高压多级泵水润滑轴承-转子系统动力稳定性分析

针对某高压多级离心泵水润滑轴承-转子系统的启动、运行稳定性问题,分别从临界转速、轴承无量纲液膜综合刚度、对数衰减率稳定性裕度、突加激励下系统不平衡响应等稳定性判据对该泵的水润滑轴承-转子系统的动力稳定性进行分析及判定。在建立物理模型与数学模型的基础上,计算得到的刚性支承轴承-转子系统与模化后的弹性支承轴承-转子系统的第一临界转速值都符合转子稳定性条件;轴承无量纲液膜综合刚度keq、γst值均小于零;3000r/min下前四阶模态分析特征值的对数衰减率均大于零,分别满足其稳定性判据;对于恒定转速(500、2500、5000和10000r/min)下突加激励的轴承节点响应频谱、工作转速(2950r/min)下各节点激励力响应值、不同启动加速度下各节点响应图谱等的分析也表明该转子是稳定的;因此,该高压多级离心泵的水润滑轴承-转子系统是一个稳定的刚性系统。     

变流量工况对混流泵转子轴心轨迹的影响

为了研究不同工况下转子的振动状态,该文基于本特利408数据采集系统对0.8、1.0、1.2倍设计流量工况下混流泵的轴心轨迹进行试验研究,测量获得了转子原始轴心轨迹和时域图,分析了轴心轨迹分解提纯后的一倍频和二倍频轴心轨迹及其时域图,绘制了不同流量工况下的频谱瀑布图。研究结果表明,流量工况的改变影响了转子系统的不平衡量和不对中程度,并且随着远离设计流量点,不平衡量引起的轴系工频振动和不对中引起的水平方向振动不断加剧,在小流量工况下水力激振对轴系振动的影响出现峰值,0.8倍设计流量工况下的一倍频轴心轨迹波动幅值相比设计流量点增加了1.35倍。结合频谱分析,随着流量工况偏离设计流量点,工频振动是加剧轴系振动的主要分量,二倍频次之,其他倍频对轴系振动影响程度较小。该研究对于混流泵多工况下的稳定运行和降低振动故障的恶化提供了参考。     

基于VMD的谷物清选筛振动分析与结构优化

针对谷物清选筛运转时转子系统不平衡引起的振动问题,该研究以上筛为鱼鳞筛、下筛为编织筛的曲柄滑块式清选系统为研究对象,测试了其振动特性,并进行结构优化以减小系统的不平衡振动。首先,分析了系统的传动方式与工作原理;其次,使用DH5902动态信号采集仪对系统展开振动测试,采集了驱动机构转子系统轴承座处的振动信号,然后对其进行时、频域分析,计算均方根、功率谱密度来衡量振动强度和主要的频率成分,在此基础上,基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和模糊熵与峭度构建的综合指标对信号进行特征提取与分析,以综合指标最小的特征分量为原始信号的敏感分量,计算并分析其包络谱,提取系统的不平衡振动;最后,采用惩罚函数法,以配重块质量和安装位置为优化变量构建优化函数对驱动机构进行优化。结果表明,清选筛不平衡振动主要分布在30.13 Hz处,振动强度为0.24～0.29 dB,优化后的配重块质量为3650 g,距离轮盘中心的偏心距为136.7 mm,在30.13 Hz处振动强度为0.11～0.12 dB,最大下降了58.62%。研究结果可为谷物联合收获机的减振分析与结构优化设计提供参考。     

考虑机电耦合的电动轮系统纵向振动特性建模及验证

为了研究机电耦合对电动轮系统的纵向振动特性的影响,该文首先建立了电动轮纵扭耦合动力学模型,基于该模型分析了考虑机电耦合前后电动轮系统模态特征的变化,并通过轮毂电机驱动电动轮系统的振动特性试验,验证了该动力学解析模型的准确性;其次分析了机电耦合对电动轮系统纵向振动的影响,指出转矩波动引起定转子发生相对运动,导致电机发生偏心,从而产生不平衡磁拉力。不平衡磁拉力的作用导致非簧载部分纵向振动出现不同程度的恶化,当轴承刚度为12.5 MN/m时,在定子纵向平移模态频率下电机的定转子、轮胎纵向振动加速度分别恶化113.35%、105.69%、27.15%,影响其使用寿命和结构安全,而对于簧载部分纵向振动的影响较小。     

