半移動破碎站鋼結(jié)構(gòu)振動現(xiàn)場實測與理論計算

武建強， 張永明

（太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024）

概述

由太原重工股份有限公司為國內(nèi)某大型露天鐵礦提供的大型半移動破碎站（以下簡稱破碎站）中，破碎機選用美卓公司60－110E旋回破碎機（破碎機入料口60英寸，動錐最大端直徑110英寸），該項目現(xiàn)已建成投產(chǎn)并正常使用，該型破碎站實際破巖每小時處理量峰值能力最大可達10 000t，已跨入了世界最大礦巖破碎站的行列。

該破碎站系帶支撐鋼框架與破碎機組成的耦合體系，動力相互作用明顯。破碎機在工作時會產(chǎn)生水平方向的諧振力，是一個比較典型的動力問題。

破碎站所在采場的抗震設(shè)防烈度為6度，對應(yīng)的設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，建筑場地類別為Ⅲ類。根據(jù)采場所處地質(zhì)和地震背景，參照中國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》有關(guān)地震分組的規(guī)定，場地的設(shè)計地震分組為第三組，場地的特征周期為0.65s。場地50年一遇基本風壓為0.40kN／m2，基本雪壓為0.35kN／m2，地面粗糙度為B類。

破碎站長、寬均為18.000m，高為29.250m。破碎站支撐設(shè)備的結(jié)構(gòu)為單跨多層帶斜撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系，縱向主立柱間距為12.260m，橫向主立柱間距為10.000m。破碎站底座大型浮橋及4個支腿直接浮放在混凝土基礎(chǔ)面上，混凝土基頂標高為±0.000m。在不同標高分別設(shè)置有出料平臺、維修平臺、破碎機平臺以及受料斗，框架與平臺之間采用焊接方式連接。破碎機安放在破碎平臺上，二者之間采用高強螺栓連接，且在破碎站與鋼平臺間澆灌環(huán)氧樹脂，可起到良好的緩沖、減震作用。整個破碎站結(jié)構(gòu)的布置如圖1所示（三維圖），與以往破碎站采用重型板式給礦機給料不同，該半移動破碎站采用汽車從上部兩側(cè)棧橋直接將礦石或巖石卸入受料斗中，依靠給料礦倉在卡車卸料時自身形成的料流，即料打料的給料方式，將不會對料斗底部鋼結(jié)構(gòu)件形成磨損，相比重板給料的結(jié)構(gòu)可節(jié)約大量的因耐磨件損耗帶來的運行成本。

圖1 半移動式破碎站三維模型仿真示意圖

1 測試位置與測試點

在破碎站投產(chǎn)一年后，對現(xiàn)場60－110E半移動破碎站結(jié)構(gòu)的振動情況進行了現(xiàn)場測試分析。根據(jù)前期設(shè)計階段諧響應(yīng)分析（軟件計算）中典型節(jié)點的選擇以及現(xiàn)場對振動相對較大點的初步分析，本測試共選擇出料平臺、破碎機平臺兩個標高位置進行測試。

在出料平臺、破碎機平臺上分別設(shè)置了8個和9個測點，測點分布如圖2所示。

圖2 測點位置分布

2 載荷工況

破碎站工作時破碎平臺主要承受載荷為：破碎機自身質(zhì)量Q＝540t；破碎機腔內(nèi)物料質(zhì)量G＝250t；破碎機承受總的水平偏心力F＝92kN；破碎機座承受的總的力矩M＝1 486kN·m；破碎機水平軸轉(zhuǎn)速152r／min。

3 測試內(nèi)容與方案

破碎機結(jié)構(gòu)振動測試系在設(shè)備正常使用下進行。測試時，首先將891－Ⅱ型加速度拾振頭布置（牢固粘貼）在測點部位（如圖3所示），以感應(yīng)并采集其振動的位移、速度、加速度信號，該信號通過891－Ⅱ型放大器放大后輸入INV智能型大容器數(shù)據(jù)采集儀記錄并存儲，然后借助于TOSHIBA高性能筆記本電腦，采用國內(nèi)某專業(yè)研究所編制的“DASP”數(shù)據(jù)處理程序?qū)y試數(shù)據(jù)進行處理與分析，得出破碎機結(jié)構(gòu)在正常使用狀況下的振動位移、速度、加速度時間歷程曲線，即位移—時間曲線、速度—時間曲線、加速度—時間曲線。

圖3 現(xiàn)場測試圖片

4 測試結(jié)果與分析

在破碎站正常工作情況下，出料平臺、破碎機平臺Y方向的最大振動位移、最大速度和最大振動加速度實測結(jié)果，包括振動位移、速度、加速度時間歷程曲線圖。圖4為破碎機平臺某點的振動位移曲線圖。破碎機平臺測點1 Y向振動位移－DASP時域波形分析。

圖4 Y向振動位移－DASP時域波形分析

分析參數(shù)：采樣頻率為256Hz；時間為3.906 25ms。

5 諧響應(yīng)分析

理論計算：諧響應(yīng)分析用于分析持續(xù)的周期荷載在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中產(chǎn)生的持續(xù)的周期響應(yīng)（諧響應(yīng)），以及確定線性結(jié)構(gòu)承受隨時間按正弦（簡諧）規(guī)律變化的荷載時穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。分析的目的是計算結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)，并得到一些響應(yīng)值（通常是位移）與頻率的關(guān)系曲線，從這些曲線上可以找到“峰值響應(yīng)”，并進一步觀察峰值頻率對應(yīng)的應(yīng)力。這種分析技術(shù)只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動，發(fā)生在激勵開始時的瞬態(tài)振動不在諧響應(yīng)分析中考慮。

諧響應(yīng)分析在破碎站系統(tǒng)設(shè)計階段已經(jīng)完成，按照精度要求，采用完全法進行了分析；下頁表1為振動測試結(jié)果與諧響應(yīng)分析（軟件計算）結(jié)果對比。

6 結(jié)語

在破碎機正常運行狀況下，出料平臺、破碎機平臺的最大振動位移、最大速度和最大振動加速度實測結(jié)果與設(shè)計階段諧響應(yīng)分析中給出的相應(yīng)分析結(jié)果基本一致，即在破碎機額定工作轉(zhuǎn)速下，破碎站鋼結(jié)構(gòu)的振動位移幅值較小，均小于0.2mm，滿足國家相關(guān)類似規(guī)范對于動力機器基礎(chǔ)的最大振幅0.25mm的限值，且最大振動速度和加速度幅值亦滿足相關(guān)類似規(guī)范要求。

表1 振動測試結(jié)果與軟件諧響應(yīng)分析結(jié)果對比表

分析表明，該60－110E半移動破碎站鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案合理，制造及安裝質(zhì)量高，設(shè)備工作性能良好，滿足國家有關(guān)規(guī)范、標準對結(jié)構(gòu)振動安全性及抗震能力與性能方面的要求。