噴桿模態(tài)分析及其結(jié)構(gòu)動態(tài)特性優(yōu)化.pdf

1、噴桿是弱阻尼的彈性體，由于不平路面的激勵，噴桿式噴霧機(jī)在作業(yè)過程中易使噴桿產(chǎn)生運(yùn)動，會引起噴桿的彈性變形，而這種彈性變形是造成噴霧沉積均勻性下降的主要原因之一。為了抑制噴桿在作業(yè)過程中的不規(guī)則運(yùn)動引發(fā)的彈性變形，本文開展了如下研究:首先對噴桿構(gòu)件進(jìn)行了試驗?zāi)B(tài)分析，而后建立了噴桿的有限元模型并進(jìn)行了數(shù)值模態(tài)分析，依據(jù)試驗?zāi)B(tài)分析結(jié)果和數(shù)值模態(tài)分析結(jié)果對模型的可靠性進(jìn)行了驗證。利用噴桿有限元模型從添加拉索、優(yōu)化噴桿構(gòu)件尺寸兩個方面進(jìn)行了噴

2、桿結(jié)構(gòu)動態(tài)特性優(yōu)化。
　　本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.完成了噴桿構(gòu)件試驗?zāi)B(tài)分析。為獲取噴桿構(gòu)件真實的模態(tài)信息，以便于分析噴桿的動態(tài)特性、為后續(xù)的有限元模型可靠性檢驗提供依據(jù)，對噴桿構(gòu)件進(jìn)行了試驗?zāi)B(tài)分析。激勵方法為多點多方向激勵，利用SD380動態(tài)信號分析求得所有頻響函數(shù)后進(jìn)行了模態(tài)參數(shù)辨識，最終求得了噴桿構(gòu)件的模態(tài)信息。
　　2.完成了噴桿有限元建模與可靠性檢驗。(1)依據(jù)噴桿的結(jié)構(gòu)，本文利用ANSYS平

3、臺建立了噴桿有限元模型并進(jìn)行了數(shù)值模態(tài)分析，提取了前6階非剛體模態(tài)。(2)考慮到模型可靠性，從頻率相關(guān)性和振型相關(guān)性兩方面進(jìn)行了試驗?zāi)B(tài)驗證，具體驗證結(jié)果為:前6階固有頻率的模態(tài)頻率差都小于10％，振型的模態(tài)置信準(zhǔn)則(MAC)都大于0.8，這說明該噴桿有限元模型及其包含的模態(tài)信息可用于工程研究。
　　3.分析了噴桿彈性變形主要來源。利用驗證后的噴桿有限元模型在ADAMS中建立了具有彈性體噴桿的噴桿機(jī)架模型，進(jìn)行了振蕩、偏轉(zhuǎn)和翻滾3

4、種典型運(yùn)動造成噴桿彈性變形的諧響應(yīng)分析，結(jié)果為:振蕩運(yùn)動造成的噴桿彈性變形量最大值接近80mm、而偏轉(zhuǎn)和翻滾運(yùn)動造成的噴桿彈性變形量都小于10mm，這表明振蕩是造成噴桿彈性變形的主要來源。因此，應(yīng)優(yōu)先抑制振蕩造成的噴桿彈性變形。
　　4.通過在噴桿與機(jī)架之間添加拉索的方式進(jìn)行了抑制噴桿彈性變形的研究。在噴桿機(jī)架模型中添加拉索，在0～10Hz的激勵頻率范圍內(nèi)，考察了以噴桿對稱中心為原點向噴桿末端由近及遠(yuǎn)分布的4種拉索安裝位置的對噴桿

5、彈性變形抑制的效果，結(jié)果表明:拉索安裝跨度過大或過小都不利于減小振蕩造成的彈性變形，4種安裝位置中最合適的為3/4噴桿位置處，此時噴桿的各處形變量均小于10mm，相對于未添加拉索時噴桿末端產(chǎn)生的近80mm彈性變形來說明顯減小5.為提高噴桿動剛度而進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。(1)以ANSYS為平臺建立了一種由管型材料制造的噴桿參數(shù)化有限元模型，定義完各變量的初始值后對噴桿進(jìn)行數(shù)值模態(tài)分析，為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供條件。(2)依據(jù)噴桿參數(shù)有限元模型對噴桿

6、的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在噴桿總質(zhì)量增加8.4％的情況下，使噴桿的一階固有頻率從9.16Hz增加到10.41Hz，避開了田間作業(yè)時激振頻率范圍。(3)在ADAMS中建立具有柔性體噴桿的噴霧機(jī)模型，對優(yōu)化前后的噴桿作業(yè)性能在ADAMS中做了仿真對比，結(jié)果表明優(yōu)化前噴桿末端在水平方向最大彈性變形Dbmax為39.6mm，均方根值Db為12.6mm;優(yōu)化后噴桿在水平方向最大彈性變形Damax為10.1mm，均方根值D口為2.9mm，經(jīng)過優(yōu)化后噴桿水