熊志遠(yuǎn)，康鐘緒，宋瑞祥，吳 瑞，趙 娜，熊 靚

(北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所,北京 100054)

隔振是利用彈性隔振器減小設(shè)備或裝置與被隔振物體之間的動(dòng)態(tài)耦合，減少不良振動(dòng)傳遞給被保護(hù)物或從物體中傳出，從而達(dá)到隔離振動(dòng)傳遞的目的。工程上常采用隔振措施減振的動(dòng)力設(shè)備有風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、水泵、空調(diào)機(jī)組、破碎機(jī)等[1-3]。

吸振是利用吸振器的固有頻率等于或接近振源的頻率，從而使吸振器產(chǎn)生共振，利用吸振器彈簧上的彈性恢復(fù)力與振源的激振力形成一對(duì)大小相等、方向相反、作用在同一直線上的平衡力，以抑制設(shè)備或裝置的振動(dòng)。工程上常采用吸振措施減振的設(shè)備或裝置有汽車后橋[4]、管道[5]、直升機(jī)槳轂[6-8]、船舶[9-11]等。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們習(xí)慣于把隔振和吸振分割開來(lái)，把隔振器與吸振器當(dāng)成兩種不同的振動(dòng)控制裝置分開使用。盡管隔振器能夠隔離大部分的振動(dòng)傳遞，但是某些機(jī)械設(shè)備的殘余振動(dòng)仍舊明顯，這些殘余振動(dòng)影響設(shè)備壽命和工作狀況，影響周圍環(huán)境和安全生產(chǎn)。

本研究基于現(xiàn)有隔振臺(tái)座提出了一種新的臺(tái)座結(jié)構(gòu)，在臺(tái)座內(nèi)部預(yù)制空腔，在空腔底部中央位置預(yù)埋支撐桿，在支撐桿上安裝橡膠動(dòng)力吸振器。目的在于開發(fā)具有隔、吸振雙功能的減振裝置，期望在激勵(lì)頻率有一定飄移的情況下也能具有優(yōu)于純隔振系統(tǒng)的減振效果。

1 雙功能減振裝置

圖1是具有隔、吸振雙功能減振裝置的示意圖，它由兩部分組成，一部分是新型隔振臺(tái)座結(jié)構(gòu)，另一部分是橡膠動(dòng)力吸振器結(jié)構(gòu)，它們通過預(yù)埋支撐桿以及鎖緊螺母連接在一起，分別闡述如下。

1.1 新型隔振臺(tái)座

安裝水泵等動(dòng)力設(shè)備時(shí)，一般在設(shè)備下方安裝隔振臺(tái)座，隔振臺(tái)座下方安裝隔振器，以隔離振動(dòng)傳遞。設(shè)計(jì)中，隔振臺(tái)座的質(zhì)量一般取1.5至3倍動(dòng)力設(shè)備的質(zhì)量，其作用主要表現(xiàn)為：降低隔振系統(tǒng)重心、增加穩(wěn)定性、減少設(shè)備因設(shè)置隔振基礎(chǔ)而增加的顫動(dòng)；同時(shí)，還具有減小機(jī)組重心偏移，使剛度相等的各隔振器具有近似相同的壓縮量。盡管目前的隔振臺(tái)座，材料組成上有鋼筋混凝土型和全鋼型兩種，結(jié)構(gòu)形式上有旁托隔振器隔振臺(tái)座、內(nèi)嵌隔振器隔振臺(tái)座和T型隔振臺(tái)座，但是它們對(duì)振動(dòng)的控制均限于振動(dòng)隔離。

基于現(xiàn)有隔振臺(tái)座，本文提出一種新臺(tái)座結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 隔、吸振雙功能減振裝置示意圖

在臺(tái)座上方安裝振動(dòng)機(jī)械，下方安裝隔振元件。該臺(tái)座為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，四周焊接角鋼，在鋼筋混凝土中預(yù)埋地腳螺栓，以便與振動(dòng)機(jī)械固定連接，角鋼保護(hù)鋼筋混凝土不受磨損，且利于下方隔振器的安裝、調(diào)試。臺(tái)座邊長(zhǎng)一般大于設(shè)備底座邊長(zhǎng)0.4至0.5 m。在臺(tái)座內(nèi)部預(yù)制空腔，在空腔底面中間位置預(yù)埋支撐桿，橡膠動(dòng)力吸振器穿過支撐桿，經(jīng)鎖緊螺母安裝在空腔內(nèi)，蓋上厚鋼板，擰緊沉頭螺釘即可。相逆，松開沉頭螺釘，取出鋼板，松開鎖緊螺母，能夠卸下吸振器。在空間設(shè)置上，巧妙地將吸振器隱藏起來(lái)，并加以保護(hù)，不與動(dòng)力設(shè)備發(fā)生空間沖突。

圖2是鋼制預(yù)埋支撐桿，它上部為車絲，用以與鎖緊螺母相連壓緊內(nèi)鋼管，下部有凸臺(tái)。在制作臺(tái)座時(shí)，就將其下面部分垂直埋入鋼筋混凝土中。橡膠動(dòng)力吸振器通過支撐桿、鎖緊螺母而與隔振臺(tái)座固定相連。

圖2 預(yù)埋支撐桿

1.2 橡膠動(dòng)力吸振器

1.2.1 橡膠動(dòng)力吸振器的特性及結(jié)構(gòu)

