高速针刺机振动分析与减振研究

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针刺机是一种通过曲柄连杆机构带动针梁针板对纤网进行往复穿刺,形成非织造布的大型机械,随着非织造布的应用越来越广泛,针刺机的发展十分迅速,但是振动问题一直是制约针刺机工作效率及质量提升的关键因素。基于此,针对针刺机的振动问题进行了分析研究,并提出了相应的减振措施。首先对针刺机进行了动力学分析,采用动态静力分析法,将各构件进行分解,分别求出各构件受力情况,建立受力方程组,再将方程组进行联立求解。具体计算出了各运动副间的作用力,并对1200r/min,1500r/min,1800r/min三种不同转速下的受力情况进行对比分析。发现随着转速的提升,运动副间的相互作用力明显增大,对整机的不平衡和振动造成严重影响。其次对整机振动进行了功率谱分析,发现在针刺机最高工作频率30Hz范围内,振动信号的主要频率成分为基频和25Hz。其中,25Hz频率分量不随转速增加而变化,是由往复运动冲击激励引起的结构固有振动。利用有限元软件和实验相结合、相互印证的方法,对针刺机的主要部件进行了模态分析,发现针梁部件的一阶固有频率为24.13Hz,在25Hz附近,是对整机振动贡献较大的构件。且当针刺机在额定转速工作时,会产生共振。最后根据上述分析的结果,采用仿真分析法,分别从转动系统平衡和改进针梁材料调高其固有频率并减小质量进而减小冲击两个方面,进行了针刺机减振研究和仿真分析。一是建立了参数化的针刺机整机模型,借助COMSOL有限元软件对平衡轮的切边弦长进行了优化分析,从优化后的轴承座受力及形变情况发现,当切边弦长为75mm时,轴承座的形变最小,且各运动副间作用力明显减小,有利于针刺机的减振;二是对针梁的材料进行了重新选择,通过有限元模态分析,发现镁铝合金材料和碳纤维复合材料的针梁的一阶固有频率均远高于25Hz,远离针刺机的工作频率,且新材料密度更低,同样尺寸形状针梁的质量也更小,则产生的惯性力与惯性力矩也更小,能够明显减小针刺机的振动。
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