上楼振动机器振动控制及功率流分析

　　由于生产工艺流程的日益复杂化,使得许多振动机器如振动筛、振动流态化选粉机、振动输送给料设备等高速运转的机器不得不安装在楼板上或金属构架上,且有逐年增多的发展趋势。振动机器上楼一方面具有重要的社会经济益,能极大限度地满足工艺流程的要求,但另一方面,也使基础减振和起动停机时的减振问题突出出来。此外,控制楼板或金属构架的结构噪声也成为当务之急。上楼振动机器在起动和停机过程通过共振区时,振幅异常增长将对振动机本身、建筑物或金属构架产生极为不利的影响,对于大型振动机,甚至会造成严重危害。因此,设法限制过共振区时的振幅,具有十分重要的意义。这方面,已有一些行之有效的控制方法,可参见文献^〔1〕和^〔2〕,此处不再讨论。控制上楼振动机器结构振动和噪声,主要是限制通过支承弹簧传给基础的振动。对于一次隔振的单质体振动机,通常用传递率或频率比来确定弹簧刚度进而控制基础动荷,也有用二次隔振方法对基础动荷大的大型单质体振动机进行改造或干脆采用具有二次隔振功能的大型双质体振动机,减振效果优于一次隔振^〔3〕。但是,从原理上讲,一次或二次隔振不可能消除传给基础的振动。而近年新发展起来的反共振机^〔4〕,不仅具有节能效果明显、大幅减小激振力、延长轴承和电机寿命、降低机器本身噪声等优点,而且由于其巧妙的设计,在稳态工作时结构发生反共振,基础支承振动极小,几乎能从根本上消除基础振动,从而也能有效地降低楼板或金属构架的结构噪声,是一种值得推广的低振动噪声产品。但为更有效地抑制结构振动和噪声,反共振机上楼后也存在参数选择问题。由于振动功率流同时考虑传递力和速度响应两个因素,因此综合反映了隔振效果和结构振动噪声水平,故本文考虑反共振机上楼后与弹性基础发生耦合振动的特点,针对其设计中的参数选择问题,采用功率流的分析方法,对反共振机—楼板耦合系统的振动进行分析。

　　1　力学模型和计算公式

　　1.1　力学模型

　　为突出问题实质,反共振机—楼板耦合系统可减化为如图1所示动力学模型。反共振机由静体1,动体2,隔振器3和反共振弹簧4组成,并通过隔振器3支承在非刚性基础楼板5上,楼板用简支梁来模拟。静体质量为m₁,动体质量为m2(包括物料结合质量)。隔振器用复刚度表示为k*1=k₁(1+jη₁),k₁为隔振器刚度,η₁为隔振器的阻尼损耗因子。反共振弹簧用复刚度表示为k*2=k2(1+jη2),k2为反共振弹簧刚度,η₂为反共振弹簧和物料的综合阻尼损耗因子。梁的质量为M,其复抗弯刚度E*J=EJ(1+jη),η为梁的阻尼损耗因子。在反共振机的静体1上还作用激振力F(t)。