ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ СТАЦИОНАРНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Проектирование виброизоляции машин и оборудования производится по руководству ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. Оно включает методики расчета: виброизоляции машин с периодической возмущающей нагрузкой; виброизоляции фундаментов под ковочные и штамповочные молоты; систем виброизоляции технологического оборудования для снижения передачи на него колебаний основания, вызываемых расположенным рядом виброактивным оборудованием.

Ниже приведена методика расчета наиболее распространенных опорных систем виброизоляции роторных машин (вентиляторов, компрессоров, насосов, воздуходувок, центрифуг) и оборудования, имеющего рабочее колесо и (или) вал, создающих при вращении неуравновешенную гармоническую центробежную силу (см. рис. 13.3).

Цель расчета систем виброизоляции - определение числа и типа стандартных виброизоляторов или числа и параметров пружин (упругих прокладок) для снижения уровня вибрации на рабочих местах до требований норм ГОСТ 12.1.012-90.

Рис. 13.3. Схемы систем виброизоляции машин: а - опорный вариант; б - подвесной вариант с пружинами, работающими на растяжение; в - вариант с подвесными стержнями и пружинами, работающими на сжатие; г — подвесной вариант с шарнирными стержнями; 1 — машина; 2 - постамент; 3 - виброизоляторы; 4 - подфундаментный короб (корыто)

Исходные данные к расчету: масса m и моменты инерции обору-

J „ I „ I у у 7

дования ^оох ’ ^о6у ’ ⁰⁰² относительно осей ^л ’¹ ’ ^ , проходящих

через его центр масс (тяжести); габаритные размеры оборудования,

а_пЬ_пс,

размеры фундаментного блока ^{(,) ({) (,)} и его масса М (если он

П

предусмотрен); число оборотов привода ^пр , неуравновешенная центробежная сила F ₅ приложенная к центру масс рабочего колеса; рас-

Р

стояние от опорной поверхности машины до центра масс системы ^г и

от центра масс системы до оси рабочего вала ; расстояния центра масс виброизолированной машины (Ц. М. В.) от оси рабочего колеса (вала) по вертикали йв и координаты е и f этого центра по горизон-

X Y Z

тальным осям в выбранной системе координат ¹ ’ ¹ ’ ¹, проходящей

через середину основания опорной плиты (см. рис. 13.4); нормативное

А

значение амплитуды виброперемещения ^ноР^м рабочего места на рабочем режиме установки по ГОСТ 12.1.012-78 (согласно Приложению 6 данного ГОСТа для гармонических колебаний могут задаваться амплитуды виброперемещения); допустимая по технологическим нормам

А_т р

амплитуда колебаний рабочего вала ^в ; скорость убывания ° частоты возмущения в режиме останова виброизолированной машины (для пружинных виброизоляторов).

Расчет осуществляется в следующем порядке:

1. Выбирают расположение виброизоляторов. Наиболее распространенной является схема установки машин с динамическими нагрузками на систему виброизоляторов, представленная на рис. 13.5. В этом случае центры масс виброизолированной системы 0 и опорной плиты (постамента) ^ находятся в одной вертикальной плоскости, которая перпендикулярна рабочему валу, но располагаются на разных вертикалях.

Виброизоляторы устанавливаются симметрично главным осям инерции установки. Это обеспечивает расположение на одной вертикали центра масс виброизолированной установки и центра жесткости виброизоляторов; расчет угловых частот собственных поступательных и вращательных колебаний установки значительно упрощается.

Рис. 14.4. Схема виброизолированного агрегата (на примере вентилятора)

2. Определяют координаты центра масс системы

(Ц. М. С.) «машина с динамическими нагрузками - опорная плита»

относительно координатных осей , имеющих начало посередине основания плиты:

где т - масса /-ой составляющей виброизолированной системы;

- координаты центра масс /-ой составляющей в системе

координат ; п - число составляющих системы.

3. По полученным значениям координат центра масс виброизо- лированной системы определяют ее моменты инерции (кг-м ) относительно осей , проходящих через центр масс агрегата (Ц. М.

А.).

В общем случае

где - моменты инерции / - го элемента относительно

осей, проходящих через его центр масс параллельно осям

- координаты центра масс i-го элемента в той же системе координат.

