趙穎濤，魏占利，張國(guó)庫(kù)，楚江鋒，閆瑞浩

（1.西安捷盛電子技術(shù)有限責(zé)任公司，西安 710119； 2.陜西寶昱科技工業(yè)有限公司，西安 710065；3.西北機(jī)器有限公司，西安 710119）

引言

離心機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)周圍建筑產(chǎn)生影響，這種影響主要是由于離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)引起，振動(dòng)來(lái)源主要有主軸系統(tǒng)的制造公差、軸承的旋轉(zhuǎn)誤差、轉(zhuǎn)鼓的同心度誤差、以及離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中負(fù)載的不平衡。為了減小離心機(jī)對(duì)周圍環(huán)境的影響，設(shè)計(jì)師通常采用主動(dòng)防振手段，和被動(dòng)隔振方式。

采用任何一種方式，要達(dá)到很好的效果，其成本都是很高的，因此需對(duì)兩種手段同時(shí)應(yīng)用，主動(dòng)防振主要是對(duì)離心機(jī)加工和裝配精度進(jìn)行要求，被動(dòng)防振可以采用隔振的技術(shù)，隔振方式的選擇尤為重要。為了適應(yīng)不同離心機(jī)的地基設(shè)計(jì)要求，我們通過(guò)采用地基懸浮式機(jī)構(gòu)進(jìn)行隔振分析，定量計(jì)算振動(dòng)量級(jí)對(duì)設(shè)計(jì)的懸浮式地基進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 懸浮式地基參數(shù)

懸浮地基采用橡膠懸浮隔振把離心機(jī)地基混凝土與建筑筏板之間進(jìn)行隔離，使混凝土和離心機(jī)懸浮在建筑筏板之上。分析時(shí)采用分部耦合模式進(jìn)行，先現(xiàn)將離心機(jī)-機(jī)座-橡膠支座看做一個(gè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算傳遞的力，再分析筏板-地基的振動(dòng)。

分析過(guò)程中設(shè)定機(jī)座混凝土在四個(gè)角放置橡膠支座支撐，橡膠支座分布方案如圖1所示。

圖1 橡膠支座支撐方案

采用離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高指標(biāo)要求，通過(guò)ANSYS進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真計(jì)算，得出在一定轉(zhuǎn)速下的懸浮支撐的支座反力如圖2。

圖2 2 kg偏載量支座反力大小及方向

帶偏載量離心機(jī)運(yùn)動(dòng)中形成的4個(gè)支座的支座反力可以描述為以下的函數(shù)。

2 分部式模型耦合分析

2.1 筏板-地基模型的振動(dòng)強(qiáng)度

筏板四周為建筑土壤，分析時(shí)把土壤等效為彈簧阻尼系統(tǒng)，在圖3中建筑（筏板）各個(gè)方向的尺寸均有表示，將計(jì)算的離心機(jī)混凝土基座對(duì)建筑（筏板）的擾動(dòng)力作用到筏板支撐臺(tái)上，分別存在水平力Px和垂直力Pz，在四個(gè)不同的支撐臺(tái)上，其受到離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的水平力大小和方向一致。但垂直力Pz是為大小相等，方向相反的力偶結(jié)構(gòu)。

圖3 筏板-地基模型圖

2.2 建筑（筏板）振動(dòng)幅值計(jì)算

依據(jù)GB 50040-96《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》分析筏板在水平擾力Px和垂直擾力Pz沿x向偏心矩作用下，產(chǎn)生x向水平、繞y軸回轉(zhuǎn)（即x-φf(shuō)alse向）的耦合振動(dòng)如圖4，筏板頂面控制點(diǎn)的垂直和水平向振動(dòng)線位移計(jì)算：

水平擾力Px：

垂直擾力Pz：

將水平及垂直動(dòng)力加載在圖4筏板-地基模型上得出筏板在水平及垂直擾動(dòng)力下的振動(dòng)曲線如圖5。

圖4 x向水平、繞y軸回轉(zhuǎn)的耦合振動(dòng)

圖5 筏板在水平及垂直擾動(dòng)力下的振動(dòng)曲線

依據(jù)《機(jī)械工業(yè)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》得出振動(dòng)方向振級(jí)評(píng)價(jià)量。

水平方向的振級(jí)評(píng)價(jià)量：

垂直方向的振級(jí)評(píng)價(jià)量：

3 地基振動(dòng)衰減的計(jì)算

依據(jù)GB 50040-96《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的地面振動(dòng)衰減。當(dāng)動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)為垂直或水平方向振動(dòng)時(shí)，距離該基礎(chǔ)中心r處地面土的垂直或水平振動(dòng)線位移可按照下列近似計(jì)算公式計(jì)算。

式中：

Ar—距振動(dòng)基礎(chǔ)中心r處地面的振動(dòng)位移；

Ao—為振動(dòng)基礎(chǔ)的振動(dòng)線位移；

f—擾動(dòng)頻率，9.7 Hz；

ζ—一般性粘土、粉土、沙土取值0.4；

a—能量吸收系數(shù)，硬塑的粘土取值0.004。

計(jì)算距離離心機(jī)地基邊緣處的水平振級(jí)評(píng)價(jià)量見(jiàn)表1。

表1 距離離心機(jī)地基邊緣處的振級(jí)評(píng)價(jià)量

通過(guò)計(jì)算得知：地基混凝土在離心機(jī)運(yùn)行到最大加速度下時(shí)的振動(dòng)評(píng)價(jià)量級(jí)最大，其中水平及垂直振級(jí)評(píng)價(jià)量分別為66.9 dB，71.69 dB。通過(guò)對(duì)離心機(jī)的振動(dòng)傳遞衰減計(jì)算，得出離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)建筑外部的土壤進(jìn)行傳播，在振動(dòng)幅值上下降較為明顯。在距離建筑（筏板）10 m處的水平和垂直振動(dòng)分別為57.75 dB，61.53 dB。通過(guò)對(duì)照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》振級(jí)限值。該離心機(jī)在最高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的振級(jí)參照表2，建筑物滿足混合區(qū)、商業(yè)中心的要求。對(duì)于距離離心機(jī)地基處10 m半徑區(qū)域外傳播的振動(dòng)衰減為57.75 dB，61.53 dB，滿足特殊住宅晝間和夜間的振級(jí)要求。

表2 GB/T 10070-88《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》振級(jí)限值

4 結(jié)論

本文采用被動(dòng)隔振技術(shù)對(duì)離心機(jī)運(yùn)行的地基進(jìn)行懸浮式設(shè)計(jì)，通過(guò)建立離心機(jī)-地基-橡膠支座和橡膠支座-建筑筏板-地基的模型，分析了離心機(jī)運(yùn)行過(guò)程中力的傳遞，得出滿足國(guó)標(biāo)要求的振動(dòng)評(píng)價(jià)量級(jí)，提出了大型離心機(jī)懸浮地基設(shè)計(jì)的可行性方案。為離心機(jī)采用懸浮式地基基礎(chǔ)提供了依據(jù)。