基于Solidworks的钻机机架模态分析

1、基于Solidworks的岩芯钻机机架模态分析摘要：在Solidworks平台上对岩心钻机机座进行三维建模，并建立算例进行模态分析；计算外界激振频率，并将其结果与模态分析结果进行分析对比，验证机架的设计安全性。 关键词：岩心钻机、有限元分析、模态分析0引言：岩心钻机机架由滑台和底座构成，是岩心钻机所有部件的安装平台。在钻进作业过程中，动力机与高速旋转的回转器会引发机架产生振动，如果外界激振频率与机架固有频率过于接近便会引发共振，产生严重后果。因此，需要将机架固有频率与外界激振频率进行分析对比。1分析前的准备：在Solidworks中完成岩心钻机机座装配体的建模，并新建频率分析算例，设定材质为Q

2、235，使用最高品质单元格对模型进行划分（如图1所示），并添加约束条件。图1 网格划分 图2 一阶模态 图3 二阶模态图4 三阶模态 图5 四阶模态 图6 五阶模态2结果分析：一阶振型（如图2所示）的频率为242.83Hz，最大位移处位于滑台后方顶部，位移方向为Z轴方向，其它部位的位移量则接近于0。二阶振型（如图3所示）的频率为294.5Hz，最大位移处位于滑台前方顶部，位移方向为Z轴方向，其它部位的位移量则接近于0。三阶振型（如图4所示）的频率为335.82Hz，最大位移再次出现在了滑台后方顶部，位移方向以X轴方向为主。滑台前方顶部也出现了X轴方向的轻微位移。四阶振型（如图5所示）的频率为4

3、12.82Hz，最大位移出现在了滑台前方顶部，位移方向以Z轴方向为主。滑台后方顶部也出现了Z轴方向的轻微位移。五阶振型（如图6所示）的频率为465.33Hz，最大位移出现在了滑台后方动力机安装处，位移方向以Y轴方向为主，滑台后方顶部则出现了Z轴方向的轻微位移。3外界激振频率分析：岩芯钻机主要的工况为钻进作业，作业过程中主要有两种外界激振源，一是动力机的振动，二是的回转器带动钻具高速旋转时产生的振动。首先分析动力机的激振频率。钻机的动力机已选定为2135G型双缸直列四冲程柴油机，该型柴油机怠速转速为600r/min，额定工作转速为2000r/min。柴油机的振动主要是由活塞改变运动方向引发的，可

4、用1式计算柴油机的激振频率。f = (n/60)×M （1）式中：n内燃机的工作转速M内燃机气缸数量的一半将柴油机怠速转速、额定工作转速与气缸数量代入式中，得出柴油机的激振频率范围为1033.3Hz。动力机的激振频率远低于机座的一阶固有频率，因此可基本排除动力机引发机架共振的可能性。接下来分析钻具回转产生的激振频率。钻具的回转运动是由钻机的回转器来驱动的，钻具的实际转速在回转器的设计转速范围之内，最低设计转速135 r/min，最高设计转速为1588 r/min。钻具回转的激振频率可用2式计算。f = n/60 （2）将回转器的最低设计转速与最高设计转速的数值代入式中，可得出钻具回转的激振频率范围是2.2526.5Hz。从结果来看，回转器所产生的激振频率略低于柴油机所产生的激振频率，故此也可排除回转器引发机架共振的可能性。4结语：通过模态分析，确定了共振可能对机架产生的影响；通过