半移動破碎站鋼結構振動現(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 技術中心，山西 太原 030024）

概述

由太原重工股份有限公司為國內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防烈度為6度，對應的設計基本地震加速度值為0.05g，建筑場地類別為Ⅲ類。根據采場所處地質和地震背景，參照中國《建筑抗震設計規(guī)范》有關地震分組的規(guī)定，場地的設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。破碎站支撐設備的結構為單跨多層帶斜撐鋼框架結構體系，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面上，混凝土基頂標高為±0.000m。在不同標高分別設置有出料平臺、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。整個破碎站結構的布置如圖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構件形成磨損，相比重板給料的結構可節(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

在破碎站投產一年后，對現(xiàn)場60－110E半移動破碎站結構的振動情況進行了現(xiàn)場測試分析。根據前期設計階段諧響應分析（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：破碎機自身質量Q＝540t；破碎機腔內物料質量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；破碎機水平軸轉速152r／min。

3 測試內容與方案

破碎機結構振動測試系在設備正常使用下進行。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，采用國內某專業(yè)研究所編制的“DASP”數(shù)據處理程序對測試數(shù)據進行處理與分析，得出破碎機結構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 諧響應分析

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

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

6 結語

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果與設計階段諧響應分析中給出的相應分析結果基本一致，即在破碎機額定工作轉速下，破碎站鋼結構的振動位移幅值較小，均小于0.2mm，滿足國家相關類似規(guī)范對于動力機器基礎的最大振幅0.25mm的限值，且最大振動速度和加速度幅值亦滿足相關類似規(guī)范要求。

表1 振動測試結果與軟件諧響應分析結果對比表

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