CN104361158A - 锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法 - Google Patents

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刘欢
王健
王庆辉
李金凤
郭烁
张琳琳
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Abstract

锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法,涉及一种对振动分析的方法，所述方法包括建立力学模型、振动系统参数分析及仿真验证；建立力学模型刚性整体由砧座m1和基础m2组成，用于支承砧座的隔振器是线性弹性体k1和k2的组合，支承基础的土壤，是粘性阻尼为c1和c2之间的组合，打击力通过底面形心、基础的重心和砧座进行传递，进行打击后，系统开始做自由振动，振动系统参数分析及仿真验证，包括锻锤振动系统各参数对振动响应影响，应综合各方面的因素，从改变砧座垫层阻尼和刚度系数入手；本发明减振和隔振方案，改善了车间工作环境，减少振动和噪音给工人和机器设备带来的危害，有着重要的现实意义。

Description

锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法
技术领域
    本发明涉及一种对振动的分析方法，特别是涉及一种锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法。 
背景技术
当前专家们长期致力于锻压设备减振和隔振等技术的研究。同时，寻找最简便和最经济的减振和隔振方案，改善车间工作环境，减少振动和噪音给工人和机器设备带来的危害，有着重要的现实意义。通过对仿真结果的研究，从而分析不同因素对振动特性的影响。同时再经过复杂的计算，进而验证仿真模型的可靠性。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，该方法对建立的基础振动系统中影响振动响应的参数k1，k2以及内基础与砧座质量比进行仿真，同时分析出各参数对振动的影响效果，通过对仿真结果比较分析，从而验证了仿真模型的可靠性。 
本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 
锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，所述方法包括建立力学模型、振动系统参数分析及仿真验证；所述的建立力学模型：刚性整体由砧座m1和基础m2组成，用于支承砧座的隔振器是线性弹性体k1和k2的组合，支承基础的土壤，是粘性阻尼为c1和c2之间的组合，打击力通过底面形心、基础的重心和砧座进行传递，进行打击后，系统开始做自由振动，得出下面的振动方程：
式中，c1和c2分别为砧下垫层和地基的阻尼；
其中方程（1）的初始条件为（2）式：
。
所述的振动系统参数分析及仿真验证，包括锻锤振动系统各参数对振动响应影响，应综合各方面的因素，从改变砧座垫层阻尼和刚度系数入手；仿真验证时，利用Matlab软件计算仿真结果。 
所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，所述振动系数的影响因素，根据锻锤的运动方程，分别以基础质量m2为变量，地基土的阻尼c2、刚度k2，砧下垫层的阻尼cl、刚度kl，包含了这些系统参数对于砧座基础振动，振动和地基所受的影响。 
所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，所述砧座垫层的刚度系数kl增大时，砧座的最大位移减小，而基础的最大位移和地基承受的最大动荷载增大明显。 
所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，所述砧座垫层阻尼c1增大时，砧座的位移减小，而基础最大位移和地基承受动荷载也有略微的减小。 
所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，所述增大地基的刚度系数k2，基础的最大位移减低，而地基承受动荷载增加较少。 
所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，所述砧座的质量m1恒定的条件下，增大m2会增加基础减振效果，在锻锤基础改造操作时，应综合各因素，从改变砧座垫层阻尼和刚度系数入手。 
本发明的优点与效果是： 
1.本发明对建立的基础振动系统中影响振动响应的参数k1，k2以及内基础与砧座质量比进行仿真，同时分析出各参数对振动的影响效果。并与原文献数值进行比较，仿真结果基本一致，通过对仿真结果比较分析，从而验证了仿真模型的可靠性。
2.本发明经过对振动系统中影响振动响应的参数进行仿真，包括内基础与砧座质量比以及参数k1，k2，并分析出系统中各参数对振动的影响。 
3.本发明对建立的基础振动系统中影响振动响应的参数k1，k2以及内基础与砧座质量比进行仿真，同时分析出各参数对振动的影响效果。仿真结果表明，该仿真模型具有较好的可靠性，可用来优化系统模型和技术参数，并对锻锤在工程设计中的应用具有较好的指导作用。 
4.本发明经过对振动系统中影响振动响应的参数进行仿真，包括内基础与砧座质量比以及参数k1，k2，并分析出系统中各参数对振动的影响。仿真结果表明，该仿真模型具有较好的可靠性，可用来优化系统模型和技术参数，并对锻锤在工程设计中的应用具有较好的指导作用。 
附图说明
    图1 双自由度有阻尼力学模型； 
图2 砧座振动位移曲线；
图 3 基础振动位移曲线；
图4 地基受力幅值曲线；
图5 砧座振动位移曲线；
图6 基础振动位移曲线；
图7 地基受力幅值曲线；
图8 砧座位移仿真曲线；
图9 基础位移仿真曲线。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。 
本发明对建立的基础振动系统中影响振动响应的参数k1，k2以及内基础与砧座质量比进行仿真，同时分析出各参数对振动的影响效果。并与原文献数值进行比较，仿真结果基本一致，通过对仿真结果比较分析，从而验证了仿真模型的可靠性。 
1.建立力学模型： 
在锻锤操作过程中，土壤和锻锤中的弹性垫层的阻尼作用，是一直存在的。综合考虑现场施工的各方面因素，有无阻尼之间的计算结果，相差一半左右。因此，在计算锻锤产生的基础振动中，必须考虑阻尼的影响。
对双自由度有阻尼振动力学模型，提出以下设想：刚性整体是由砧座m1和基础m2组成，用于支承砧座的隔振器是线性弹性体k1和k2的组合，支承基础的土壤，是粘性阻尼为c1和c2之间的组合，打击力通过底面形心、基础的重心和砧座进行传递，进行打击后，系统开始做自由振动。力学模型见图1。可得出下面的振动方程： 
（1）式中，c1和c2分别为砧下垫层和地基的阻尼。 
其中方程（1）的初始条件为（2）式。 
相对来说振动方程（1）所描述的，锻锤基础振动，更贴近于实际，因此对振动方程（1）与初始条件（2）式进行计算，所得出的振动参数值将更加精确。 
2.振动系统参数分析及仿真验证： 
2.1锻锤振动系统各参数对振动响应影响：
由于影响基础振动的因素较多，根据锻锤的运动方程，分别以基础质量m2为变量，地基土的阻尼c2、刚度k2，砧下垫层的阻尼cl、刚度kl，以上这些系统参数对于砧座基础振动，振动和地基所受的影响进行分析[3][4]。已知：
从以上图2到图7的曲线结果，可知，砧座垫层的刚度系数k1对系统的基础振动影响较大。当砧座垫层的刚度系数kl增大时，砧座的最大位移减小，而基础的最大位移和地基承受的最大动荷载增大明显。当增大砧座垫层阻尼c1时，砧座的位移减小，而基础最大位移和地基承受动荷载也有略微的减小。因此，在c1和kl两个参数中，k1对系统的基础减振起重要作用，而c1是对加快衰减起重要作用的。
阻尼对于振动持续时间来说是起关键作用的。增大地基的刚度系数k2，基础的最大位移减低显著，而地基承受动荷载增加较少。在砧座的质量m1恒定的条件下，增大m2，就会增加基础减振效果，但m2增加过大，又不经济，因此，在锻锤基础改造操作时，应该综合各方面的因素考虑，从改变砧座垫层阻尼和刚度系数入手。 
  