僅由鋼彈簧和質(zhì)量塊組成的無(wú)阻尼動(dòng)力吸振器在共振頻率處減振效果顯著，但是激勵(lì)頻率若偏離共振頻率時(shí)，其減振效果則會(huì)顯著下降。然而，在實(shí)際工程應(yīng)用中，激勵(lì)頻率常常會(huì)有一定量的飄移，由此，出現(xiàn)了由鋼彈簧、質(zhì)量塊和阻尼組成的有阻尼動(dòng)力吸振器，其優(yōu)點(diǎn)是有一定的有效減振帶寬，當(dāng)激勵(lì)頻率在一定范圍之內(nèi)發(fā)生漂移時(shí)，仍具有較好的減振效果。橡膠是黏彈性材料，具有一定的阻尼以及持久的高彈性能，而且制造成本低廉。目前，其已被廣泛應(yīng)用于各類減振與隔振系統(tǒng)中，同時(shí)，也被大量應(yīng)用于有阻尼動(dòng)力吸振器。

圖3是橡膠動(dòng)力吸振器結(jié)構(gòu)示意圖，1是內(nèi)鋼管，位于隔振器的中心位置；2是邵氏硬度為30°的圓筒形橡膠件；3是圓筒形鋼制質(zhì)量塊，位于吸振器最外層。通過橡膠熱硫化工藝將鋼管1、質(zhì)量塊3以及橡膠件2連接在一起。

圖3 橡膠動(dòng)力吸振器示意圖

1.2.2 橡膠動(dòng)力吸振器的固有頻率測(cè)試

圖4 時(shí)域圖

將橡膠動(dòng)力吸振器套進(jìn)另一預(yù)埋支撐桿，并擰緊鎖緊螺母，將支撐桿垂直夾緊于工作臺(tái)上的虎鉗口內(nèi)，同時(shí)保證吸振器具有上下自由振動(dòng)的空間。在吸振器質(zhì)量塊上表面吸附一個(gè)小型輕質(zhì)加速度傳感器，傳感器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集分析儀相連，數(shù)據(jù)采集分析儀通過網(wǎng)線與裝有DASP專業(yè)軟件的電腦相連。從垂直方向用力錘錘擊吸振器質(zhì)量塊[12]，圖4是所采集數(shù)據(jù)的時(shí)域圖，見圖中框架，從敲擊瞬間之后的約0.9 s內(nèi)選取分析數(shù)據(jù)。圖5是框架內(nèi)數(shù)據(jù)的頻譜圖，從圖5中可以看到橡膠動(dòng)力吸振器的固有頻率約為24 Hz。

圖5 頻譜圖

2 減振性能測(cè)試

圖6所示是具有隔、吸振雙功能減振裝置的試驗(yàn)測(cè)試框架圖。將橡膠動(dòng)力吸振器安裝到預(yù)埋支撐桿上，擰緊鎖緊螺母，而后蓋上鋼板，擰緊沉頭螺釘。整個(gè)臺(tái)座置于25 mm厚的橡膠隔振墊上。在臺(tái)座上方通過地腳螺栓安裝激振器，激振器與功率放大器相連，功率放大器再與信號(hào)發(fā)生器相連。

圖6 雙功能減振裝置振動(dòng)性能測(cè)試框架圖

信號(hào)發(fā)生器通過控制功率放大器可使激振器產(chǎn)生不同形式的波形以及不同的振動(dòng)頻率。在臺(tái)面及地面分別安裝1個(gè)加速度傳感器，加速度傳感器通過數(shù)據(jù)線與4通道信號(hào)采集分析儀相連，信號(hào)采集分析儀與裝有DASP專業(yè)軟件的電腦相連，電腦配備專業(yè)數(shù)據(jù)狗。該系統(tǒng)能對(duì)臺(tái)面、水泥板地面的振動(dòng)進(jìn)行精確測(cè)量。

圖7是未安裝吸振器、激振器產(chǎn)生的激勵(lì)為頻率等于23 Hz的正弦波形時(shí)，測(cè)量得到的臺(tái)面振動(dòng)頻譜圖。

圖7 單一激振頻率作用下的振動(dòng)頻譜圖

從圖7可看出，只有在23 Hz時(shí)才出現(xiàn)有加速度峰值，其余頻率幾乎沒有振動(dòng)，23 Hz對(duì)應(yīng)的波峰值為0.277 35 m/s2。針對(duì)吸振器固有頻率24 Hz及其附近頻率23 Hz、22 Hz、21 Hz以及25 Hz、26 Hz、27 Hz，分安裝吸振器與未安裝吸振器兩種情況進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，頻譜圖曲線形狀均與圖7相似，波峰值見表1。

由表1可知，對(duì)于24 Hz激振頻率，未安裝吸振器時(shí)，臺(tái)面與地面的3次測(cè)量值的平均值分別為0.278 05 m/s2、0.004 07 m/s2；安裝吸振器時(shí)，臺(tái)面與地面的3次測(cè)量值的平均值分別為0.108 44 m/s2、0.001 30 m/s2。相比于未安裝吸振器，安裝吸振器后臺(tái)面與水泥地面減振百分率分別為

其余頻率激勵(lì)時(shí)的臺(tái)面與地面減振百分率見表2。

從表2中可以看出，當(dāng)激振頻率在吸振器固有頻率附近一定范圍內(nèi)漂移時(shí)，安裝吸振器與未安裝吸振器相比，其減振效果均有所提高，而且越接近固有頻率減振效果越明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）新的減振裝置是基于現(xiàn)有隔振臺(tái)座以及橡膠動(dòng)力吸振器而提出。

（2）在臺(tái)座內(nèi)部空腔安裝橡膠動(dòng)力吸振器，不與動(dòng)力設(shè)備發(fā)生空間沖突，空間位置設(shè)置合理。

表1 振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)/(m?s-2)

表2 減振百分率/(%)

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)激振頻率在吸振器固有頻率附近一定范圍內(nèi)漂移時(shí)，安裝吸振器與未安裝吸振器相比，其減振效果均有所提高，而且越接近固有頻率減振效果越明顯。

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