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震动的基础知识-八达国际精编

2021-02-16 20:00:27

振动控制基础知识

1.1振动的环境影响

   振动是普遍存在的现象,振动的来源分为自然振源和人工振源两大类:自然振源如:地震、海浪和风振等;人工振源如各类动力机器的运转、交通运输工具的运行、建筑施工打桩和人工爆破等。

  人工振源所产生的振动波,一般在地表土壤中传播,通过建筑物的基础或地坪传至人体、精密仪器设备或建筑物本身,这将会对人和物造成危害。

  为了控制振动的危害和影响,国外和国内都编制了一些振动执行标准,做为制定振动控制方案,进行振动控制设计依据。

 1.2 振动控制的基本方法

   振源产生振动,通过介质传至受振对象(人或物),因此,振动污染控制的基本方法也分三个方面:振源控制、传递过程中振动控制和对受振对象采取控制措施。

 

1.2.1振源控制

 1、采有振动小的加工工艺

强力撞击在机械加工中常常见到。强力撞击会引起被加工零件、机器部件和基础振动。控制此类振动的有效方法是在不影响产品加工质量等的情况下,改进加工工艺,即用不撞击的方法来代替撞击方法,如用焊接代替铆接、用压延替代冲压、用滚压替代锤击等。

2.、减少振动源的扰动

3.振动的主要来源是振源本身的不平衡力力矩引起的对设备的激励,因而改进振动设备的设计和提高制造加工装配精度,使其振动达到最小,这是最有效的控制方法。

4.1)旋转机械

    这类机械有电动机、风机、泵类、蒸汽轮机、燃气轮机等。此类机械,大部分属于高速运转灰,如每分钟在1000转以上,因而其微小的质量偏心或安装间隙的不均匀常常带来严重的振动危害。为此,应尽可能地调好其静、动平衡,提高其制造质量,严格控制其对中要求和安装间隙,以减少其离心偏心惯性力的产生。对旋转设备的用户而言,在保证生产工艺等需要的前提下,应尽可能选择振动小(往往其品质也好)的设备。

(2)旋转往复机械

此类机械主要是由柄连杆机构所组成的往复运动机械,如柴油机、空气压缩机等。对于此类机械应从设计上采用各种平衡方法来改善其平衡性能。故对用户而言,可以保证生产需要的情况下,选择合适型号和质量好往复机械。

(3)传动轴系的振动

它随各类传动机械的要求不同而振动形式不一,会产生扭转振动、横向振动和纵向振动。对这类轴系通常是应使其受力均匀,传动扭矩平衡,并应有足够的刚度等,以改善其振动情况。

(4)管道振动

工业用各种管道越来越多,随传递输送介质(气、液、粉等)的不同而产生管道振动也不一样。通常在管道内流动的介质,其压力、速度、温度和密度等往往是随时间而变化的,这种变化又常常是周期性的,如与压缩机相接的管道系统,由于周期性地注入和吸走气体,激发了气流脉动,而脉动气流形成了对管道的激振力,产生了管道的机械振动。为此,在管道设计时,应注意适当配置各管道元件,以改善介质流动特性,避免气流共振和减低脉冲压力。

(5)改变振源

 在某些情况下,受振对象(如建筑物)的固有频率和扰力频率相同时,会引起共振,此时改变机器的转速、更换机型,等都是行之有效的防振措施。

(6)改变振源机械结构的固有频率

 有些振源,有身的机械结构为壳体结构,当扰力频率和壳体结构的固有频率相同时,会引起共振,此时可采用改变设施的结构和总体尺寸,采用局部加强法(如筋、多加支承节点))或在壳体上增加质量等,上述方法均可以改变机械结构的固有频率,避开共振。

(7)加阻尼以减少振源振动

如振源的机械结构为薄壳结构,则可以在壳体上加阻尼材料,抑制振动。

 

1.2.2振动传递过程中的控制

1、加大振源和受振对象之间的距离

振动在介质中传播,由于能量的扩散和土壤等对振动能量的吸收,一般是随着距离的增加振动逐渐衰减,所以加大振源和受振对象之间的距离是振动控制的有效措施之一。一般采用以下几种方法:

(1)建筑物选址

对于精密仪器、设备厂房,在其选址时要远离铁路、公路以及工业区等强振源地段。对于居民楼、医院、学校等建筑物选址时,也要远离强振源。反之,在建设铁路、公路和具有强振源的建筑物时,其选址也要尽可能远离精密仪器厂房,居民住宅、医院和一些其它敏感建筑物(如古建筑物)。对于防振要求较高的精密仪器设备,尚应考虑远离由于海浪和台风影响而产生较大地面脉动的海岸。据国外资料报道,在同样地质条件下,海岸地面脉动幅值 要比距海岸200m处的脉动幅值大三倍以上。

(2)厂区总平面布置

工厂中防振等级较高的计量室、中心实验室、精密机床车间(如:高精度螺纹磨床、光栅刻线机等)建议单独另建,并远离振动较大的车间,如锻工车间、冲击车间以及压缩机房等。换一个角度,在厂区总体规划时,应尽可能将振动较大的车间布置在厂区边缘地段。

