減小振動篩與基礎平臺共振的幾個試驗性方案

尚勇

摘 要：在工作過程中，振動篩利用激振器上不平衡重物的離心慣性力作用，使篩箱獲得振動，從而實現(xiàn)物流傳輸。但是振動篩的振動有可能會引發(fā)平臺的振動，從而導致共振現(xiàn)象的發(fā)生，對廠房的安全性造成影響。為了減小平臺振動，嘗試采取了調(diào)整振動篩激振力、改變振動篩與基礎平臺的連接方式、增加二次減振裝置等一系列試驗性方案，為以后解決同類型振動篩出現(xiàn)與建筑物共振提供了實際工程經(jīng)驗。

關鍵詞：振動篩；樓板；振動；試驗性方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.203

1 概述

振動篩廣泛應用于煤炭、電力、冶金等行業(yè)，是一類為解決濕粘物料深度篩分而研發(fā)的篩分設備。該類設備結構特點見圖1。

振動篩主要由篩箱、篩板、激振器和底托組成，篩箱是由高強度螺栓連接的封閉空間金屬結構，其與底托采用彈性支撐裝置連接。激振器為對稱布置在篩箱兩側(cè)板上的偏心結構，通過撓性裝置與軸連接。通過調(diào)整配重塊的數(shù)量及相互的夾角，實現(xiàn)振幅的調(diào)整。物料通過篩板時，電機通過撓性聯(lián)軸器帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)，使篩板產(chǎn)生振動，迫使篩板上的物料產(chǎn)生跳動及向前運動，由于篩面帶有傾斜角度，從而完成運輸和篩分。

通常來說，振動篩在工作過程中引起環(huán)境振動的振幅和能量都比較小，但其振動具有反復性和持久性，使其樓板始終承受著持續(xù)的交變荷載。如果樓板和振動篩自有頻率接近，則會產(chǎn)生共振，形成較大振幅，對建筑物結構造成較大的損壞，存在嚴重安全隱患。

印度某燃煤電站項目采用GFS2876高幅振動篩，設備共兩臺（以下稱為A、B篩），布置在碎煤機室12.5米平臺上，出力為1500T/H，篩下物料粒度≯30mm。碎煤機室采用鋼筋混凝土框架結構，混凝土強度設計等級為C30，鋼筋均為FE500 TMT。建筑場地類別為II類，抗震設防烈度為7度，設計基本加速度為0.10g。

振動篩調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，碎煤機室12.5米層樓板區(qū)域產(chǎn)生間斷性振動， 人站立在平臺上能感受到明顯的振動，無法忍受。其中振動較大區(qū)域為兩臺設備之間的樓板，A、B振動篩單獨運行以及同時運行時，均存在較大振動現(xiàn)象。該振動無明顯規(guī)律，且隨著振動篩負荷的變化而變化。用便攜式振動檢測儀檢測：兩臺振動篩中心區(qū)域最大振動值為0.8mm，在附近混凝土立柱側(cè)基礎樓板振動值很小，為0.01mm至0.02mm間。

2 試驗方案

根據(jù)動力學理論，如果改變振動，可以從兩方面入手，一個是改變設備對結構施加的激振力，另一個是改變結構對特定激勵的響應，即結構自身的動力特性。

首先從第一方面考慮，改變設備對結構施加的激振力。按照廠家說明書要求，拆除振動篩的偏心配重，拆除方法為：每臺振動篩的每個振動軸兩端均勻拆除偏心配重。A篩的每個振動軸兩端均拆除3塊配重，共計拆除24塊；B篩的每個振動軸兩端均拆除2塊配重，共計拆除16塊；再一次檢測發(fā)現(xiàn)效果并不明顯：單獨啟動A篩中心區(qū)域基礎樓板最大振動值為0.54mm；單獨啟動B側(cè)，基礎中心樓板最大振動值為0.55mm；AB兩臺振動篩同時啟動，基礎中心樓板的振動降至0.7mm。

由于按照說明書中的改變激振器減少振動的方案不奏效，接下來再從第二方面嘗試改變結構對特定激勵的響應。在兩振動篩中間樓板處切割了一條長縫，深度40-50mm。啟動振動篩后發(fā)現(xiàn)振動基本無變化。

兩種方案基本沒有效果，經(jīng)過研究，決定采取一系列試驗性措施，以期解決問題。

第一步，延長A振動篩設備底座。目前振動篩底座坐落在混凝土平臺上，底座支架槽鋼端部距離另外一根350×1100結構梁尚有一段距離。現(xiàn)將設備底座用相同型號槽鋼延長至該結構梁上，使該結構梁分擔更多的載荷。延長之后，經(jīng)檢測振動篩平臺振動反而增大，甚至12.5米層平臺北側(cè)，以前振動不大的負壓吸塵系統(tǒng)的風機基礎也產(chǎn)生較大振動。

考慮到底座延長較多，剛性不足，在底座與振動篩之間增加了連接梁進行加固，見圖2。

改造完之后，檢測發(fā)現(xiàn)結果與加固之前基本相同，無明顯變化。 第三步，考慮到由于本次延長的支架與平臺之間存在間隙，連接不可靠，因此將靠近延長側(cè)350×1100結構梁內(nèi)的鋼筋清理出來，用連接件將支架與鋼筋進行焊接，并灌漿處理。改造完成后測得樓板最大振動為0.54mm，比以前稍有改善。