高压多级离心泵启动瞬态轴心轨迹研究

针对高压多级离心泵水润滑轴承-转子系统在启动瞬态过程中由于其轴颈的瞬态不稳定运动而带来启动时的安全、可靠和稳定性等问题,该文通过理论分析和试验来探索多级离心泵的启动瞬态轴心轨迹。首先以多级离心泵水润滑轴承-转子系统的有限元模型为基础,建立其在外激励作用下的动力学运动微分方程,并结合滑动轴承动特性系数的小参数算法,然后将以上建立的两类方程联立,建立高压多级离心泵水润滑轴承-转子系统的瞬态耦合动力学模型,并以此模型为基础结合平均加速度的Newmark β算法,通过MATLAB编程技术来耦合迭代数值求解得到水润滑轴承-转子系统在启动过渡阶段的瞬态轴心轨迹,最后利用前期设计研制的海水淡化高压泵结构专用水润滑轴承试验台对海水淡化高压泵水润滑轴承启动瞬态轴心轨迹进行试验研究。从计算和试验结果的总体变化趋势可以得知,在启动刚开始液膜形成的不稳定阶段,轴颈在瞬态液膜力的作用下呈上升且偏向旋转方向一侧运动;在启动阶段的后期随着转速的不断增加,轴颈呈小幅度"涡动"。该文提出的计算模型具有一定的理论和工程应用价值,为进一步改进万吨级海水淡化高压泵系统的启动性能提供了一定的研究基础。     

拖拉机行星齿轮箱故障响应特性动力学仿真及验证

针对目前农业机械设备少有从振动机理方面研究行星减速轮系的故障特性,且缺乏对不同故障程度下系统故障特性的研究等问题,该文以拖拉机传动系统中的行星齿轮减速箱为研究对象,建立了行星轮系动力学模型,考虑了其在运行时振动传递路径时变效应对振动信号的影响;推导了行星轮故障下的啮合刚度变化表达式,并引入故障因子,得到了不同故障程度下的啮合刚度;采用变步长的Runge-Kutta方法求解行星轮系动力学模型,分析得到了行星轮分别出现裂纹及断齿故障时系统响应的频谱特性。模型分析结果表明,由于振动传递路径时变效应对响应信号的调制作用,行星轮系频谱中的啮合频率及其倍频附近出现了以行星架转频为调制频率的边频带;当行星轮出现裂纹或断齿故障时,啮合频率及其倍频附近不仅出现了以行星架转频为调制频率的边频带,同时还会出现以行星轮故障频率为调制频率的边频,且断齿故障状态下的边带幅值较裂纹故障下更加明显。最后将试验信号与模型信号进行对比分析,分析发现,试验与模型响应信号对应频率的最大相对误差分别为4.65%和2.32%,决定系数R2分别为0.999 6和0.999 8,所得试验结果与模型结果基本一致,验证了所建立模型的准确性。该文可为农机设备中行星轮系的故障机理及系统健康监测研究提供参考。     

曲轴三维振动与机体裙部表面振动的耦合关系研究

该文采用相干分析，研究了曲轴三维振动与表面振动的耦合关系。通过曲轴三维振动测试装置对曲轴的三维振动信号和表面振动信号进行采集并进行相干处理，研究了曲轴振动与表面振动的激励关系。研究结果表明：扭振能够以倍频激励的形式导致部分频率的表面振动发生；纵振和弯曲振动对裙部表面振动进行同频激励，但二者激励强度不同，纵振只在部分频率段具有激励作用，而弯振是表面振动的主要激励源。     

