振動篩引起的樓板振動測試和數(shù)據(jù)分析

張保中

焦作市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南 焦作 454000

0 引言

振動篩是一類充分利用振動特性來滿足工作性能的篩分機(jī)械，雖然在工作過程中引起環(huán)境振動的振幅和能量都比較小，但其振動具有反復(fù)性和持久性，使其樓板始終承受著持續(xù)的交變荷載，并通過樓板傳遞到廠房結(jié)構(gòu)上，輕者會使建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，引起結(jié)構(gòu)變形和產(chǎn)生輕微裂縫，重者導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，造成廠房倒塌的惡性事件。根據(jù)機(jī)器荷載作用下建筑物承重結(jié)構(gòu)的振動計算和隔振設(shè)計規(guī)范，對某車間振動篩工作時引起的樓板振動的加速度、速度和位移等動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測試以確定將振動篩的振動影響是否控制在結(jié)構(gòu)安全的范圍內(nèi)。

1 測試?yán)碚摲治?/h2>

根據(jù)動力學(xué)理論可知，有兩方面的因素控制著結(jié)構(gòu)的振動：一個是對結(jié)構(gòu)施加的激振力，另一個是結(jié)構(gòu)對特定激勵的響應(yīng)，即結(jié)構(gòu)自身的動力特性[1]。當(dāng)結(jié)構(gòu)自身的固有頻率與振動力的頻率接近時，就會形成較大振幅，對建筑物造成較大的損壞[2]。對運(yùn)轉(zhuǎn)頻率一定的振動篩來說，我們就要檢測結(jié)構(gòu)的動力學(xué)參數(shù)，來確定是否采取措施減小振動。

根據(jù)多層廠房樓蓋抗震設(shè)計規(guī)范，可以忽略間接振動區(qū)域，對直接承受動力荷載樓板做振動計算，也就是對其振動頻率進(jìn)行設(shè)計和調(diào)整。根據(jù)構(gòu)件的第一頻率密集區(qū)內(nèi)最低自振頻率計算值大于設(shè)備的振動頻率這一原則進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計[3]。

雖然實際工程中的振動往往表現(xiàn)為板﹑梁墻的組合振動，但振動篩振動強(qiáng)度和振動范圍較小，根據(jù)機(jī)械振動與沖擊對建筑物影響的測量和評價基本方法及使用導(dǎo)則，可以選擇樓板的振動檢測，來代表振動篩對整個樓蓋甚至整個廠房的振動影響。振動篩工作時，結(jié)構(gòu)的振動以垂直振動為主。本次測試通過加速度傳感器對某車間振動篩工作時引起的樓板振動的加速度、速度和位移等動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測試，其振幅通過對加速度信號的二次積分獲得，具體的原理及實現(xiàn)過程如下所述。

位移測量原理振動篩加速度、速度和位移都是周期性的。由于加速度傳感器的輸出采用了零點校正，因而只需考慮振動篩運(yùn)動的加速度a(t)。對a(t)積分得振動篩運(yùn)動的速度

同樣位移也可以通過對速度的積分得到，

若把下始點的位移d(U)作則振動篩左右周期運(yùn)動的相對位移

用加速度傳感器測量位移的算法可簡要表述為：將一個周期的加速度的測量值減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的加速度積分得到速度。將所求速度減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的速度積分即得到相對位移。

2 樓板檢測結(jié)果分析

振動篩的水平振動由于基座的影響，傳遞到樓板后，水平位移的“峰值”被消減很多，幾乎可以忽略不計，所以樓板動態(tài)測試中，只考慮豎向振動。測點布置示意見圖1。

圖1 樓板測試點布置

本次檢測采用多通道噪聲振動測量分析儀器，它是一種可以任意組合噪聲及振動測量通道的多通道信號噪聲測試儀。它具有多通道數(shù)據(jù)采集器，能夠同時采集不同的電壓信號，并把信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存放在存儲器中，以便實現(xiàn)波形的再現(xiàn)，顯示在CRT顯示器上。這樣，極為方便的進(jìn)行峰值、峰─峰值及加速度﹑速度等方面的測量。它的微型打印機(jī)能把波形及數(shù)據(jù)打印出來。圖2和圖3就是由信號分析儀打印出來的加速度和速度的波形載圖。

