水泵随机振动仿真

第1篇

一、实验目的

本次实验旨在通过振动测量技术，对水泵在运行过程中产生的振动进行检测和分析，了解水泵振动特性，为水泵的故障诊断和性能优化提供依据。

二、实验原理

振动测量技术是利用传感器将振动信号转换为电信号，通过测量和分析电信号，得出振动参数，如位移、速度、加速度等。本实验采用振动加速度传感器进行测量，通过对振动信号的频谱分析，找出水泵的故障特征频率，从而进行故障诊断。

三、实验设备

1. 振动加速度传感器：用于测量水泵振动加速度；

2. 数据采集器：用于采集振动信号；

3. 水泵：实验对象；

4. 振动分析软件：用于处理和分析振动数据。

四、实验步骤

1. 水泵安装：将水泵安装在实验台上，确保水泵稳定运行；

2. 振动传感器安装：将振动加速度传感器安装在泵体关键部位，如轴承座、电机等；

3. 数据采集：启动水泵，记录振动加速度数据；

4. 振动信号处理：将采集到的振动数据导入振动分析软件，进行频谱分析；

5. 结果分析：根据频谱分析结果，找出故障特征频率，进行故障诊断。

五、实验结果与分析

1. 水泵振动频谱分析

根据振动分析软件处理的结果，水泵振动频谱如图1所示。

图1 水泵振动频谱 从频谱图中可以看出，水泵振动主要分布在10Hz～100Hz范围内，其中50Hz附近存在一个较大的峰值，这可能是电机振动引起的。此外，在100Hz附近也存在一个峰值，这可能是轴承振动引起的。

2. 故障诊断

根据频谱分析结果，可以初步判断水泵可能存在以下故障：

（1）电机故障：50Hz附近的峰值可能是电机故障引起的；

（2）轴承故障：100Hz附近的峰值可能是轴承故障引起的。

针对以上故障，建议采取以下措施：

（1）检查电机：检查电机内部是否存在故障，如线圈短路、轴承磨损等；

（2）检查轴承：检查轴承是否存在磨损、松动等故障。

六、实验结论

通过本次实验，我们成功地对水泵振动进行了测量和分析，找出了水泵的故障特征频率，为水泵的故障诊断和性能优化提供了依据。在今后的工作中，我们将继续研究水泵振动测量技术，为水泵的安全运行和性能提升提供有力支持。

Vol. 17 No. 12 系 统 仿 真 学 报 Dec. 2005 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION ·2863·