В рассматриваемом случае (см. рис. 13.6) система уравнений (14.3) имеет вид

где - координаты центра масс соответственно виброизолированного объекта и фундаментного блока в указанной выше системе координат

- моменты инерции фундаментного блока относительно осей, проходящих через его центр (Ц. М. Ф).

Рис. 13.5. Схема расположения пружинных виброизоляторов

При аппроксимации фундаментного блока в виде параллелепипеда

4. Рассчитывают значение угловой частоты (1/с) возмущающей

силы

5. Определяют возмущающие воздействия по каждой координате. Заданная центробежная сила заменяется вертикальной силой

и горизонтальной силой . Возмущаю-

F

щая сила ^mz, изменяющаяся по закону синуса, обусловливает возникновение крутящих моментов . Возмущающая сила

F

^тх, изменяющаяся по закону косинуса, обусловливает возникновение крутящих моментов , . Таким образом,

суммарные кпутяшие моменты вокруг осей составят

- координаты центра масс виброизолиро- ванного агрегата в системе координат

6. В первом приближении определяют значения амплитуд колебаний центра масс системы по осям координат (м) и

угловых колебаний вокруг этих осей (рад):

7. Определяют ориентировочные значения амплитуды вибропе-

X Y Z

ремещения вала рабочего колеса агрегата по осям ⁰ ’ ⁰ ’ ⁰:

Проводят сопоставление полученных значений с допускаемым

А

значением [ ^т по условиям технологического процесса. В случае необходимости изменяют параметры фундаментного блока и расположение виброизоляторов.

8. Определяют требуемое значение коэффициента эффективности виброизоляции:

/ X Y Z

где 7 - направление по осям ортогональной системы ( ’ ’ ).

9. Оценивают ожидаемую амплитуду силы, передаваемую на несущую конструкцию, на которой располагается рабочее место, в направлении]:

F_ki

10. Исходя из полученного значения ⁷ , проводят контроль прочности несущей конструкции, что особенно важно при расположении виброактивного оборудования на перекрытии зданий.

11. Определяют требуемый коэффициент передачи вибрации (виброизоляции)

12. Находят требуемое значение отношения

13. Полученное максимальное значение или весе

личина большая ^тах закладывается в дальнейший расчёт. Исходя из

а,

полученных значений ⁷ , определяют угловые (1/с) и циклические (Гц) частоты собственных колебаний в отдельных направлениях пространства:

14. Вычисляют потребные суммарные жесткости системы виб-

X Y 7

роизоляции в направлении осей j ортогональной системы ( ’ ’ ):

15. Определяют значение критерия скорости убывания частоты вращения к квадрату частоты собственных колебаний

где ^ - скорость нарастания или убывания числа оборотов машины,

f

Гц/с; ^J 0z - частота собственных колебаний машины, Гц.

Далее по коэффициентам неупругого сопротивления

У 0, 01 ^_СЛу_Ча]^ _{стальных} пружин) по графику на рис. 13.6 определяют отношение

а

где ^maxz - максимальная амплитуда колебаний установки при про-

а

хождении через резонанс в режиме останова, см; ^mz - амплитуда вертикальных колебаний машины при рабочем режиме.

F

17. Полученные значения ^maxz сравнивают с допустимыми с точки зрения прочности поддерживающей строительной конструкции.

При необходимости изменяют параметры фундаментного блока d I,b.1 с I

^{ср 9} , расположение виброизоляторов либо режим работы уста-

72 .

НОВКИ ^ПФ .

q •

18. Для полученного значения ^J , и выбранного количества виброизоляторов ^ определяют потребную динамическую жесткость

одного виброизолятора и расчётную нагрузку на него.

Рис. 13.6. Зависимость ^, характеризующая затухание вибрации во времени

16. Оценивают и максимальное амплитудное значение вертикальной силы, передающейся через виброизоляторы при пуске или останове агрегата,

Расчетная нагрузка по оси Z на каждый пружинный виброизолятор, в случае их применения, определяется по формуле

где - статическая нагрузка на виброизолятор, Н;

- динамическая нагрузка на виброизолятор, Н. Динамическую нагрузку по другим осям рассчитывают по аналогичным формулам:

19. Зная нагрузку на виброизолятор и его потребную динамическую жесткость, подбирают стандартные виброизоляторы.