驾驶室随机振动.docx

综合训练一：随机振动 钻机驾驶室的随机振动分析 课程名称： 随机振动与模态分析 姓 名： 班 级： 学 号： 成 绩： 钻机驾驶室的随机振动分析 摘要：露天矿钻机在工作中由于路面的高低不平会受到持续不断的激励作用，在这种方式的作用下，钻机会产生随机振动。本文首先对某型号的露天矿钻机的驾驶室进行随机振动分析，通过有限元方法对驾驶室动态分析，得到传感器在不同工况下的振动信号。使用matlab软件对数据进行处理，结果表明经过模态分析和功率谱分析，找到了驾驶室中应力集中的主要位置。为了使此位置的振动程度减小，对驾驶室的结构进行改进并提出了一些建议。分析得出该型露天矿钻机驾驶室底部梁与支架的连接采用合理的橡胶块的结构，可以加强隔振效果，保证驾驶室驾乘的舒适性。 关键词：随机振动分析；有限元分析；功率谱密度 0 引言 钻机驾驶室在工作时会随着工作环境的改变及机器运行过程中会产生随机振动，而驾驶室是驾驶者的工作环境，其质量和环境的好坏直接影响到了人的工作条件[1]。因此对驾驶室进行随机振动响应分析很重要。近些年来国内外许多研究者在驾驶室的研究领域取得了显著成果，研究的方法大部分采用计算出驾驶室隔振装置的固有频率，使固有频率避开主要激振力频率，从而减小驾驶室的振动响应[2,3]。通过建立了驾驶室悬置系统的自由度线性模型，进行实验验证模态正确性，通过对驾驶室悬置系统的刚度、阻尼进行优化设计，提高驾驶室的动态舒适性[4]。钻机驾驶室在工作时会随着工作环境的改变及机器运行过程中会产生随机振动，随机振动无法用确定性函数来描述，但又有一定统计规律的振动[5]。本文采用有限元法和功率谱密度法对钻机驾驶室的随机振动进行分析并通过分析结果提出改进方法提升驾驶室的稳定性、舒适性。 1 钻机的工作原理 钻机是在地质勘探中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。又称钻探机。主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具。可用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。? 牙轮钻机钻孔时，依靠加压、回转机构通过钻杆，对钻头提供足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转，对岩石产生静压力和冲击动压力作用。牙轮在孔底滚动中连续地挤压、切削冲击破碎岩石，有一定压力和流量流速的压缩空气经钻杆内腔从钻头喷嘴喷出，将岩渣从孔底沿钻杆和孔壁的环形空间不断地吹至孔外，直至形成所需孔深的钻孔。 2 工作时的随机激励 露天矿钻机在行驶运行中产生的振动运动，其规律显示出相当的随机性而不能用确定性的函数来表达，使得只能用概率和统计的方法来描述，这种振动被称为随机振动。随机振动在多数情况下主要由激振源的随机性引起，汽车方面的典型例子是路面的随机凸凹不平使行驶的汽车产生随机振动。 露天矿钻机的驾驶室在行驶过程中受到路面激励作用下产生随机振动，随机振动影响到汽车行驶平顺、乘坐舒适、货物完好、零部件随机疲劳寿命以及运输效率、能板油构等各个方面[6]。对随机振动的响应分析不但关系到整车质量，而且对人的舒适性程度也可以作一定的评价。驾驶室是驾驶者主要的工作环境，其质量和环境的好坏直接影响到了人的工作条件。因此对驾驶室进行随机振动响应分析很重要[7]。 3 钻机驾驶室的随机振动分析 3.1钻机结构 如图1所示钻机的主要部件有：底盘（行走机构?、底架、上车回转）、工作装置（变幅机构、桅杆总成、主卷扬、辅卷杨、动力头、随动架、钻杆、钻具等加压）。钻机实物图如图2。 图1 钻机示意图 图1 钻机示意图 1、底盘?2、变幅机构?3、桅杆总成?4、随动架?5、动力头?6、钻杆?7、钻具?8、主卷扬?9、辅卷扬 图2 钻机实物图 图2 钻机实物图 3.2驾驶室的结构模型的简化 露天矿用钻机是一个复杂的振动系统，应根据所分析的问题进行简化。根据实际分析，本文把驾驶室系统的结构振动简化为一个单质量系统的振动[8]。驾驶室作为一个质量系统、驾驶室与支架之间的连接橡胶块考虑为弹性阻尼模型其理论模型如图3所示 图3 驾驶室振动模型 图3 驾驶室振动模型 式中，m为车身质量，K为橡版块等效的弹黄刚度，C为橡胶块等效的阻尼系数，q为输入随机激励函数，z为输出的随机振动响应。对振动方程的求解后，可以通过已知的振动激励求得振动响应。 实体模型的简化则要考虑露天矿钻机的实际构造和布置情况。露天矿钻机驾驶室通过支架安装在车架的左上方，驾驶室与支架之间用螺栓与橡胶块连接。车辆行驶的随机振动通过路面经轮胎、悬架、车架、橡胶块传到驾驶室中。支架以下的部分不是本文研究的主要内容、因此选取支架以上的驾驶室作为主要研究对象，建立其三维的立体模型。对驾驶室的动态分析主