高压注水泵动力学仿真分析

冷如波1，于随然1，王成焘1，梁 政2，钟功祥2 （1上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200030；2西南石油学院机电工程学院, 成都 610500) 摘 要：简要地分析了中国石油机械设备的发展现状，提出了在我国石油机械装备企业运用现代设计方法的必要性。简要地介绍了动力学仿真及其相关技术。并选取典型的3H-8/450型高压注水泵作为研究对象，完成了泵仿真模型的建立；对泵进行运动学和动力学仿真分析，系统所需电机驱动力矩计算；并用理论解对仿真模型和仿真结果进行了验证；对仿真结果进行分析，提出了改进意见，并对改进设计进行仿真实验，仿真结果表明改进设计显著地改善了泵的受力状况。 关键词: 高压注水泵；仿真；动力学；运动学；石油装备 文章编号：1004-731X (2005) 12-2863-06 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A Dynamical Simulation Analysis on High Pressure Water Injection Pump LENG Ru-bo1, YU Sui-ran1, WANG Cheng-tao1, LIANG Zheng2, ZHONG Gong-xiang2 (1School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China； 2 Southwest Petroleum Institute, Chengdu 610500, China) Abstract: The development of petroleum mechanical equipment in China was reviewed and the importance to apply modern design methodology to petroleum equipment in China was suggested. Dynamical simulation and its related technique were also given. 3H-8/450 pump was studied. The simulation model was set up. Dynamics and kinematics simulation analysis were processed, and drive torque for this system was also calculated. Results in theory were used to check the model and motion analysis results. After reviewing the motion analysis results, some advices for the improvement of the pump were given. Simulation analysis is processed on the pump which is improved, and results show that reaction forces are decreased. Key words: high pressure water injection pump; simulation; dynamics; kinematics; petroleum equipment 引 言1 随着我国经济的发展，能源需求在快速增长，据统计，2004年中国将超过日本成为仅次于美国的全球第二大石油需求国[1]。解决我国石油危机的途径首先是提高开采产量，保持我国原油产量稳定增长。其次是原油进口。而石油机械设备在石油钻采中扮演了重要的角色。 我国生产的石油机械产品在总体上比国外产品质量差、寿命低、生产周期长。主要表现为普通产品的材料性能及加工精度达不到要求；关键石油机械设备效率低、可靠性差，通用零部件、易损件专业化生产率低，达不到高、精、尖的水平；组装的机组质量差和寿命低，交货期与销售服务等均达不到工程安装和生产维修进度的要求，从而影响工艺装置的周期和安全运转。一些大型机泵国内尚不能生产，需要从国外引进。虽然一些机组可以生产，但质量和进度不能保证，用户不信任，只好进口。石油机械设备的工作条件十分恶劣，从而提高了设计难度。因此，如何提高我国石油机械设备的设计水平，是当前我国石油机械行业面临的共同课题。结构 收稿日期：2004-10-20 修回日期：2005-05-08 作者简介：冷如波(1976-), 男, 江西人, 博士生, 研究方向为CAD/ CAM/CAE; 于随然(1963-), 男, 河南人, 副教授, 研究方向为设计学; 王成焘(1940-), 男, 天津人, 教授, 博导, 研究方向为生命质量与机械工程, 现代设计理论与方法; 梁政(1960-), 男, 四川人, 教授, 博导, 研究方向为石油矿产机械; 钟功祥(1962-), 男, 四川人, 副教授, 研究方向为石油矿产机械。 设计是石油机械设备设计中的关键问题。结构仿真技术是改进产品设计、提高产品性能的一种新技术。 我国的原油开采基本上分两次，即一次和二次采油，而且，大部分油田依靠注水开发油田。采用注水技术等二次采油方法是提高原油产量及提高采收率的有效途径。通过人工注水可以提高地层压力，使油层具有强有力的驱油条件，保持较高的油层压力，有效克服各种阻力，达到长期稳产高产[2]。高压注水泵在注水工艺中起着重要的作用。本文首先介绍动态仿真技术及其在石油装备中的应用情况。以典型的3H-8/450型高压三柱塞泵作为研究对象，在已经完成的泵三维实体模型的基础上对泵进行动态仿真分析及运动干涉检查。完成泵的运动学分析和动力学分析，为泵的动载荷条件下的强度计算提供载荷条件。完成系统所需外驱动计算。并用理论解对仿真结果进行验证，通过对仿真结果的分析，找出影响该泵动载荷的关键因素。对泵的改进设计提出建议。 1 动力学仿真及其相关技术 动态仿真技术源于对多体系统动力学的研究。20世纪60年代，古典的刚体力学、分析力学与计算机相结合的力学分支－多体系统动力学在社会生产实际需要的推动下产生了[3]。它是许多学科的综合，数值算法及时地提供了求解这种问题的有效的快速算法。计算机可视化技术及动画技术的发展为这项技术提供了友好的用户界面。CAD/FEA等技术的发展为它的应用提供了技术环境。 DOI:10.16182/ki.joss.2005.12.008Vol. 17 No. 12 系 统 仿 真 学 报 Dec. 2005 ·2864·1.1 国内外研究现状 在国外，结构仿真技术已经广泛地应用到汽车制造业、模具工业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业等领域。M.Neumann[4]等应用动态仿真技术对机械压力机进行了计算机仿真和动态分析；国内高校、研究机构、企业也进行了大量的研究。王其东[5]等应用动态仿真技术对汽车钢板弹簧进行了设计和分析。 动态仿真技术在石油工业方面也已得到应用，国外成功将动态仿真技术用于钻井工程和油藏工作的研究。Terje[6]等利用计算机仿真技术模拟液体在储层中的流动；国内一些学者正将这一技术应用于石油设备的设计。肖小华[7]等对DQ-30Y顶驱进行了结构仿真，但作者仅仅应用仿真技术对设计的产品进行干涉检查及动态模拟研究，并未对顶驱的运动学和动力学进行深入研究。西南石油学院从90年代初开始动态仿真方面的研究工作，先后应用动态仿真技术设计了牙轮钻头、振动筛等产品[8]。 1.2 动力学仿真技术的基本方法 石油机械设备的工作条件十分恶劣，工况十分复杂。为实现仿真，通常情况下，都需要对它们的工作状况提出适当的假设。 石油装备建模•创建零件•结构装配及施加约束•施加材料属性及施加载荷

