机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (13): 166-179.doi: 10.3901/JME.260693
康维堂1,2, 侯勇俊1,2, 杨旭晖3, 窦永奇4, 王可鑫1,2, 方潘1,2
KANG Weitang1,2, HOU Yongjun1,2, YANG Xuhui3, DOU Yongqi4, WANG Kexin1,2, FANG Pan1,2
摘要: 振动筛是钻井液净化系统的关键设备,但随着快速、连续钻井技术不断升级,传统同频单体振动系统已难以满足高效、安全钻井作业需要,同时强烈的高频振动对设备基座的疲劳损伤严重。为优化振动筛分设备的力学和安全性能,提出一种倍频电机安装在工作质体,低频电机对称安装于隔振质体的新型振动系统模型,构建了倍频、多电机以及双质体多因素耦合体系。为掌握振动系统动力学特性,结合小参数平均法与非线性系统稳定性的一阶近似判别法研究了倍频系统的机电耦合行为和非线性振动的稳定性理论。与此同时,利用数值分析,探讨了系统的隔振能力、负载力矩和同步状态。最后基于实验和计算机模拟分别建立机电耦合模型,实验结果相位差稳定在-0.57 rad与-0.61 rad之间,隔振系数为2.08,与同参数理论求解契合,验证了理论分析和数值计算的可靠性。研究发现,当倍频激振频率处于系统共振频率附近,低频转子的同步特性受倍频激振力影响较大,而在非共振工况下,由于电机转轴所承受的异频负载力矩极小,倍频激振力的影响可忽略不计。研究结论可为新型筛分设备的设计提供理论指导,也对其他倍频振动机械的研究具有参考意义。
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