(3)车间内的工艺布置

在不影响工艺的情况下,精密机床以及其他防振对象,应尽可能远离振动较大的设备。为计量室及其他精密设备服务的空调制冷设备,在可能条件下,也尽可能使它们与防振对象离开远一些。

(4)其它加大振动传播距离的方法

将动力设备和精密仪器设备分别置于楼层中不同的结构单元内,如设置在伸缩缝(或沉降缝),抗震缝的两侧,这样振源的传递路线要比直接传递长得多,对振动衰减有一定的效果。缝的要求除应满足工程上的要求外,不得小于5cm;缝中不需要其他材料填充,但应采取弹性的盖缝措施。避免有桥式起重机并开动或刹车时振动直接传到控制室。

 

2、隔振沟(防振沟)

对冲击振动或频率大于30Hz的振动,采取隔振沟有一定的隔振效果;对于低频振动则效果甚微,甚至几乎没有什么效果。隔振沟的效果主要取决于沟深H 与表面的波长之比,对于防止外来振动传至精密仪器设备,该比值要达到1.2以上才可。

 

1.2.3隔振措施

  至今为止,在振动控制中,隔振是投资不大,却行之有效的方法,尤其是在受空间位置限制或地皮十分昂贵或工艺需要时,无法加大振源和受振对象之间的距离,此时则更加显示隔振措施的优越性。

  隔振分两类:一类为积极隔振,另一类为消极隔振。所谓积极隔振,就是为了减少动力设备产生的扰力向外的传递,对动力设备采取的隔振措施(即减少振动的输出)。所谓消极隔振,就是为了减少外来振动对防振对象的影响,对防振对象(如精密仪器)采取的隔振措施(即减少振动的输入)。无论何种类型隔振,都是在振源或防振对象与支承结构之间加隔振器材。

   值得注意的是,近些年来,国内外学者的研究和实践表明,对动力机器采取隔振措施还对保护机器本身精密部件和模具等有好处,故人们更加乐意采取隔振措施。

   除了机器设备隔振外,管道隔振也是常采用的方法。管道隔振采取的措施有以下几种:

1)在动力机器与管道之间加柔性连接装置,如在风机的风管与风机的连接处,采用柔性帆布管接头,以防止振动的传出,在水泵进出口处加橡胶软接头,以防止水泵机体振动沿管路传出;在柴油机排气口与管道之间加金属波纹管,以防止柴油机机体振动沿排气管传出等。

2)在管路穿墙而过时,应使管路与墙体脱开,并垫以弹性材料,以减少墙体振动。为了减少管道振动对周围建筑物的影响,应每隔一定距离设置隔振吊架和隔振支座。

 

1.2.4对防振对象采取的振动控制措施

 对防振对象采取的措施主要是指对精密仪器、设备采取的措施。一般方法为:

1、采用粘弹性高阻尼材料

对于一些具有薄壳机体的精密仪器或仪器仪表柜等结构,宜采用粘弹性高阻尼材料(阻尼漆、阻尼板等)增加其阻尼,以增加能量耗散,降低其振幅。

2、精密仪器、设备的工作台

精密仪器、设备的工作台应采用钢筋混凝土制的工作台,以保证工作本身具有足够的刚度和质量,不宜采用刚度小,容易晃动的木制工作台。

3、精密仪器室的地坪设计

为了避免外界传来的振动和室内工作人员的走动影响精密仪器和设备的正常工作,应采用混凝土地坪,必要时可采用厚度大于500mm的混凝土地坪。当必须采用木地板时,应将木地板板用热沥表与地坪直接粘贴,不应采用在木格栅上铺上木地板架空作法,否则由于木地板刚度较小,操作人员走动时产生较大的振动,对精密仪器和设备使用是很不利的。

 

1.2.5其它振动控制方法

1、楼层振动控制

    对于安装有动力设备或机床设备的楼层,振动计算十分重要。楼层结构的固有频率谱排列很密,而楼层上各类设备的转速变化范围较宽,故搞不好就会出现共振。因而在楼层设计时应该根据楼层结构振动的规律及机械设备振动特性,合理地确定搂层的平面尺寸、柱网形式、梁板刚度及其刚度比值,以使把结构的共振振幅控制在某个范围内。无论是哪一种楼层,只要适当加大构件刚度,调整柱网尺寸,均可达到减少振动的目的。

工艺布置时,振动设备必须布置在楼层上时,应尽可能放在刚度较大的柱边、墙边或主梁上,要注意使其产生扰力的方向尽量与结构刚度较大的方向一致。

 

2、有源振动控制

   有源振动控制是近些年来发展起来的高新技术。该方法为:用传感器将动力机器设备扰力信号检测出来,并送进计算机系统进行分析,产生一个相反的信号,再驱使一个电磁结构或机构结构产生一个位相与扰力完全相反的力作用于振源上,从而可达到控制振源振动目的,但目前这一技术尚未完全投入市场应用。


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