Виброизоляция машин относительно фундамента достигается с помощью установки специальных виброизоляционных оснований, таких как антивибрационные подушки или опоры. Эти конструкции уменьшают передачу вибраций от машины на фундамент, эффективно гасить колебания и предотвращать их распространение.
Кроме того, правильный выбор материалов для фундамента и установка систем контроля вибраций помогают дополнительно снизить уровень шумов и колебаний, что способствует более стабильной работе оборудования и увеличивает его срок службы.
Виброизоляция
Существенный недостаток традиционных методов установки оборудования на виброгасящие основания в современных условиях заключается в больших затратах времени на изготовление индивидуальных фундаментов и неизбежной порче дорогостоящих покрытий пола. Поэтому широкое распространение получила установка оборудования без фундаментов и анкерного крепления агрегатов непосредственно на упругих виброизолирующих опорах.
Такой метод позволяет обеспечить любую степень виброизоляции оборудования. Установка технологического и инженерного оборудования на виброизолирующие опоры удешевляет установку и перестановку оборудования, исключает порчу оборудования и снижает уровень шума, сопутствующего интенсивным вибрациям.
Виброизолирующие опоры могут применяться также и при наличии фундаментов: либо между машиной (источником вибраций) и фундаментом (основанием, опорной плитой), либо между фундаментом и грунтом. Установка виброизоляторов предусматривается также при прокладке воздуховодов систем вентиляции и разного рода трубопроводов внутри строительных конструкций, а также при их креплении к последним.
Это исключает передачу вибраций от стенок воздуховодов и трубопроводов элементам конструкций зданий. Кроме того, для ограничения распространения колебаний по указанным инженерным коммуникациям практикуется их разделение на отдельные участки с помощью специальных гибких вставок (см. рис. 64). Во всех рассмотренных случаях введение в колебательную систему дополнительной гибкой связи приводит к ослаблению передачи вибрации от источника колебаний.
В качестве виброизоляторов повсеместно используются резиновые или пластмассовые прокладки, одиночные или составные цилиндрические пружины, листовые рессоры, комбинированные виброизоляторы (пружинно-резиновые, пружинно-пластмассовые, пружинно-рессорные) и пневматические виброизоляторы («воздушные подушки»). Виброизолирующие резиновые прокладки выполняют обычно дырчатыми или серебряными, т. к. они не склонны к объемной деформации. Цилиндрические пружины и рессоры по сравнению с прокладками более стойки к воздействию агрессивных сред, дольше сохраняют упругие свойства во времени и позволяют изолировать колебания относительно низких частот, так как при прочих равных условиях обеспечивают большую статическую осадку. Существенным недостатком цилиндрических пружин является малое снижение высокочастотных вибраций. Именно по этой причине широкое использование получили комбинированные виброизоляторы (рис. 94). Как следует из рисунка [74], комбинированный виброизолятор состоит из цилиндрической пружины 1 и набора резиновых прокладок 3, отделяющих пружину как от опорной поверхности, так и от элементов корпуса виброизолятора. Такого рода конструкции позволяют обеспечить эффективное снижение уровня вибраций в широкой полосе частот. Они широко применяются для ослабления передачи вибраций большинства видов стационарного и технологического оборудования (станки, насосы, вентиляторы). Однако их использование в тяжелых машинах с горизонтальными нагрузками (в частности, конусных и щековых дробилках) не представляется возможным. В этом случае используют виброизоляторы с гидрошарнирами [74]. Они расположены на концах жесткого стержня 1 и состоят из одной или нескольких линз (рис. 95). Линза образована двумя кольцевыми пластинами 2, соединенными по периметру. Пространство между пластинами заполняется жидкостью. В качестве последней чаще всего используются масла, имеющие низкую температуру замерзания. Виброизолятор обеспечивает низкую частоту собственных колебаний установки в горизонтальном направлении. Он крепится между опорной конструкцией машины 3 и опорой виброизолятора 4.
- 1 — цилиндрическая пружина;
- 2 — корпус; 3 — набор резиновых прокладок
Рис. 95. Виброизоляторы с гидрошарнирами:
1 — жесткий стержень; 2 — кольцевые пластины; 3 — опорная конструкция машины; 4 — опора виброизолятора
Пневматические виброизоляторы типа воздушных подушек получили распространение на заводах железобетонных изделий. Они представляют собой воздушную полость с давлением порядка 2-10 5 Па, отделяющую вибратор с формуемой деталью от корпуса машины (рис. 96).