自适应最大相关峭度反褶积方法诊断齿轮轴承复合故障

为了解决传统最大相关峭度反褶积(maximum correlated kurtosis deconvolution,MCKD)在故障诊断中容易出现因参数选择不当而影响诊断效果的问题,该文提出了一种基于量子遗传算法(quantum genetic algorithm,QGA)的自适应最大相关峭度反褶积方法(maximum correlated kurtosis deconvolution with quantum genetic algorithm,QMCKD)用于齿轮和轴承复合故障诊断。通过量子遗传算法自适应选择最大相关峭度反褶积的2个关键参数滤波器长度(L)和反褶积周期(T)。使用QMCKD处理原始振动信号,提取复合故障信号中的所有单个故障信号,分别对单个故障信号进行频谱分析从而识别故障特征。在对齿面磨损-滚动轴承外圈损伤复合故障诊断中,QMCKD能够识别齿轮故障频率及其2~4倍频,识别轴承故障频率及其2~6倍频,且主要频率成分周围干扰谱线很少,故障类型容易识别。与直接频谱分析和变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)相比,该方法在诊断效果上具有优越性。在对齿根裂纹-轴承滚动体损伤复合故障诊断中,QMCKD能够突出齿轮故障频率及其2~5倍频,突出轴承故障频率及其2~8倍频,齿轮和轴承故障特征明显,验证了方法的稳定性。试验结果表明QMCKD能够有效识别复合故障中齿轮和轴承的故障特征,可用于齿轮箱的齿轮、轴承复合故障诊断。     

基于振动激励溯源的谷物联合收获机清选筛制造缺陷定位

为了识别主要制造缺陷的位置并指导构建往复振动式清选筛质量检测系统,该文提出了一种利用经典传递路径理论反算作用在清选筛与脱粒清选室连接点的激励力,进而定位缺陷位置的方法。通过测量、对比连接点的振动,发现振动频率成分基本相同,且是强相关的,因而不能通过频率分析找出主要激励源而定位制造缺陷。进一步根据激励力与缺陷的关联关系,发现具有最大激励力的激励源附近应存在主要制造缺陷。在测量从连接点到观察点的振动传递函数的基础上,综合广义逆矩阵理论,相位角变化的随机性等,构建了最大激励力和该激励力对观察点振动贡献的计算模型。清选试验台验证测试结果表明,激励力贡献响应之和为实测加速度的84.7%～94.6%,考虑到模型简化时忽略了部分因素的影响,两者基本吻合,计算模型可靠。以键槽间隙为典型缺陷进行验证试验,结果表明,有缺陷时的振动基频和振幅较大的频率对应的激励力比无缺陷时增大71%～3 271%,定位方法有效。     

锤片磨损对粉碎机转子振动影响的虚拟样机仿真

锤片磨损会破坏锤片式粉碎机转子的平衡，加剧转子振动。该文的研究目的是基于虚拟样机技术探讨锤片磨损对转子振动的影响规律。采用MDT和vN4D建立了SFSP112×30型锤片式粉碎机转子的虚拟样机模型，对不同锤片磨损情况下粉碎机转子的振动进行了仿真。结果表明：锤片磨损后，转子振动频率组成变化不大，而振动幅值和强度变化较大，其中低频段振动强度增强，高频段振动强度降低；导致转子质心径向偏移的锤片磨损使转子振动幅值和强度均变大，而导致质心轴向偏移的磨损对转子振动影响不大；同样由于转子质心的径向偏移，转子受迫振动频率强度增加较多。因此，为了降低转子运转时的振动，最好避免转子质心发生径向偏移。     

