125MN 双柱下拉式快锻液压机整机模态分析
- 格式：pdf
- 大小：613.84 KB
- 文档页数：3
例 行程范围内分析五个行程点对应结构的模态。同时兼顾到结构特
征大小的差异性，整机采用了比较均匀的网格形式，如图 2 所示。 这样可以保证该模型下的刚度矩阵以及质量矩阵的元素相差不
案 会很大，可以减小计算误差。该模型共约为 400 万个单元，利用 E n Abaqus 软件在 24G 内存的 Dell 工作站上提交计算大约 1h 可计 A .c 算完成。
M .ca 1 引言 A 双柱下拉式快锻液压机工作时由于模具或工件变形阻力不 C w 对称（加工零件形状不对称或加热不均匀）、工具或工件放置不正
等多种因素可能造成偏载受力状态，从而使整机承受很大的横向
w 侧推力，从而引起机架的晃动。因此需要对设备本体进行模态分 w 析，掌握设备的固有特性。文献[1]对 125MN 双柱快速锻造液压机
mode. The shapes of vibration modes of the whole machine are analyzed when the frame is in different stroke. The result shows
凯 o that the lowest natural frequency of the high speed forging hydraulic machine is much larger than the highest working e frequency，and the equipment will not resonate when working. The vibration modes of the whole machine present diversity
a 3 不同行程时的模型分析结果及讨论
显，而前后和左右两个方向摆动造成的影响与第二阶振型相似； 工况一和工况五的四阶模态出现扭转振型，工况三的整机
左右振动，振型则关于固定梁上下对称。在该阶模态下，前后振动
M .c 模态是多自由度线性系统的一种固有属性，可由系统的特 的影响进一步减弱，只有一个工况下的左右振动伴随着前后振
就是固有频率和振型。模态参数有着重要的意义，它表明在结构 产生共振的频率以及在各阶频率下结构的变形情况。
由于结构质量的大小以及质量分布情况对于模态分析结果 会产生很大影响，而在框架运动过程中，上下横梁的位置不断变
（a）
（b）
（c）
（d）
图 3 不同行程工况时的各阶模态振型（一） Fig.3 Each Model Shape of Different Strokes
（a）
（b）
（c）
（d）
图 4 不同行程工况时的各阶模态振型（二）
Fig.4 Each Model Shape of Different Strokes
（e）
No.2
168
机械设计与制造
Ｆｅｂ．２０１３
［3］黄明辉，段智勇，彭伟波.300MN 模锻水压机机架的有限模态分析［J］.
中国重型装备，2008（1）: 3-6.
摘 要：快锻液压机整机的固有频率及其振型同振动现象的发生有着密切的关系，通过运用有限元软件 Abaqus 对
12.5MN 双柱下拉式快锻液压机整机进行了模态分析，获得了整机前四阶的固有频率和其相应振型。分析了快锻压机框
架处于不同行程时的整机各阶振型的形式。研究结果表明该快锻液压机整机的最低固有频率远离于工作时的最高频率，
w 各阶振型是承受动态载荷结构设计中要考虑的重要参数。多自由 扭转而使得磨损更为剧烈。不同行程工况时的各阶模态振型，如 w 度系统振动时有多阶模态存在，每阶振动模态可用一组模态参数 图 3~图6 所示。
来确定，模态参数通常包括固有频率、固有振型、模态刚度和模态
阻尼比等。其中最重要的是频率、振型和阻尼比。对于无阻尼系统
加该处的应力值；导套的磨损程度也会进一步加剧；
凯 o各工况的三阶模态同样沿前后和左右两个方向振动，但是
e振型比较复杂；当固定梁处于框架中部时，整机模态振型此时非
O 对称，固有频率最大。在该阶模态下，左右方向摆动的影响更加明
E m 图 2 有限元模型及均匀化网格
Fig.2 Finite Element Model and Uniform Mesh
A 征值与特征矢量二者共同来表示，每一个模态具有特定的固有频 动，而在框架处于极限位置的工况一与工况五处开始出现扭转振
C w 率、阻尼比和模态振型。模态分析主要是用于确定设计机构或机 动，这会造成立柱螺母与立柱发生相对转动，引起松动。而且立柱
器部件的振动特性，即结构的固有频率和各阶振型。固有频率和 端部产生的较大扭矩，使得应力值因此而增加，并且导套处因为
各工况的二阶模态沿前后和左右两个方向振动；当固定梁
C g 处于框架中部时，整机模态振型关于固定梁前后方向对称，左右
r 方向振型不明显，此时固有频率最小。随着活动框架上下的移动，
