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振动筛试验模态分析
1 引言
模态参数对于机械系统的故障诊断、结构修改及优化设计、振动噪声控制等许多实际工程领域有着广泛的应用,它是现代工程设计方法中对机械结构进行动力学设计和动力学修改不可缺少的有效工具。随着机械性能和机械效率的提高,出现了机械高速化、大型化、复杂化以及机、电、液综合的趋势。模态分析技术越来越显示出它的重要性和优越性。目前,模态分析技术已日趋成熟和完善,各种实验方法和处理分析手段层出不穷,这对保证各种机械产品和工程结构的高性能指标、高使用安全性、高可靠性起着越来越重要的作用。
某厂家生产的振动筛在投入使用后,近90%的故障发生在结构的同一部位,出现不同程度的裂纹。为了了解此车的动态特性并对其结构进行评价,厂家将此振动筛的振动模态分析作为一项主要的分析评估方法。
2 实验方案和实验设备
由于实验对象体积大、质量大、结构特殊,对同样的激励,测点的响应幅值有很大的差别。而且主要的模态频率较低,系统有一定的非线性。经过对比和优化选择,决定采用多点激励的模态实验方案。实验系统框图如图1所示。
图1 振动筛振动模态实验系统框图
 
所采用的实验设备如下:
数采前端:DIFA SCADS-X III,一套,比利时LMS公司;
软件系统:CADA-X ,一套,比利时LMS公司;
加速度传感器:ICP 333B32,31只,美国PCB公司;
力锤:PCB 801,1把,美国PCB公司;
屏蔽电缆:32根(30米),美国PCB公司;
计算机:HP NX6130,一台,HP公司;
3 实验设置
在对振动筛进行模态实验时,由于实验对象体积庞大而且重量也很大,难以利用悬挂的方法模拟自由-自由边界条件。因此,我们采用弹簧垫支撑的方法,来模拟自由-自由边界条件。激励方式的选择关键在于激励系统是否能够提供足够的能量,把感兴趣的频段中的模态全部激发出来。它取决于多种因素,其中包括实验对象的复杂性、信号对实验对象的结构系统误差和方差的敏感性、实验对象结构系统的线性或非线性、激励信号的可控性以及所要求的测量精度等。结合实验对象的情况,激励方式采用力锤激励。
对结构进行激振试验前,首先在结构上选取坐标系统,然后根据结构特点选取能直接反映结构振动特性的点。因为在振动节点上时传感器将采集不到信号,会导致试验失败,所以在选点前对结构可能的振动情况有个粗略的估计,并且要保证足够的测试点密度。测点布置、测点数量的选择还应考虑到以下两方面的要求:能够明确显示在试验频段内所有模态的基本特征及互相间的区别;保证所关心的结构点,都在所选的测量点之中。为提高信噪比,测点不应选在各阶振型节点附近。根据以上原则,在模态试验中在试验对象上选择了31个测试点。测点布置如图2所示。
图2 振动筛模态测试的测点分布图
 
加速度传感器采用蜂腊安装,按测试方向要求用蜂蜡将其粘贴于测点位置上,并用胶带纸加固,同时把信号电缆逐段用胶带纸粘在振动筛上加以固定,防止其相对运动产生噪声。由于数采前端通道数所限,实验过程中,调整传感器方向以获取各测点各向振动信号。
4 数据采集和实验结果分析

由于结构上的原因,不能对一个激励点进行三个方向的激励,需要采取多点分方向激励。根据对测试对象结构特点的分析,选取对象上不同位置的五个点作为激励点