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碎煤機(jī)房振動問題的有限元分析

2020-06-07 08:33戴文峰
工程與建設(shè) 2020年6期
關(guān)鍵詞:樓面共振振型

戴文峰

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司,湖南 長沙 410012)

0 引 言

在工業(yè)建筑工程中,經(jīng)常有動力機(jī)器設(shè)置在樓層上,使樓層產(chǎn)生不允許的振動問題,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,框架抗震等級為三級,場地類別為Ⅱ類,基本風(fēng)壓為0.35 kPa。工藝設(shè)計將環(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)計未考慮減振裝置。

1.2 振動情況

該碎煤機(jī)房自試運(yùn)行以來,在破碎機(jī)啟動后,碎煤機(jī)房的二樓樓面大部及三樓樓面煤斗開孔附近局部振感強(qiáng)烈,甚至在煤斗下料時,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)字存貯測振儀測得的結(jié)果,空載運(yùn)行時在破碎機(jī)附近的振動最大峰值響應(yīng)為203 μm,加速度峰值可達(dá)到1.5 m/s2,振動感覺達(dá)到Ⅴ等級標(biāo)準(zhǔn),使人感覺強(qiáng)烈不舒適。考慮到結(jié)構(gòu)的安全性,該項(xiàng)目要求對振動原因進(jìn)行分析,并拿出一個解決該問題的處理方案。

1.3 振動原因分析

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)房振動體系的共振頻率范圍內(nèi),從而引起整個結(jié)構(gòu)體系的共振,是需要通過分析計算才能知曉的。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)變頻等方法來解決此振動問題,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問題?本文利用MIDAS有限元軟件對原結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了理論分析,并考慮到現(xiàn)場場地等因素確定了一個最經(jīng)濟(jì)、便利的加固方案。

2 有限元模型分析

2.1 模型簡介

計算工具采用MIDAS有限元分析軟件,為簡化理論分析,模型研究對象為由破碎機(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)行動荷載簡化為一簡諧振動荷載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,在簡諧荷載作用下,其振動響應(yīng)如圖1所示,自振模態(tài)分析部分結(jié)果見表1。

圖1 原模型振動響應(yīng)

表1 原模型部分振型特征周期值

振動模態(tài)及時程分析結(jié)果表明,在簡諧荷載作用點(diǎn)附近,最大振動位移為96.46 μm,豎向振動主要參與振型中,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)場實(shí)際場地情況,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)果見表2。

圖2 加柱后模型振動響應(yīng)

表2 加柱后模型部分振型特征周期值

從分析計算結(jié)果可以看出,在梁跨中加設(shè)一個鋼柱支撐后,豎向振動主要參與振型中,第4、7、9自振周期均避開了機(jī)振頻率(16 Hz)共振范圍,在簡諧荷載作用點(diǎn)附近,最大振動位移為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幅度。

圖3 模型振動響應(yīng)比較

3 結(jié) 論

(1)振動問題歷來是個非常復(fù)雜且難以徹底解決的問題,在MIDAS有限元振動分析過程中,計算模型、計算依據(jù)(破碎機(jī)技術(shù)參數(shù))等條件均做了相應(yīng)簡化處理,其分析結(jié)果僅供定性判斷參考。

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

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