左右方向的摆动越来越明显。该阶振型造成的影响与第一阶振型
模 的固有振型；文献[8]对 RZU800HM 型锻压机的模态分析，提取 半结构处于地平面以下，因此建设厂房时可以降低高度。为了清
了锻压机的前十阶固有频率，检验了其动态特性。
楚说明各阶模态振型，定义各个方向名称，如图 1 所示。
来稿日期：2012-04-09 基金项目：金属挤压/模锻设备与工艺创新能力平台建设（2011ZX04016-081） 作者简介：王勇勤，（1961-），男，陕西，教授，博士生导师，主要研究方向：冶金机械装备
characteristics when the pull -down frame at different positions. The result has important reference value in structural
O optimization designing. E m Key Words：Pull-Down；High Speed Forging；Model；Stroke
（a）
（b）
（c）
（d）
图 5 不同行程工况时的各阶模态振型（三）
Fig.5 Each Model Shape of Different Strokes
库 设备工作时不会发生共振现象。整机模态振型随着下拉框架位置的不同呈现多样性，研究结果对快锻液压机结构优化设
计有一定借鉴意义。 关键词：下拉式；快锻；模态；行程
中图分类号：TH16；TG31；TS913+.3
文献标识码：A
例 文章编号：1001-3997（2013）02-0166-03
Modal Analysis of the Whole Machine of 12.5 MN Twin Columns Pull-Down High Speed Forging Hydraulic Machine
图 1 三维模型部件及约束说明 Fig.1 Components and Constraints Description
库 各阶振型随着行程的不同差别较大，如图 3 所示。各工况的
一阶模态沿前后方向振动；随着下拉高度的降低，一阶模态最大 振型的位置逐渐从上梁向下梁过渡；当固定梁处于框架中部时，
of the Three-dimensional Model 为了更准确把握双柱下拉式快锻液压机的固有特性，在其
其对工作状态的影响；文献[2-4]分析了 300MN 模锻水压机的机架
上梁，下梁，立柱组成，并采用预紧装置对拉杆施加预紧力，使得整 前六阶固有频率和振型，结合水压机的实际使用及损坏情况，对
机架各阶模态振型的危害进行分析评价；文献[5]对双柱下拉式快 个框架处在具有较高刚性的预紧状态，如图 1 所示。下拉式快锻液
针对 12.5MN 双柱下拉式快锻压机整机工作特点，采用有限 元软件 Abaqus 对框架处于不同行程状态时进行模态分析，研究 不同行程时整机固有频率及振型。
2 12.5MN 双柱下拉式快锻液压机模型的 建立
12.5MN 快速锻造液压机本体由预应力组合框架，主油缸，
本体进行了前四阶的模态分析，分析了各阶振型产生的原因以及 固定梁，导向筒，导套等主要部件组成，其中的预应力组合框架由
C g Abstract：The vibration mode and natural frequency of the whole machine have a close relationship with its vibration r phenomena. The finite element software Abaqus is applied to analyze the model of the whole machine of 12.5MN twin columns 模 .o pull-down high speed forging hydraulic machine to obtain the fore four natural frequencies and the corresponding vibration
锻液压机机架进行了模态分析，得到前十阶的固有频率和相应振 压机固定梁四个脚用地脚螺栓固定在地基上，整个框架上下移动锻
型；文献[6-7]对 165MN 大型自由锻造油压机组合结构的下横梁进 造不同规格和尺寸的工件，下拉式结构有很多优点，如锻造时重心
行了模态分析，得到了锻造油压机下横梁前十阶的固有频率和相 低、工作时振动小，更换砧具时间短。此外，下拉式快锻压机有一
工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 5
第一阶 9.2772 10.906 12.143 10.940 9.2242
第二阶 18.025 17.844 15.667 17.037 18.358
第三阶 23.776 21.907 24.207 23.140 21.973