变速椭圆齿轮泵的非线性振动模型与拍击特性

变速椭圆齿轮泵是一种具有大排量、低脉动的新型容积泵,为提升其在高转速下的动力学性能,降低振动和噪声,对该齿轮泵在周期负载作用下的拍击振动行为进行研究。阐明了基于外部非圆齿轮变速驱动的椭圆齿轮泵流量脉动平抑原理,给出了变速椭圆齿轮泵中两级非圆齿轮机构的传动比函数;基于集中参数法,考虑轮齿间的弹性变形、静态传递误差、齿侧间隙及周期负载等因素,构建了变速椭圆齿轮泵的非线性拍击动力学模型,运用龙格-库塔法求解系统的动态响应,定量分析了变速椭圆齿轮泵的拍击特性以及关键参数对拍击门槛转速的影响。结果表明:随着变速椭圆齿轮泵输入转速的增加,系统先后经历无拍击、单边拍击和双边拍击状态,在设计参数下系统的拍击门槛转速为985 r/min,当拍击发生后齿间动态啮合力均方根会迅速增大;提高泵口压强或系统制造精度能够提升拍击门槛转速,泵口压强由0增至3.5 MPa,系统的拍击门槛转速由118 r/min增至1 637 r/min,从动椭圆转子静态传递误差幅值由7×10~(-2) mm降低至1×10~(-2) mm,拍击门槛转速由441 r/min提升至985 r/min,而增加转子偏心率,会导致拍击门槛转速先缓慢升高后迅速降低,为抑制变速椭圆齿轮泵的拍击振动和噪声及提升无拍击状态下最大瞬时流量提供理论依据。     

泵作透平振动噪声机理分析与试验

为了深入了解泵作透平不同流量不同转速下的振动噪声情况,在离心泵作透平开式试验台上,基于INV3020C数据采集系统和透平测试系统建立了泵作透平振动噪声试验测试系统,实现了性能参数和振动噪声信号的同步采集。为研究泵反转作透平振动和水动力激励诱发的进出口噪声特性,以一台单级单吸离心泵作透平为研究对象,利用加速度传感器和水听器测量了泵作透平在不同转速及流量下的振动和噪声。试验结果表明:随着转速的增加,泵作透平的扬程增大,高效区范围增加,效率有所提高且最高效率点向大流量偏移,同时,泵体加速度的总有效值和进出口噪声总声压级也随转速的增加而增加;随流量的增加,各测点的振动加速度和声压级逐渐升高;泵体的振动强度高于其他测点,各测点的振动强度主要反映于水平向;相同流量下出口噪声的声压级高于进口。该研究可为泵作透平减振降噪提供参考。     

割前脱联合收获机吸运风机降耗

为了降低气吸式4ZTL-1800割前摘脱稻（麦）联合收获机吸运风机的能耗,利用拉格朗日法的离散相模型对风机内杂余物料的运动进行了数值计算,得到了颖壳、短茎秆在风机内的运动规律,物料在风机内叶轮的带动下沿轴向和径向进行运动且速度逐渐增加,当运动到蜗壳时,运动方向发生改变且速度降低,且绝大部分杂余物料沿风机出口的上壁排出。气流携带物料及物料的逆流运动消耗一部分风机的能量。且噪声是能耗的一部分,结合数值计算结果进行试验研究,在风机出口布置吸声材料,使风机的噪声降低。该研究为降低风机的能耗提供参考依据。     

利用缸盖振动信号检测发动机功率的试验研究

用发动机缸盖的振动信号进行了发动机功率检测试验。基于LabVIEW建立的虚拟仪器系统，运用加速度传感器测定了发动机从怠速急加速到高速过程中的缸盖振动信号，对发动机怠速段、高速段的振动信号进行了频谱分析，同时对比分析了低频振动信号与发动机转动时测得的脉冲信号。结果表明，发动机缸盖振动加速度信号中低频振动信号的周期与发动机转动周期有确定的对应关系，用低频振动信号峰值点可以分离出发动机的转速，从而可根据无负荷测功角加速度原理得出发动机不同转速下的有效功率值，因此利用发动机缸盖振动信号进行功率检测的方法是有效可行的。     

果园货运链索风致振动非线性动力学分析

为解析风荷载持续激励对果园货运系统工作稳定性的影响,研究了行进链索在不同风荷载条件下的风致振动响应。基于Hamilton原理推导了风荷载作用下行进链索横向振动的动力学微分方程,采用Crank-Nicolson半显示数值离散方法对方程进行离散求解,仿真分析了行进链索在不同平均风速作用下的横向振动特性。设计了链索货运系统的风荷载试验平台,采用Lab Windows/CVI对采集视频分帧后的图像进行处理,试验对比研究了不同平均风速风荷载激励的链索横向振动。研究结果表明,平均风速在0~10 m/s范围内变化的低速风荷载起到了一定的气动阻尼作用,行进链索的横向振动幅值减小并呈收敛趋势。该文为风荷载作用下轴向行进链索横向振动控制研究提供了理论参考。     