第四步，將未改造的B側(cè)振動篩設備支座與基礎埋件焊縫切開，讓底座支架自由放置在平臺上，完成后觀察效果，基本沒有變化。

后來，又嘗試采用間隔轉(zhuǎn)動電機的方案，第一、第三個篩軸電機啟動，第二、第四個篩軸電機不啟動，以減少振動篩激振力，結果振動篩內(nèi)出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象。

由于多次試驗性方案的實施沒有效果，聘請相關振動學方面的專業(yè)機構對振動篩進行理論分析，檢查結構的安全性，并提出意見。

該機構對碎煤機室主體結構進行了安全復核、對12.5m樓板進行了振動分析，內(nèi)容包括主體結構構件截面與配筋計算復核、樓板的振動頻率和模態(tài)、振動篩和支座的振動頻率等。

該機構認為在設計靜力荷載作用下，主體結構混凝土構件的截面尺寸和配筋滿足規(guī)范要求。

對12.5m樓板進行振動分析。采用ABAQUS有限元軟件建立樓板振動分析模型，計算結果表明，該層樓板的頻率為11.67Hz。相應的模態(tài)如圖3所示。

采用混凝土結構構件固有頻率計算公式f=φ1[D/（ml4）]1/2計算，結果表明，振動篩支座底部混凝土梁固有頻率為11.52Hz。依據(jù)現(xiàn)場實測樓板振動數(shù)據(jù)，樓板實際振動頻率為12.50Hz，與有限元分析結果、理論計算結果吻合。

依據(jù)振動篩技術參數(shù)，振動篩轉(zhuǎn)次為730r/min，固有頻率為12.17Hz。因為振動篩工作頻率與12.5m樓板固有頻率接近，因此振動篩工作時與與樓板產(chǎn)生了共振。

依據(jù)一次減振鋼彈簧技術參數(shù)：中徑194mm、高度420mm、彈簧鋼直徑25mm、剛度66N/mm、工作圈數(shù)8圈，安裝方式為2個鋼彈簧并聯(lián)（并聯(lián)安裝時鋼彈簧自振頻率增加1.414倍），計算得出一次減振鋼彈簧自振頻率為41.80Hz。考慮上部振動篩質(zhì)量后，彈簧的振動頻率范圍不滿足減振頻率比3～5的基本要求。

因此，該機構認為可以通過兩個途徑解決該問題，一個是加大樓板截面改變樓板的固有頻率；另一個是增加二次減震裝置進行隔震，以降低設備對樓板的激振力。所謂隔震，就是將振動篩用剛性較小的彈簧支撐起來，以減小傳給地基的動載荷。一次隔震系統(tǒng)就是在振動篩篩體和底托之間的隔震系統(tǒng)，如圖一中件八減震彈簧即是一次隔震彈簧。二次隔震就是在一次隔震彈簧的下部，再加一個二次隔震彈簧，即在底托與基礎樓板之間再次增加減震彈簧。一次隔震系統(tǒng)較為簡單，當一次隔震系統(tǒng)的隔離效果不能滿足實際需要時，才采用二次隔震系統(tǒng)，這種方法可以大幅減小振動篩正常工作時對平臺的基動載荷幅值。第一種方案工作量較大，施工時間長；第二種方案需要重新采購設備，也需要較長時間。經(jīng)過綜合比較，決定采用第二種方案。

按照要求，振動篩廠家重新設計了二次隔震系統(tǒng)，將振動篩與基礎預埋鐵全部分離，將振動篩底托放置在14只φ220X220Xφ50的橡膠減震彈簧減震彈簧上，進行二次隔震。如圖4所示。

改造完成后，對兩振動篩之間區(qū)域進行檢測，振動比以前稍有減少，振幅為0.263mm，但是依然感覺到樓板的振動。振動學專門機構經(jīng)過進一步分析，認為廠家提供的二次減振支座的安裝個數(shù)及安裝位置需要優(yōu)化，并給出對中間支座位置進行移動調(diào)整的建議。

最終，通過二次減震彈簧支座位置的多次調(diào)整及繼續(xù)嘗試改變激振器配重的形狀及數(shù)量，樓板振動幅度有了進一步改善，樓板振動幅度降低至0.13mm，滿足設計院給出的該樓板允許最大振動線位移垂直向0.15mm，水平向0.20mm的要求，長期困擾的振動問題終于達到了安全運行要求。

3 結語

雖然樓板震動滿足設計要求，但是人站在樓板上依然能夠感覺到振動帶來的不適感。如果將來要徹底解決樓板振動問題，確保結構安全，在不考慮對基礎加固的情況下，把振動篩更換為滾軸篩是一種比較良好的選擇。滾軸篩是一種利用多個篩軸同向旋轉(zhuǎn)，推動物料前移，并同時進行篩分的設備。受自重及篩軸旋轉(zhuǎn)力的作用小顆粒沿篩孔落下，大于篩孔尺寸的顆粒留在篩面上繼續(xù)向前移動，并落入碎煤機。其工作為軸的旋轉(zhuǎn)推動，自身振動很小，對樓板的振動更小，可以有效避免振動問題。

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