第四阶 28.258 32.024 28.256 29.402 26.997
征大小的差异性，整机采用了比较均匀的网格形式，如图 2 所示。 这样可以保证该模型下的刚度矩阵以及质量矩阵的元素相差不
案 会很大，可以减小计算误差。该模型共约为 400 万个单元，利用 E n Abaqus 软件在 24G 内存的 Dell 工作站上提交计算大约 1h 可计 A .c 算完成。
M .ca 1 引言 A 双柱下拉式快锻液压机工作时由于模具或工件变形阻力不 C w 对称（加工零件形状不对称或加热不均匀）、工具或工件放置不正
等多种因素可能造成偏载受力状态，从而使整机承受很大的横向
w 侧推力，从而引起机架的晃动。因此需要对设备本体进行模态分 w 析，掌握设备的固有特性。文献[1]对 125MN 双柱快速锻造液压机
mode. The shapes of vibration modes of the whole machine are analyzed when the frame is in different stroke. The result shows
凯 o that the lowest natural frequency of the high speed forging hydraulic machine is much larger than the highest working e frequency，and the equipment will not resonate when working. The vibration modes of the whole machine present diversity
a 3 不同行程时的模型分析结果及讨论
显，而前后和左右两个方向摆动造成的影响与第二阶振型相似； 工况一和工况五的四阶模态出现扭转振型，工况三的整机
左右振动，振型则关于固定梁上下对称。在该阶模态下，前后振动
M .c 模态是多自由度线性系统的一种固有属性，可由系统的特 的影响进一步减弱，只有一个工况下的左右振动伴随着前后振
就是固有频率和振型。模态参数有着重要的意义，它表明在结构 产生共振的频率以及在各阶频率下结构的变形情况。
由于结构质量的大小以及质量分布情况对于模态分析结果 会产生很大影响，而在框架运动过程中，上下横梁的位置不断变
（a）
（b）
（c）
（d）
图 3 不同行程工况时的各阶模态振型（一） Fig.3 Each Model Shape of Different Strokes
（a）
（b）
（c）
（d）
图 4 不同行程工况时的各阶模态振型（二）
Fig.4 Each Model Shape of Different Strokes
（e）
No.2
168
机械设计与制造
Ｆｅｂ．２０１３
［3］黄明辉，段智勇，彭伟波.300MN 模锻水压机机架的有限模态分析［J］.
中国重型装备，2008（1）: 3-6.
摘 要：快锻液压机整机的固有频率及其振型同振动现象的发生有着密切的关系，通过运用有限元软件 Abaqus 对
12.5MN 双柱下拉式快锻液压机整机进行了模态分析，获得了整机前四阶的固有频率和其相应振型。分析了快锻压机框
架处于不同行程时的整机各阶振型的形式。研究结果表明该快锻液压机整机的最低固有频率远离于工作时的最高频率，
w 各阶振型是承受动态载荷结构设计中要考虑的重要参数。多自由 扭转而使得磨损更为剧烈。不同行程工况时的各阶模态振型，如 w 度系统振动时有多阶模态存在，每阶振动模态可用一组模态参数 图 3~图6 所示。
来确定，模态参数通常包括固有频率、固有振型、模态刚度和模态
阻尼比等。其中最重要的是频率、振型和阻尼比。对于无阻尼系统
加该处的应力值；导套的磨损程度也会进一步加剧；
凯 o各工况的三阶模态同样沿前后和左右两个方向振动，但是
e振型比较复杂；当固定梁处于框架中部时，整机模态振型此时非
O 对称，固有频率最大。在该阶模态下，左右方向摆动的影响更加明
E m 图 2 有限元模型及均匀化网格
Fig.2 Finite Element Model and Uniform Mesh
A 征值与特征矢量二者共同来表示，每一个模态具有特定的固有频 动，而在框架处于极限位置的工况一与工况五处开始出现扭转振
C w 率、阻尼比和模态振型。模态分析主要是用于确定设计机构或机 动，这会造成立柱螺母与立柱发生相对转动，引起松动。而且立柱
器部件的振动特性，即结构的固有频率和各阶振型。固有频率和 端部产生的较大扭矩，使得应力值因此而增加，并且导套处因为
各工况的二阶模态沿前后和左右两个方向振动；当固定梁
C g 处于框架中部时，整机模态振型关于固定梁前后方向对称，左右
r 方向振型不明显，此时固有频率最小。随着活动框架上下的移动，
左右方向的摆动越来越明显。该阶振型造成的影响与第一阶振型
