138-基于動(dòng)力學(xué)方法的輪式喇叭嘴工作裝置振動(dòng)噪聲分析

基于動(dòng)力學(xué)方法的輪式喇叭嘴工作裝置振動(dòng)噪聲分析陳哲吾1，陳文1，郭海保2中煙機(jī)械技術(shù)中心上海；2.西門(mén)子工業(yè)軟件（北京）有限公司北京）摘要：輪式喇叭嘴是煙草機(jī)械中重要的一環(huán)，其性能的好壞直接決定了最終和出煙效率和成煙品質(zhì)。為了提高出煙效率，需要提高整體速度，但較高速度容易引起系統(tǒng)的較強(qiáng)的振動(dòng)和噪聲。本文中介紹了一種創(chuàng)新的輪式喇叭嘴式煙機(jī)工作裝置，運(yùn)用LMSTest.Lab對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行振動(dòng)噪聲的測(cè)試，同時(shí)運(yùn)用LMSVirtual.LabMotion進(jìn)行工作裝置建模分析，并基于LMS動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)級(jí)振動(dòng)噪聲方法進(jìn)一步運(yùn)用LMSVirtual.LabNVM進(jìn)行振動(dòng)噪聲分析。關(guān)鍵詞：煙草機(jī)械；輪式喇叭嘴；Test.Lab；Virtual.LabMotion；Virtual.LabNVM引言效率和性能是煙草機(jī)械非常關(guān)注的內(nèi)容。如何在提高題效率的同時(shí)，不降低煙機(jī)性能，這是非常重要的。在現(xiàn)有產(chǎn)品中，為了保證效率，通常是運(yùn)用降低運(yùn)行速度的方法來(lái)保證煙機(jī)不產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，相當(dāng)于為了保證性能而犧牲效率。本文中介紹了一種適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的輪式喇叭嘴工作裝置，其能有效提高煙機(jī)的工作效率。但在實(shí)際使用過(guò)程中，仍然會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲的問(wèn)題。本文運(yùn)用了LMSTest.Lab對(duì)工作裝置進(jìn)行振動(dòng)、噪聲、機(jī)構(gòu)傳函、聲傳函等全面測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題。并運(yùn)用LMSVirtual.LabMotion建立輪式喇叭嘴動(dòng)力學(xué)模型，并運(yùn)用試驗(yàn)結(jié)果調(diào)校修正模型后，計(jì)算得到輪式喇叭嘴運(yùn)行載荷分步，并基于系統(tǒng)級(jí)振動(dòng)噪聲方法，在Virtual.LabNVM中進(jìn)行振動(dòng)噪聲分析，從而找到問(wèn)題根源，并得到解決。由于項(xiàng)目實(shí)際內(nèi)容工況較多，本文僅作部分描述。2.工作裝置測(cè)試項(xiàng)目中對(duì)工作裝置進(jìn)行全面的測(cè)試，包括振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試、噪聲測(cè)試、機(jī)構(gòu)傳函測(cè)試、聲傳函測(cè)試等。部分測(cè)試結(jié)果：不同轉(zhuǎn)速下的噪聲測(cè)試結(jié)果400rpm噪聲值600rpm噪聲值700rpm噪聲值800rpm噪聲值加速工況噪聲值加速工況噪聲colormap整體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試振動(dòng)加速度colormap整機(jī)傳函測(cè)試結(jié)果X向傳函Y向傳函部件模態(tài)測(cè)試結(jié)果一階模態(tài)三階模態(tài)由于篇幅原因，僅展示部分測(cè)試結(jié)果。不作過(guò)多展示。通過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，3483Hz位置存在一個(gè)較大峰值，在800rpm時(shí)524Hz位置峰值突現(xiàn)。同時(shí)在加速工況時(shí)，778rpm時(shí)出現(xiàn)明顯峰值。同時(shí)，在加速工況中，無(wú)論是噪聲值還是振動(dòng)加速度響應(yīng)，都存在一個(gè)貢獻(xiàn)較大的階次40階。3.工作裝置動(dòng)力學(xué)建模分析通過(guò)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的某個(gè)轉(zhuǎn)速及加速過(guò)程時(shí)均出現(xiàn)了振動(dòng)噪聲問(wèn)題，為了尋找問(wèn)題的根源，需要建立完整的喇叭嘴工作裝置動(dòng)力學(xué)模型。輪式喇叭嘴工作裝置涉及內(nèi)容較多：帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸承、接觸等，需要在動(dòng)力學(xué)模型中進(jìn)行詳細(xì)考慮。齒輪系建模：在LMSVLMotion中有專業(yè)的齒輪系建模模塊，齒輪與齒輪之間通過(guò)定義GearContact力：齒輪系及接觸模型帶輪系建模在輪式喇叭嘴工作裝置中，是運(yùn)用電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)速傳遞的，而帶傳動(dòng)鏈的工作狀況是振動(dòng)問(wèn)題一個(gè)根源，因此，需要對(duì)帶傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模，從而分析帶輪系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的貢獻(xiàn)。運(yùn)用LMSVLMotion中專業(yè)的帶齒建模模板，可以對(duì)帶齒及帶輪進(jìn)行詳細(xì)的建模分析。帶輪模型裝置動(dòng)力學(xué)剛?cè)狁詈辖Ｍㄟ^(guò)對(duì)子系統(tǒng)的建模，運(yùn)用子機(jī)構(gòu)方法將其導(dǎo)入到總裝動(dòng)力學(xué)模型中。同時(shí)總裝模型需要進(jìn)行詳細(xì)建立，包含各約束關(guān)系，軸承，支架，底座等，對(duì)整體性能有影響的局部構(gòu)件需要進(jìn)行柔性化處理?？