分块兰索斯法求解后，得到其前10阶固2有频率和振型模态云图。振型模态图取第5阶和第(［K］－ωi［M］{

8、x})=0(4)10阶，分别如图3、图4所示。其中，ωi为系统第i阶模态的固有频率。要得出固有频率和振型，必须求出该方程的广义特征值。该方程有非零解的充分必要条件为2det(［K］－ωi［M］)=0(5)求解即可求得n个互异正根ωoi(i=1，2，…，n)。0＜