模 的固有振型；文献[8]对 RZU800HM 型锻压机的模态分析，提取 半结构处于地平面以下，因此建设厂房时可以降低高度。为了清
了锻压机的前十阶固有频率，检验了其动态特性。
楚说明各阶模态振型，定义各个方向名称，如图 1 所示。
来稿日期：2012-04-09 基金项目：金属挤压/模锻设备与工艺创新能力平台建设（2011ZX04016-081） 作者简介：王勇勤，（1961-），男，陕西，教授，博士生导师，主要研究方向：冶金机械装备
characteristics when the pull -down frame at different positions. The result has important reference value in structural
O optimization designing. E m Key Words：Pull-Down；High Speed Forging；Model；Stroke
（a）
（b）
（c）
（d）
图 5 不同行程工况时的各阶模态振型（三）
Fig.5 Each Model Shape of Different Strokes
库 设备工作时不会发生共振现象。整机模态振型随着下拉框架位置的不同呈现多样性，研究结果对快锻液压机结构优化设
计有一定借鉴意义。 关键词：下拉式；快锻；模态；行程
中图分类号：TH16；TG31；TS913+.3
文献标识码：A
例 文章编号：1001-3997（2013）02-0166-03
Modal Analysis of the Whole Machine of 12.5 MN Twin Columns Pull-Down High Speed Forging Hydraulic Machine
图 1 三维模型部件及约束说明 Fig.1 Components and Constraints Description
库 各阶振型随着行程的不同差别较大，如图 3 所示。各工况的
一阶模态沿前后方向振动；随着下拉高度的降低，一阶模态最大 振型的位置逐渐从上梁向下梁过渡；当固定梁处于框架中部时，
of the Three-dimensional Model 为了更准确把握双柱下拉式快锻液压机的固有特性，在其
其对工作状态的影响；文献[2-4]分析了 300MN 模锻水压机的机架
上梁，下梁，立柱组成，并采用预紧装置对拉杆施加预紧力，使得整 前六阶固有频率和振型，结合水压机的实际使用及损坏情况，对
机架各阶模态振型的危害进行分析评价；文献[5]对双柱下拉式快 个框架处在具有较高刚性的预紧状态，如图 1 所示。下拉式快锻液
针对 12.5MN 双柱下拉式快锻压机整机工作特点，采用有限 元软件 Abaqus 对框架处于不同行程状态时进行模态分析，研究 不同行程时整机固有频率及振型。
2 12.5MN 双柱下拉式快锻液压机模型的 建立
12.5MN 快速锻造液压机本体由预应力组合框架，主油缸，
本体进行了前四阶的模态分析，分析了各阶振型产生的原因以及 固定梁，导向筒，导套等主要部件组成，其中的预应力组合框架由
C g Abstract：The vibration mode and natural frequency of the whole machine have a close relationship with its vibration r phenomena. The finite element software Abaqus is applied to analyze the model of the whole machine of 12.5MN twin columns 模 .o pull-down high speed forging hydraulic machine to obtain the fore four natural frequencies and the corresponding vibration
锻液压机机架进行了模态分析，得到前十阶的固有频率和相应振 压机固定梁四个脚用地脚螺栓固定在地基上，整个框架上下移动锻
型；文献[6-7]对 165MN 大型自由锻造油压机组合结构的下横梁进 造不同规格和尺寸的工件，下拉式结构有很多优点，如锻造时重心
行了模态分析，得到了锻造油压机下横梁前十阶的固有频率和相 低、工作时振动小，更换砧具时间短。此外，下拉式快锻压机有一
工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 5
第一阶 9.2772 10.906 12.143 10.940 9.2242
第二阶 18.025 17.844 15.667 17.037 18.358
第三阶 23.776 21.907 24.207 23.140 21.973
第四阶 28.258 32.024 28.256 29.402 26.997