傃b模型建立完整的總裝模型后，可以進(jìn)行基于試驗(yàn)工況的性能分析，包含穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，加速工況等。同時(shí)，需要針對(duì)之前的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行模型調(diào)校工作，例如：利用測(cè)試傳函進(jìn)行模型修正，利用振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型調(diào)校，同時(shí)利用測(cè)試盤(pán)片模態(tài)結(jié)果修正仿真柔性體中的有限元模型相關(guān)性分析，通過(guò)以上修正，就可以得到比較精確的仿真模型。具體的模型調(diào)校方法和調(diào)校過(guò)程，內(nèi)容較多，在此不作進(jìn)一步詳細(xì)描述。通過(guò)調(diào)校后的動(dòng)力學(xué)建模，可以進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)性能分析，包括加速度響應(yīng)、位移特性、擺角特性等分析結(jié)果：底座法蘭某加速度計(jì)Y向振動(dòng)響應(yīng)瀑布圖刀頭1振動(dòng)位移刀頭1振動(dòng)擺角齒系某齒接觸力中間齒輪時(shí)變剛度底座法蘭某載荷瀑布圖通過(guò)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的載荷邊界，可以進(jìn)一步進(jìn)行振動(dòng)噪聲分析。4.系統(tǒng)級(jí)振動(dòng)噪聲分析基于LMSVirtual.Lab集成平臺(tái)，可以非常方便進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)噪聲的分析。當(dāng)建立振動(dòng)噪聲模型時(shí)，也需要作模型的調(diào)校工作，例如傳函的調(diào)校、有限元模型相關(guān)性分析，在此，也不作詳細(xì)描述。基于VLMotion計(jì)算得到的載荷邊界，可以直接無(wú)縫轉(zhuǎn)入到VLNVM中，進(jìn)行強(qiáng)迫響應(yīng)計(jì)算，進(jìn)一步基于振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行聲學(xué)分析。強(qiáng)迫響應(yīng)計(jì)算結(jié)果基于強(qiáng)迫響應(yīng)結(jié)果得到聲響應(yīng)分析通過(guò)聲響應(yīng)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，很好地復(fù)現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果。進(jìn)一步，需要分析產(chǎn)生的原因，及提出修正方案。5.結(jié)果分析及改進(jìn)方案通過(guò)計(jì)算結(jié)果，可進(jìn)行基于振動(dòng)響應(yīng)或噪聲響應(yīng)進(jìn)行模態(tài)貢獻(xiàn)量分析。貢獻(xiàn)量分析得到相關(guān)頻率對(duì)應(yīng)的模態(tài)對(duì)應(yīng)頻率模態(tài)模板貢獻(xiàn)量分析通過(guò)分析，可以知道，主要聲輻射在778rpm，對(duì)應(yīng)頻率520Hz左右（階次40），對(duì)應(yīng)關(guān)鍵貢獻(xiàn)面板為支架面板，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)模態(tài)貢獻(xiàn)基本集中在第七階模態(tài)。因此，初步的改進(jìn)意見(jiàn)為：結(jié)構(gòu)方面通過(guò)修改支撐方式激勵(lì)方面需要修改帶齒傳遞參數(shù)由于帶齒傳遞修正涉及的層面較多，不僅是安裝層面，同時(shí)涉及供應(yīng)商問(wèn)題。因此，本項(xiàng)目從仿真角度以結(jié)構(gòu)修正舉例修正效果。修改方案修改前噪聲分貝修改后噪聲分貝6.總結(jié)與展望總結(jié)：通過(guò)本項(xiàng)目，針對(duì)產(chǎn)品存在的問(wèn)題，很好地運(yùn)用LMS測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行故障測(cè)試，及后期需要進(jìn)行的模型修正用的相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)試，同時(shí)，運(yùn)用LMSVLMotion和LMSVLNVM進(jìn)行輪式喇叭嘴工作裝置的動(dòng)力學(xué)建模及修正和基于動(dòng)力學(xué)結(jié)果的振動(dòng)噪聲分析。通過(guò)分析我們找到了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并作初步改進(jìn)，取得了我們不錯(cuò)的效果。展望：模型仍然可以進(jìn)一步完善，基于LMS工具，可以進(jìn)一步進(jìn)行疲勞等分析。同時(shí)，仍然有許多工作在進(jìn)行中，包括模型的進(jìn)一步細(xì)化，方案的進(jìn)一步確認(rèn)等。本文僅對(duì)目前開(kāi)展的工具做了應(yīng)用介紹，將在項(xiàng)目后期逐步開(kāi)展。參考文獻(xiàn)：王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析:CFD軟件原理與應(yīng)用[M]:清華大學(xué)出版社有限公司,2004.孫曉峰,周盛.氣動(dòng)聲學(xué)[M]:國(guó)防工業(yè)出版社,1994.詹福良,徐俊偉.Virtual.LabAcoustics聲學(xué)仿真計(jì)算從入門(mén)到精通[M]:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2013.FujiwaraA,SakuraiN.Experimentalanalysisofscrewcompressornoiseandvibration[C].InternationalCompressorEngineeringConferenceatPurdue,PurdueUniversity,USA,1986:566-582.And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