秸秆抛送装置抛送叶轮的振动特性分析

针对叶片式秸秆抛送装置工作时的振动、噪声以及叶片疲劳断裂等问题,为减少共振的发生,利用有限元分析软件ABAQUS对抛送叶轮的自由模态与预应力模态进行了数值计算,其中预应力模态采用单向流固耦合方法对流场和叶轮结构响应进行求解,获得了该系统的前12阶模态频率以及振型,并利用扫描式激光测振仪对抛送叶轮进行了模态试验,验证了理论分析和数值计算的准确性。在分析了系统外部激振频率特点的基础上,对影响叶轮振动特性的结构参数进行了对比模拟。研究结果表明:预应力使叶轮的1和2阶频率提高幅度较大,对振型没有影响;叶片数对模态频率和振型影响最大,叶轮是否加筋对频率的影响其次,叶片厚度对低阶频率影响最小;三叶片叶轮最不易发生共振,四叶片次之,五叶片最易发生共振;叶片厚度为4 mm时最不易发生共振,5 mm时次之,6 mm时最易发生共振;叶轮加筋可以改善其动态性能,不易发生共振。该研究可为叶片式抛送装置结构振动特性的描述及动态性能的优化提供参考。     

离心式水力空化发生器空化空蚀机制试验研究

该文对一台转子-定子型离心式水力空化发生器的性能进行了系统的试验研究,以寻求其空化生成机制并与空蚀分布之间的关系。可视化试验结果表明空化发生器内存在楔形槽空化、转子叶齿和定子叶齿前缘空化。通过水听器测量了空化发生器蜗壳侧面位置的压力脉动情况,在相同转速下压力脉动随着流量的增加而增大,压力脉动周期不变;在相同流量下压力脉动随着转速的增加而增大,周期减小:50 Hz时压力幅值为30 Hz时的2.5倍,周期缩短0.001 s。油墨法试验结果显示空蚀主要发生在转子叶齿尾端和中部,定子叶齿前缘空泡附着部分及尾端。楔形槽空化是造成破坏的主要原因,因其空化强度最高且空泡溃灭行为离固壁表面最近。该研究可为离心式空化发生器的研发提供参考。     

叶片数对离心泵振动噪声性能的影响

叶片数是离心泵的主要几何参数之一。为研究叶片数对离心泵振动噪声性能的影响,以比转速为97的离心泵为例,对比了不同叶片数下的水力和振动噪声性能,并采用FEM\BEM声振耦合计算方法对流动激励下的振动及其声辐射噪声进行了数值模拟,同时与试验数据进行对比分析。结果表明:提出的数值模拟方法可用于预测泵的流动诱导振动和声辐射性能,且在模拟中考虑口环泄漏的影响能够提高计算精度,有口环方案预测得到的振幅较无口环方案的预测精度提高了13.5%。随着叶片数的增加,扬程和轴功率均逐渐增大,最大增幅分别为15.9%和14.1%;效率随叶片数的增加呈先增大后减小再增大的趋势。离心泵蜗壳的压力脉动幅值随叶片数的减小而增大。由于叶轮蜗壳动静干涉的作用,蜗壳隔舌处、第1到第2断面间和扩压管壁面等3个区域的压力脉动幅值相对较高。随着叶片数的减少,蜗壳壁面的振动位移有所增大,最大位移主要发生蜗壳第8断面处。振动速度随着叶片数的增大后减小,与振动位移的规律有一定的差异,振动高速区主要集中在隔舌、蜗壳的第4与第6断面之间和靠近扩压管的第8断面处。设计工况下,泵在叶频对应的声压级和声强随着叶片数的增加先增大后减小,高声压级区域主要出现在泵出口附近的高振动速度引起的垂直方向。综合考虑水力和振动噪声性能,确定该模型泵的最佳叶片数为6。