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U型渠衬砌机震动梁的动力分析 Abstract This paper investigates the dynamic analysis method of U-shape channel liner machine joiting girder. On the result of dynamic analysis of U-shape Channel Liner Machine’s Jolting Girder which has typical structure it provides an theory of optimum method for structure design . Key words: Liner machine’s jolting girder, dynamic analysis, finite element, branch mode analysis method, natural frequency, vibration vector. 摘要 本文探讨了U型渠衬砌机震动梁的动力分析方法，利用典型结构震动梁的动力分析结果为结构优化设计提供了理论指导。 关键词 衬砌机震动梁，动力分析，有限元，分枝模态法，固有频率，振型 1 引言 当前国内水利灌溉工程项目大幅度增加，尤其是U形渠道的施工任务十分繁重，急需一些高质量高效率的工程机械。据了解，目前国内尙没有产生定型结构的U形渠衬砌机。U形渠衬砌机的研制还处在探索性阶段。U形渠衬砌机的震动梁是U形渠衬砌机的最重要部件，主要承担了水泥混合物的震实成型工作。震动梁的设计是衬砌机设计的技术关键。而进行震动梁的动力分析，是在进行结构设计之前应该也是必要的先行步骤。震动梁的建模和动力分析是非常复杂的。本文正是在这个前提下，对震动梁的动力特性作了一些简化建模，并对典型结构作了一些计算，为震动梁的设计提供了一些理论参考依据。 2 衬砌机震动梁的动力分析 2．1震动梁的简化模型 除喷射式衬砌机外，大多数衬砌机的衬砌原理基本相同。如陕西省水利科学研究所研制的D80、D60、D40系列滑行式的全断面衬砌机和陕西省交口抽渭管理局的液压自行轨道式衬砌机都包括：1.牵引导向部分——控制成型方向和内模位置；2.震动部分——衬砌机的震动梁将混凝土震实；3.进料部分——将混凝土送到衬砌机的震动梁周边；4.收面部分——一般为拖板，其断面和衬砌断面相同，维护已成型的混凝土渠道形状，收抹表面使之平滑；5.联结部分—— 一般为槽钢梁架，将上面各部分联为整体。 因此，衬砌机的震动梁的结构应该有以下几点共性：1.应该具有一定宽度的板；2.板的横截面和U型渠土槽的衬砌断面相吻合；3.必须有和衬砌机体相连的弹性联结体（如弹簧或胶带）；4.都必须有振动器。根据以上几点，我们就可以得到最简形式的震动梁结构模型。如下图（1）所示： 图（1）震动梁振动系统原理 1．2在分析中使用的假设 对这样一个振动系统作理论分析和计算，首先必须做出以下几点假设： 来自于振动器的能量在机体（机架、拖板）上的耗散很少。假设机体是静止或固定的。 在震动梁结构设计初期，假设衬砌机的U形板是一没有间断的连续板。上面分布着两个到四个振动器。 由于振动器的外形尺寸相对于U形振动板的外形尺寸来说很小，附着在U形振动板上的振动器，其外形尺寸及内部结构对震动梁振动系统的模态及响应 来说都没有显著的影响。 混凝土拌合物的震动密实成型是一个极其复杂的问题。在强烈振动力的作用下，混凝土拌合物的物理力学性质起了变化。首先，触变作用使所生成的胶体由凝胶转化为溶胶。其次，振源所作的功将颗粒的接触点松开，从而破坏了由于微管压力所产生的颗粒间的粘结力，以及由于颗粒直接接触而产生的机械咬合力。这就使内阻力大大降低，最后使混凝土拌合物振动成具有重质液体的性质。因此，可以假设混凝土拌合物对震动梁振动系统仅有阻尼力而无弹性力，或弹性力很小，可不于考虑。 1．3用惯性耦合法分析 分析步骤如下： 对连续结构进行有限元的单元划分，以建立离散化的模型。 把一系列拘束组挨次施加于系统。使得一个部件发生变形振动，其他部件或者保持固定或者象刚体那样振动，但总保持与变形部件连接。这样一来，就可以用G.M.L Gladwell分枝模态法对弹性支承进行处理。 确定这些局部刚化（分枝）系统的若干个低阶模态。 利用这些所谓“分枝”模态作为结构的假设模态进行Rayleigh——Ritz分析，综合出结构的主模态。 分枝的选择应满足变形不重迭条件。也就是说，在一个分枝中作变形振动的部件，在别的分枝中或固定或作附连的刚体振动。 1.4弹性支承边界条件的处理