表1 系统参数对振动的影响
 
2.2仿真验证：
在进行仿真验证时，利用Matlab软件计算仿真结果。在有限点内进行求解。在所求出的解变化较快时，在区间内使用较多的点求解，当所求的解变化较平滑时，在区间内使用的点数较小一些。
为了说明该仿真模型的可靠性，本文特别对文献[7]中的算例进行了进一步的计算，砧座和基础位移曲线与原文献基本一致。并与其计算结果对比见表2。原文献对3t锻锤隔振系统进行了动态仿真。设计参数为： 
 kl=4.75×107N/m，k2=9.6687×109N/m，m1=98300kg，m2=537000kg，c1=1213777kg/s，c2=34587027kg/s，μ=0.24， vo=6.7m/s，通过matlab仿真分别得到图8和图9。
  
表2 振动参数理论值，实测值，原文仿真值和本文计算值比较
图8和图9为仿真的结果图。通过表2结果可知，仿真模型的计算结果，与原文献中的仿真结果是一致的，充分的显示出该仿真模型具有良好的可靠性。
经过对振动系统中影响振动响应的参数进行仿真，包括内基础与砧座质量比以及参数k1，k2，并分析出系统中各参数对振动的影响。仿真结果表明，该仿真模型具有较好的可靠性，可用来优化系统模型和技术参数，并对锻锤在工程设计中的应用具有较好的指导作用。  

Claims (6)

1.锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，其特征在于，所述方法包括建立力学模型、振动系统参数分析及仿真验证；所述的建立力学模型：刚性整体由砧座m1和基础m2组成，用于支承砧座的隔振器是线性弹性体k1和k2的组合，支承基础的土壤，是粘性阻尼为c1和c2之间的组合，打击力通过底面形心、基础的重心和砧座进行传递，进行打击后，系统开始做自由振动，得出下面的振动方程：
式中，c1和c2分别为砧下垫层和地基的阻尼；
其中方程（1）的初始条件为（2）式：
所述的振动系统参数分析及仿真验证，包括锻锤振动系统各参数对振动响应影响，应综合各方面的因素，从改变砧座垫层阻尼和刚度系数入手；仿真验证时，利用Matlab软件计算仿真结果。
2.根据权利要求1所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，其特征在于，所述振动系数的影响因素，根据锻锤的运动方程，分别以基础质量m2为变量，地基土的阻尼c2、刚度k2，砧下垫层的阻尼cl、刚度kl，包含了这些系统参数对于砧座基础振动，振动和地基所受的影响。
3.根据权利要求1所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，其特征在于，所述砧座垫层的刚度系数kl增大时，砧座的最大位移减小，而基础的最大位移和地基承受的最大动荷载增大明显。
4.根据权利要求1所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，其特征在于，所述砧座垫层阻尼c1增大时，砧座的位移减小，而基础最大位移和地基承受动荷载也有略微的减小。
5.根据权利要求1所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，其特征在于，所述增大地基的刚度系数k2，基础的最大位移减低，而地基承受动荷载增加较少。
6.根据权利要求5所述的锻锤振动系统参数对振动响应影响的仿真分析方法，其特征在于，所述砧座的质量m1恒定的条件下，增大m2会增加基础减振效果，在锻锤基础改造操作时，应综合各因素，从改变砧座垫层阻尼和刚度系数入手。
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