液压站振动分析及减振研究

【摘要】：液压系统具有功率密度大、启动负载高、操作性能好等优点,被广泛应用于船舶、化工等工程机械领域中。液压站是液压系统的驱动源,同时也是结构振动激励源。随着液压技术向高速、高压和高功率方向发展,液压站振动问题愈加突出,会严重恶化工作环境、降低液压元件的使用寿命甚至损坏液压设备,所以液压站的减振需求越来越迫切。本文以3BZ-5005型液压站为研究对象,建立参数化有限元模型,采用有限元法分析其低频振动特性,并通过响应面方法开展了液压站低频减振研究。探究了液压站油箱壳体的约束阻尼结构建模方法,通过算例验证了“壳-实体-壳”的动力学模型更适用于约束阻尼结构。研究了约束阻尼加筋板的建模方法,结果表明当加强筋、基层和约束层采用壳单元,阻尼层采用实体单元时,固有频率计算精度较高。建立了液压站油箱的实体模型,在考虑泵组和各功能性附件的质量效应的前提下,进行了等效简化,在ANSYS中通过APDL参数化方法,建立了液压站有限元模型。进行了模态仿真和测试,并修正了有限元模型的边界条件,修正后的有限元模型固有频率与实测结果最大偏差小于10%,证明了有限元模型可以反映液压站的固有振动属性。开展了液压站谐响应分析和响应测试,结果表明,6个工况下的机脚平均振级计算结果和实测结果基本一致,证明了有限元模型能准确表征液压站的动力学特性。探究了阻尼温变特性对液压站机脚平均振级的影响规律,结果表明,当液压站工作温度保持在30°C～45°C之间时,阻尼减振性能最佳。以机脚响应最低为优化目标,进行了油箱结构参数的灵敏度分析,确定了油箱顶面厚度、外板和内板厚度为主要优化变量。建立了优化变量与目标参数响应面模型,通过方差分析、有限元计算等方法,验证了该模型具有良好的拟合精度。随后开展了基于响应面方法的结构优化分析,确定了三个设计变量的最优值。数值计算表明,优化后液压站机脚平均振级与仿真结果一致,且整机强度和刚度满足要求,在工程实践中,优化后实测结果降低了3.7d B,证明了本文采用的方法在液压站低频减振研究中的有效性,且优化前后的仿真值与实测值偏差较小,说明了本文优化方法的准确性。