第２８卷第２期　２００７年６月　制　导　与　引　信　ＧＵＩＤＡＮＣＥ＆ＦＵＺＥ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．２０Ｏ７　

文章编号：１６７１—０５７６（２００７）０２—００５７—０４　

弹载天线随机振动的仿真分析　

王敏　，　王小静　

（１．上海航天技术研究院８０２所，上海２０００９０；２．上海大学机电工程与自动化学院，上海２０００７２）　

摘　要：在航天电子产品设计过程中，天线结构的随机振动仿真分析对于提高产品的环　

境适应性具有重要的作用。文章用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对某弹载天线结构进行了随机振　

动分析，并通过实验对仿真结果进行了验证。　关键词：随机振动；弹载天线；仿真　

中图分类号：ＴＮ８２８　文献标识码：Ａ　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　Ｒａｎｄｏｍ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｓｓｉｌｅ—ｂｏｒｎｅ　Ａｎｔｅｎｎａ　

ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇ‘，　ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｊｉｎｇ　

（１．Ｎｏ．８０２　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＳＡＳＴ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９０；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ　

ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｒｏｄｕｃｔ，ｔｈｅ　ｒａｎｄｏｍ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

ｏｆ　ａｎｔｅｎｎａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　

ｐａｐｅｒ，ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｒａｎｄｏｍ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏ　ｍｉｓｓｉｌｅ—ｂｏｒｎｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ，　

第１８卷第３期　山东交通学院学报　２０１０年９月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＡＮＤＯＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖ０１．１８　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１０　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－００３２．２０１０．０３．００２　

路面随机激励下的汽车振动仿真分析　

汪小朋，刘文彬，黄俊杰，李振远　

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥２３０００９）　

摘要：基于某车参数建立汽车５自由度线性振动模型，模型中引入了后轮滞后路面随机激励，采用ＭＭＡＴＬＡＢ／　ＳＩＭＵＬＩＮＫ对整车振动进行仿真模拟，将前后悬架刚度改进前后的车身和座椅处的加速度、悬架动挠度及车轮　动位移４项指标进行对比分析，进而对前后悬架刚度进行优化，从而改善车辆平顺性和乘坐舒适性，可为车辆　平顺性设计提供参考。　关键词：汽车振动；路面激励；悬架刚度；仿真；ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ；优化　中图分类号：Ｕ４１６．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－００３２（２０１０）０３－０００７－０５　

汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转部件激发汽车的振动。通常，路面不平是　

汽车振动的基本输入，频率范围约为０．５—２５　Ｈｚ。解决在随机不平路面激励下整车及零部件的振动问　

题，是提高汽车行驶平顺性、安全性及零部件可靠性的重要基础。本文建立了汽车整车振动系统的５自　

由度线性动力学平面模型，将车身及座椅处加速度均方根值、悬架动挠度及车轮动位移作为平顺性评价　指标，进行整车振动分析　¨。　

１　建立模型　

１．１路面数学模型　

汽车行驶过程中，不同等级路面及不同行驶车速下，路面不平度激励有所不同。路面模型是路面不　

平度激励随路面等级及车速变化的数学描述。建立的汽车５自由度平面模型，考虑了后轮滞后路面不平　

度输入，没有考虑左右轮相干的路面输人。　

根据文献［２］的研究结果，生成随机路面不平度轮廓的方法是让白噪声通过一成形滤波器，车轮所　受到的路面随机激励数学模型为