碎煤機(jī)房振動(dòng)問(wèn)題的有限元分析

戴文峰

(中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引 言

在工業(yè)建筑工程中,經(jīng)常有動(dòng)力機(jī)器設(shè)置在樓層上，使樓層產(chǎn)生不允許的振動(dòng)問(wèn)題，直接影響到正常的生產(chǎn)，也存在一定的安全隱患。為此，結(jié)構(gòu)振動(dòng)原因的分析及采取正確的消除方法就顯得至關(guān)重要了。

1 概 述

1.1 工程概況

某熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目碎煤機(jī)房為三層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，各層采用磚砌體圍護(hù)填充墻，平面尺寸11.000 m×8.000 m，底層層高為5.000 m，其他層高為4.000 m、4.000 m，總高度13.000 m?？拐鹪O(shè)防烈度為70，框架抗震等級(jí)為三級(jí)，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓為0.35 kPa。工藝設(shè)計(jì)將環(huán)錘式破碎機(jī)安置于二樓樓面，該設(shè)備重123 kN，電機(jī)重17.55 kN，功率200 kW，轉(zhuǎn)速960 r/min，垂直擾力18.7 kN，原設(shè)計(jì)未考慮減振裝置。

1.2 振動(dòng)情況

該碎煤機(jī)房自試運(yùn)行以來(lái)，在破碎機(jī)啟動(dòng)后，碎煤機(jī)房的二樓樓面大部及三樓樓面煤斗開(kāi)孔附近局部振感強(qiáng)烈，甚至在煤斗下料時(shí)，窗戶玻璃發(fā)出“嘩嘩”聲響，振感有所加強(qiáng)。并且，在投入正常生產(chǎn)4個(gè)月內(nèi)，曾多次發(fā)生破碎機(jī)地腳螺栓被振松、剪斷等現(xiàn)象。根據(jù)VM 9502型袖珍式數(shù)字存貯測(cè)振儀測(cè)得的結(jié)果，空載運(yùn)行時(shí)在破碎機(jī)附近的振動(dòng)最大峰值響應(yīng)為203 μm，加速度峰值可達(dá)到1.5 m/s2，振動(dòng)感覺(jué)達(dá)到Ⅴ等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使人感覺(jué)強(qiáng)烈不舒適。考慮到結(jié)構(gòu)的安全性，該項(xiàng)目要求對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行分析，并拿出一個(gè)解決該問(wèn)題的處理方案。

1.3 振動(dòng)原因分析

基于以上現(xiàn)象，安置于二樓樓面的環(huán)錘破碎機(jī)是引起碎煤機(jī)房結(jié)構(gòu)振動(dòng)的唯一振源。電機(jī)轉(zhuǎn)述960 r/min，機(jī)振頻率為16 Hz，該頻率是否在碎煤機(jī)房振動(dòng)體系的共振頻率范圍內(nèi)，從而引起整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的共振，是需要通過(guò)分析計(jì)算才能知曉的。從安裝設(shè)備的地腳螺栓被剪斷等現(xiàn)象判斷，可以肯定的是，環(huán)錘式破碎機(jī)動(dòng)擾力是超限的。

由于受到各種條件限制，項(xiàng)目方基本排除采取減振裝置、電機(jī)變頻等方法來(lái)解決此振動(dòng)問(wèn)題，綜合考慮施工周期、難易程度等因素，初步提出加設(shè)柱支撐的加固方案。但是，加設(shè)幾根柱、具體在何位置加設(shè)才能最有效地解決振動(dòng)問(wèn)題？本文利用MIDAS有限元軟件對(duì)原結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了理論分析，并考慮到現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地等因素確定了一個(gè)最經(jīng)濟(jì)、便利的加固方案。

2 有限元模型分析

2.1 模型簡(jiǎn)介

計(jì)算工具采用MIDAS有限元分析軟件，為簡(jiǎn)化理論分析，模型研究對(duì)象為由破碎機(jī)所在的二樓樓面主梁、次梁、板及一層柱組成的結(jié)構(gòu)體系。將破碎機(jī)運(yùn)行動(dòng)荷載簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)諧振動(dòng)荷載F=5sin(32πt) kN。

2.2 模型分析

按照原構(gòu)件尺寸建立有限元模型，在簡(jiǎn)諧荷載作用下，其振動(dòng)響應(yīng)如圖1所示，自振模態(tài)分析部分結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 原模型振動(dòng)響應(yīng)

表1 原模型部分振型特征周期值

振動(dòng)模態(tài)及時(shí)程分析結(jié)果表明，在簡(jiǎn)諧荷載作用點(diǎn)附近，最大振動(dòng)位移為96.46 μm，豎向振動(dòng)主要參與振型中，第7、9振型自振頻率在機(jī)振頻率(16 Hz)共振范圍內(nèi)。為避免第7、9振型的共振，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際場(chǎng)地情況，在破碎機(jī)電機(jī)振源作用的梁下加設(shè)鋼柱，同樣建立有限元模型，如圖2所示，分析得到的結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 加柱后模型振動(dòng)響應(yīng)

表2 加柱后模型部分振型特征周期值

從分析計(jì)算結(jié)果可以看出，在梁跨中加設(shè)一個(gè)鋼柱支撐后，豎向振動(dòng)主要參與振型中，第4、7、9自振周期均避開(kāi)了機(jī)振頻率(16 Hz)共振范圍，在簡(jiǎn)諧荷載作用點(diǎn)附近，最大振動(dòng)位移為25.52 μm，其值與原模型比較如圖3所示。由圖3可知，本方案加固處理可大大減小振動(dòng)幅度。

圖3 模型振動(dòng)響應(yīng)比較

3 結(jié) 論

(1)振動(dòng)問(wèn)題歷來(lái)是個(gè)非常復(fù)雜且難以徹底解決的問(wèn)題，在MIDAS有限元振動(dòng)分析過(guò)程中，計(jì)算模型、計(jì)算依據(jù)(破碎機(jī)技術(shù)參數(shù))等條件均做了相應(yīng)簡(jiǎn)化處理，其分析結(jié)果僅供定性判斷參考。

(2) 對(duì)低頻率的動(dòng)力設(shè)備，其基礎(chǔ)不得不設(shè)置于樓面上時(shí)，應(yīng)按照置于樓面上的動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)隔振措施并驗(yàn)算共振的可能性。