圖2 加速度橫軸1024截圖

圖3 速度橫軸1024截圖

圖4 位移時程及頻譜

根據(jù)圖2至圖4我們可以看出振動篩反復(fù)的周期載荷將在樓板中產(chǎn)生持續(xù)的周期響應(yīng)，通過這種諧響應(yīng)[4-5]分析使我們能了解結(jié)構(gòu)的持續(xù)動力特性，從而能夠驗證其結(jié)構(gòu)設(shè)計能否克服共振、疲勞及受迫振動引起的有害效果。幾個測點在振動篩的振動下出現(xiàn)不同的響應(yīng)值。通過速度﹑加速度﹑位移對頻率的曲線，可找到最大速度﹑加速度﹑最大位移和“峰值”對應(yīng)的頻率，具體的統(tǒng)計指標(biāo)見表1。

表1 最大峰值頻率統(tǒng)計

3 檢測結(jié)果分析

通過振動篩工作時對樓板振動的加速度、速度和位移等動力學(xué)參數(shù)測試的數(shù)據(jù)，我們可以樓板的豎向振動峰值點處對應(yīng)的頻率在13Hz～19Hz之間，樓板的最大位移為-0.062919mm，最大速度為-0.0182m/s，在樓板容許變形范圍之內(nèi)，說明振動對樓板的影響在結(jié)構(gòu)安全的范圍之內(nèi)。但振動篩工作時，測點加速度在1.55013m/ss～2.57651m/ss之間，根據(jù)新的ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大加速度超過0.015g～0.025g時，這種加速度便不能被接受，對于廠房來說，應(yīng)取更小的值較為合適[6]。該樓板實際加速度是ISO標(biāo)準(zhǔn)的10倍，所以人在上面根本無法忍受。

在進(jìn)行振動篩布置方案的設(shè)計上，我們要盡量把振動篩布置在對結(jié)構(gòu)最有利的位置，從而減輕振動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。當(dāng)振動篩的頻率可以調(diào)整時，一定要錯開結(jié)構(gòu)的自振頻率，以免共振早成振動峰值的疊加。因為振動篩的位置和頻率固定，我們采用在樓板和振動篩基座之間安裝壓縮性橡膠隔振器，它可以很好減小機(jī)器的振動，安裝后經(jīng)測試樓板的加速度、速度和位移均在容許范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

本文通過對某車間振動篩工作時引起的樓板振動的動態(tài)測試，結(jié)合實際問題，對振動篩的布置和結(jié)構(gòu)減振提供了具體的措施，也解決類似振動問題提供了可靠的參考依據(jù)，也為同類結(jié)構(gòu)測試提供了很好的范例。

[1]譚程.TDLS2575型振動篩工況監(jiān)測系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[2]張傳濤.三電機(jī)振動篩試驗?zāi)B(tài)分析[D].西南石油學(xué)院碩士學(xué)位論文,2005：10-18.

[3]邱德修，樊開儒.多層工業(yè)廠房的振動問題分析[J].工業(yè)建筑，2010(S1)：129.

[4]羅樂平.基于Pro/E與ANSYS的振動篩三維設(shè)計及有限元分析[D].江西理工大學(xué)碩士論文，2009.

[5]楊小蘭.基于ANSYS的振動電機(jī)軸諧響應(yīng)之有限元分析[J].煤礦機(jī)械，2007, 33(6)：81-82.

[6]楊奉喜，劉建坤，等.多年凍土區(qū)鐵路隔振溝隔振效果的數(shù)值分析[J].中國鐵道科學(xué)，2003，24(5)：48-51.