Рис. 96. Схема пневматических виброизоляторов:
- 1 — виброплатформа; 2 — гибкая резинокордная оболочка;
- 3 — камера воздушной подушки
Это приводит к резкому ослаблению передачи вибрации на основание виброплатформы, фундамент, грунт и далее на фундаменты рядом расположенных зданий без снижения уровня рабочих параметров вибратора, а следовательно, качества виброформования.
Виброизоляция машин и оборудования от основания (фундамента) может быть осуществлена в двух вариантах [74]. Первый так называемый «опорный» вариант предусматривает установку виброизоляторов между машиной и основанием (рис. 97, а). Второй вариант — «подвесной» (рис. 97, б, в, г), когда изолируемый объект подвешивается на виброизоляторах, закрепленных выше подошвы фундамента, которые в отличие от первого случая работают уже на сжатие и растяжение.
Рис. 97. Схемы виброизоляции молотов: а, б- опорный вариант; в — подвесной вариант;
- 1 — фундаментный блок; 2 — подфундаментный короб; 3 — виброизоляторы;
- 4 — настил; 5 — подшаботная выемка; 6 — пилястры; 7 — подвесные стержни
По опорному варианту выполняется виброизоляция большинства видов стационарного технологического оборудования предприятий и инженерного оборудования жилых и общественных зданий. Однако в некоторых случаях может использоваться и подвесной вариант. На схемах (рис.
97) представлены варианты виброизоляции под молоты, представляющие на сегодня с точки зрения защиты окружающей среды основные источники вибраций. Схемы а и б соответствуют опорному варианту. В первом случае фундамент 1 установлен на виброизоляторы 3, расположенные по его периметру; во втором — на виброизоляторы с рядным расположением. Схема в соответствует подвесному варианту.
В этом случае фундаментный блок 1 удерживается с помощью короба и подвесных стержней 7, концы которых опираются на виброизоляторы. Во всех рассмотренных случаях фундамент заглублен в грунт, поэтому предусмотрено устройство ограждающего короба, внутри которого размещаются фундаментный блок и виброизоляторы.
В Томском политехническом университете также занимались решением подобных задач [77, 78].
Так на рис. 98 показана схема фундамента, разработанного для повышения эффективности гашения ударной нагрузки, передаваемой на основание объекта.
Рис. 98. Схемы виброизоляционного фундамента:
- 1 — промежуточная масса; 2 — направляющие; 3 -упругая связь; 4 — основание;
- 5 — трубопровод; 6 — обратный клапан; 7 — регулируемый дроссель;
- 8 — гидропневмоаккумулятор; 9 — зарядный клапан; 10- предохранительный клапан
Гидропневматический амортизатор содержит промежуточную массу с упругой связью, установленную на основании и связанную гидравлически с гасителем колебаний и гидропневмоаккумулятором (рис. 98).
Гидравлический амортизатор состоит из промежуточной массы 7, перемещающейся в направляющих 2. Упругая связь 3 установлена между промежуточной массой 7 и основанием 4. Полости упругих связей 3 выполнены из рукавов высокого давления, заполнены жидкостью и трубопроводом 5 соединены с гасителем, включающим параллельно установленные обратный клапан 6 и регулируемый дроссель 7. Гаситель соединен с жидкостной полостью гидропневмоаккумулятора 8, а газовая полость камеры — с зарядным клапаном 9 и предохранительным клапаном 10.
Следует отметить, что фундаментный блок под виброизолируемой машиной устраивается в следующих случаях:
- • корпус машины имеет недостаточную жесткость;
- • размещение виброизоляторов непосредственно под корпусом машины встречает конструктивные затруднения;
- • изолируется агрегат, состоящий из отдельных машин, устанавливающихся на одном фундаментном блоке;
- • требуется увеличить массу изолируемой установки и моменты инерции, чтобы уменьшить амплитуды ее вынужденных колебаний;
- • необходимо увеличить массу и моменты инерции изолируемой установки во избежание повышения частоты его собственных колебаний, которое вызывается увеличением жесткости виброизоляторов с тем, чтобы устранить недопустимые перекосы установки от временных статических нагрузок или уменьшить амплитуды собственных колебаний установки, вызванные случайными ударами (например, возможными толчками обслуживающего персонала при выполнении рабочих операций и т. п.).
В ряде случаев фундаментные блоки заменяются виброизоляцией специальной конструкции (рис. 99) [74]. Здесь в качестве виброизоляторов использованы 12 комплектов семилистовых эллиптических рессор Галахова. Рессоры располагаются в двух поясах по высоте подшаботной ямы (опорно-подвесной вариант).
