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天津津腾—有限元分析在真空泵故障诊断中的应用

[导读]针对真空泵在产品试制过程中产生异常振动的问题,首先,排除了制造和装配的原因,然后从设计的角度分析了其原因。 将真空泵支架的二维工程图转化为实体模型,导入ANSYS Workbench 进行了有限元模态分析,发现其固有频率在真空泵的 旋转频率范围内,存在共振现象; 即而对其进行了方案修改,以及有限元模态分析,发现其固有频率避开真空泵的旋转频率 范围。

  对按修改后方案制造的真空泵支架进行了装配后试车,发现原来异常振动的现象已经排除。研究结果表明,有限元也可在故障诊断中发挥重要作用,是故障诊断的一种方法。有限元分析是针对实体模型的一种数值分析方法,其计算结果精度较高。

0 引言

机器在研发试制或售出后经常会发生很多意想不到的故障,随着科学技术的飞速发展,很多现代化的诊断手段得到应用,对排除机器故障、提高机器性能和寿命、降低开发成本以及为顾客创造超越价值起到了重要作用。Workbench作为有限元计算软件( ANSYS)的一部分,集有限元理论和大量数值计算方法于一体,在机械设计中进行结构分析、结构优化、可靠性分析、模态分析以及流体力学分析等,对提高机器的性能和降低生产成本起到了很大的作用。故障诊断作为近期发展起来的新兴技术,采用传感器采集信号,然后对信号进行分析处理,从而分析出故障的结果,被广泛地应用于宇航、军事、化工、机械等领域,取得了很好的效果。但信号的采集受很多外在因素的干扰,得到的结果会有一些偏差有限元分析受外在因素的干扰较小,在机器的故障诊断中的应用还很少,本研究就有限元在机械故障诊断和故障排除方面的应用作进一步的探讨。

1 故障诊断

联合吸污车是集收集、中转、清理、运输污泥和污水及疏通下水道的新型环卫车辆。真空泵是联合吸污车的核心部件,一部吸污车工作效率的高低从根本上说取决于真空泵的工作状况,而真空泵运转的平稳性决定了其工作性能及使用寿命。真空泵架作为支撑部件,对保证真空泵的正常运转起到了关键性的作用。

联合吸污车在试制过程中遇到真空泵振动异常,在对空载、满载等各种原因和各种工况分析后认为真空泵和真空泵支架之间可能存在共振现象。针对存在的这种现象,本研究采用有限元理论作进一步判断。

2 真空泵支架的模态分析

真空泵支架模态分析的目的是对其进行动力特性分析,由于真空泵支架结构复杂,工作状况恶劣,利用传统的计算方法很难求得结果。在此本研究借助有限元理论,利用大型有限元分析软件Workbench 对其计算以求得真空泵支架的模态特性。由有限元理论可知低阶模态的振动特性对真空泵支架的动力特性起决定性的作用,故在此选取真空泵支架前6 阶模态特性

3 结束语

本研究针对真空泵振动异常做了如下研究:

( 1) 根据整车试制过程中发现的真空泵振动异常,初步判断该故障为真空泵和真空泵支架发生共振;

( 2) 利用有限元分析软件Workbench 对真空泵支架进行模态分析,得到了其前6 阶模态合位移图和固有频率值,然后与真空泵的旋转频率相比较,发现其存在共振现象;

( 3) 根据计算结果,修改了真空泵支架的结构,再利用有限元分析软件Workbench 对真空泵支架进行了模态分析,得到了其前6 阶模态合位移图和固有频率值,与真空泵的旋转频率相比较,发现其已经避开共振频率。

研究结果进一步验证了本研究对真空泵故障原因的判断,为感性认识提供了数据支持。同时有限元作为一种数值计算方法,在故障诊断中也可发挥重要作用,是故障诊断的一种方法。


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