Шабот 1 опирается на рессоры 2 через переходную раму 3. Вертикальность перемещения шабота при ударах, создающих дополнительный опрокидывающий момент, обеспечивается шестью роликовыми направляющими, установленными в раме перекрытия подшаботной ямы. Виброускорение в близлежащих жилых домах снижается в 20-30 раз.
Рис. 99. Подшаботная виброизоляция на невиброизолированом фундаменте
Разработаны рессорные подвесные виброизолированные фундаменты для штамповочных молотов (М210, М211, М212, КРН-800 и КРН-1250).
Рис. WO. Рессорные подвесные виброизолированные фундаменты штамповочных молотов
В этой конструкции фундамента (рис. 100) шабот 1 молота устанавливается на две балки 2, изготовленные из двутавров; балки вывешены на шпильках, которые на нижнем конце имеют специальные гайки 3, находящиеся в замках 4. Шпилька на верхнем конце имеет гайку, опирающуюся на поперечину 9. Для предотвращения самопроизвольного отвинчивания гайка снабжена шайбой. Рессоры фиксируются в поперечинах с помощью специальных гнезд и своими концами вставляются в пазы плит 8, приваренных к подкладкам 5. Подкладки при установке заливаются в тумбы фундамента 6. В рабочем положении фундамент должен быть закрыт настилом 7. Для предотвращения смещений молота по балкам предусмотрены шпонки, приваренные к балкам. Шпонки заходят в пазы шабота 1.
Рассмотренная конструкция позволяет устанавливать молоты на существующем фундаменте. Рессорные подвесные виброизолированные фундаменты имеют следующие преимущества перед фундаментами, располагаемыми непосредственно на грунте:
- • динамическая нагрузка на грунт снижается в 4-5 раз, а по сравнению с «жестким» фундаментом — в 25-30 раз;
- • затухание колебаний, совершаемых молотом после удара, происходит за один цикл;
- • размеры фундаментов в плане не выходят за пределы существующих «жестких»;
- • отсутствие массивного бетонного инерционного фундаментного блока, масса которого в 3-4 раза больше массы молота, стоимость в 8-9 раз меньше стоимости типового.
Виброизоляция
При работе любой машины из-за воздействия внешних сил и неуравновешенности инерционных нагрузок возникают периодические силы, передающиеся на несущие конструкции и фундамент машины. Если машину жестко закрепить на фундаменте, то па него полностью будут передаваться нагрузки, возникающие в машине. Однако если машину поставить на упругие элементы, то при соответствующем подборе параметров переменная составляющая реакции на фундамент может быть существенно снижена; при этом осуществляется так называемая виброизоляция машины.
Рассмотрим простейшую динамическую модель машины на упругой подвеске, показанную на рис. 6.7, а. Вначале примем, что центр масс машины занимает неизменное положение, и на нее действует гармоническая вынуждающая сила F = F0 cos со?, направленная вдоль вертикальной оси у. Как было показано в параграфе 5.3, вынужденные колебания при этом описываются следующей зависимостью:
причем амплитуда колебаний А без учета сил сопротивления определяется как
где 2 = (o/k — коэффициент частотной расстройки; собственная частота.
Введем в рассмотрение коэффициент виброизоляции ? = = RmJF„ где Я1шх — максимальное значение реакции, возникающей за счет силы F(t) и воздействующей на фундамент (основание). Поскольку R = сА, то
Таким образом, без учета силы сопротивления коэффициент виброизоляции равен коэффициенту динамичности ае (см. параграф 5.4).
Если потребовать где ^ л/2. В этом частотном диапазоне силы сопротивления при отсутствии специальных демпфирующих устройств сказываются слабо, поэтому в первом приближении в данном случае их можно не учитывать. Физическая сущность выявленного эффекта связана с тем обстоятельством, что в зарезонансном режиме сила инерции, возникающая при вынужденных колебаниях, находится в противофазе с вынуждающей силой и поэтому частично ее уравновешивает.
Отобразим поставленное условие на координатной плоскости коэффициент жесткости с — масса т (рис. 6.8, а). На основании формулы (6.17) можем записать
Следовательно, решению задачи отвечает область параметров, лежащая ниже прямой 1.
Вторым требованием может служить ограничение амплитуды колебаний Л 2 М/(т0 + М).
При этом согласно (5.18) при со > k и отсутствии диссипации (п = 0)
При учете (6.24) условие ^ приводится к виду
В плоскости параметров с — т0 (рис. 6.8, б) этому требованию отвечает область, лежащая ниже прямой 1, которая в данном случае, строго говоря, не исходит из начала координат, хотя при М
