CC BY
32
УДК 677:628.517.2
Б.С. Сажин, О.С. Кочетов, Л.Я. Живайкин, В.Б. Сажин, М.А. Апарушкина, А.В. Костылева, Е.В. Орешкина
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАСЧЕТ СИСТЕМ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ АППАРАТОВ С ВИБРОКИПЯЩИМ СЛОЕМ, УСТАНОВЛЕННЫХ НА МЕЖЭТАЖНОМ ПЕРЕКРЫТИИ
In work theoretical models of calculation of systems vibroinsulation are submitted for devices with is horizontal located vibrotray, allowing to consider vibroinsulation installation of these devices on the nonrigid (real) basis of industrial premises. The program on PC of calculation dynamic characteristics of these systems for optimum selection of parameters of vibroinsulators under concrete interfloor overlapping of the enterprise is created. The calculation executed on the basis of the above-stated theoretical positions, has shown, that the system vibroprotection with vibroinsulators such as OV 30-1-1 reduces the dynamic loadings transmitted by a vi-brodryer on interfloor overlapping in 2...3 times and provides vibrosafety to an operators in all a normalized range of frequencies.
В работе представлены теоретические модели расчета систем виброизоляции для аппаратов с горизонтально расположенным вибролотком, позволяющие рассмотреть виброизолирующую установку этих аппаратов на нежестком (реальном) основании производственных помещений. Создана программа расчета на ПЭВМ динамических характеристик этих систем для оптимального подбора параметров виброизоляторов под конкретное межэтажное перекрытие предприятия. Расчет, выполненный на основании вышеизложенных теоретических положений, показал, что система виброзащиты с виброизоляторами типа ОВ 30-1-1 уменьшает динамические нагрузки, передаваемые вибросушилкой на межэтажное перекрытие, в 2...3 раза и обеспечивает вибробезопасность аппаратчиков во всем нормируемом диапазоне частот.
Расчетные модели систем виброизоляции вибросушилок на абсолютно жестком основании предполагали неподвижное основание под виброизоляторами с большой (в сравнении с вибросушилкой) массой или значительной (по сравнению с виброизоляторами) жесткостью, что вполне справедливо для упругой установки этих аппаратов на первом этаже зданий без подвальных помещений. Однако при установке вибросушилок на межэтажные перекрытия фабричных зданий и корпусов принятые допущения становятся некорректными, поскольку масса балок и плит перекрытия меньше массы устанавливаемого на нем оборудования, а жесткость перекрытия соизмерима с жесткостью виброизоляторов. Для расчета таких случаев метод сосредоточенных параметров распространим и на элементы межэтажного перекрытия.
На рис.1 показана принципиальная схема аппарата с горизонтальным вибрирующим лотком, состоящим из лотка 2, закрепленного посредством наклонных пружин 1 на тяжелой плите 13. Почти вдоль всего лотка с нижней его стороны проходит ребро жесткости 12, к которому на шарнире закреплен шатун эксцентрикового вибратора 11. Определенный наклон пружин 1 при работе вибратора 11 создает возвратно-поступательный характер перемещения лотка в направлении, нормальном к оси пружин, обеспечивая заданный угол бросания материала относительно поверхности лотка. Лоток имеет двойное дно, образующее короб 3 для подачи теплоносителя. Потолок короба или дно 4 лотка, по которому перемещается обрабатываемый материал, выполнено из сетки. Газ, подаваемый в короб через соединительный патрубок 8, через сетку 4 поступает под слой материала, а из-под кожуха 6 через соединительный патрубок 5 выводится из аппарата. Материал загружают на лоток через окно 7, выгружают в противоположном конце аппарата. Плита 13 через резиновые амортизаторы 9 опирается на межэтажное перекрытие производственного помещения. При выборе параметров виб-
рации необходимо выполнять условие, при котором материал перемещается с периодическим отрывом слоя от поверхности лотка. Применение виброизоляторов позволяет устанавливать аппараты на сравнительно легких конструкциях, на которые не передаются ни динамические нагрузки, ни вибрация. Данная задача должна решаться с обязательным рассмотрением вопросов динамики работы вибросушилки на конкретном, имеющем определенные динамические характеристики, основании или межэтажном перекрытии с применением виброизоляторов соответствующей жесткости.
Рис.1. Принципиальная схема аппарата с горизонтальным вибрирующим
лотком
с эксцентриковым вибратором.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи установки вибросушилок на отечественные виброизоляторы типов ОВ-30, ОВ-31, ОВ-33.
Рассмотрим методику расчета параметров виброизоляторов для вибросушилок в зависимости от их режимов работы и характеристик межэтажного перекрытия, на котором они смонтированы.
Схема № 1. Система виброизоляции без демпфирования. Безынерционное упругое основание, лишенное демпфирования (рис. 2а).
|ТР)| =-: 1
1 -
Р
(c + c)'
(1)
где с1 - жесткость основания.
В этих схемах дополнительными исходными данными для расчета параметров системы виброизоляции являются величины m1, с1 и Ь1, характеризующие инерционно-упругие свойства межэтажного перекрытия, которые получают экспериментальным методом осциллографирования и обследованием межэтажного перекрытия, предусматривающими помимо взятия «шурфов» запись свободных колебаний перекрытия при неработающем цехе (возбуждение - импульс единичной силы), а также вынужденных колебаний при различных режимах работы оборудования.
Из проведенного машинного эксперимента следует, что на частоте вынужденных колебаний вибросушилки, равной 148,6 с-1 (1420 об/мин), при установке ее на виброизоляторы модели ОВ 30-1-2 с собственной частотой перекрытия Г = 16 Гц (ш1=100,48 сек-1) имеет место режим виброизоляции при всех значениях Р2, причем коэффициент
2
передачи на частоте работы вибросушилки колеблется соответственно в диапазоне 0,5 (Р2 = 1000 кГс) ... 0,19 (Р2 = 2000 кГс, см. рис.3).
БИета 1
б)
511ета_2 I P2Cospt
Рис. 2. Расчетные схемы системы «вибросушилка на виброизоляторах» типа ОВ-30 при установке ее на реальное (нежесткое) основание: а) безынерционное упругое основание, лишенное демпфирования; б) инерционное основание, лишенное жесткости и демпфирования.
При установке вибросушилки на виброизоляторы той же модели, но с собственной частотой перекрытия f = 25 Гц (©¡=157 сек-1) качество виброизоляции снижается практически в 2 раза: 0,95 (Р2 = 1000 кГс) ... 0,32 (Р2 = 2000 кГс).
Схема № 2. Система виброизоляции без демпфирования. Инерционное основание, лишенное жесткости и демпфирования (рис. 2б).
т»1 =
1
(1 - А+
(2)
©
т
где т1 - масса основания.
Анализируя результаты исследований по схеме № 2 можно сделать вывод, что на частоте вынужденных колебаний вибросушилки, равной 148,6 с-1 (1420 об/мин), при установке ее на виброизоляторы модели ОВ 30-1-1 при значении Р2 = 1000 кГс режим виброизоляции отсутствует (см. рис.4). Однако, начиная с Р2 = 1250 кГс коэффициент передачи на частоте работы вибросушилки становится меньше 1, т.е. система виброизоляции включается в работу.
Схема №3. Система виброизоляции без демпфирования. Вязко-демпфированное основание, лишенное упругости и инерции
Кр)\ =
1
1 -
р
©
+
р ст
(3)
©
к
'2 ; ^2 к где к1 - абсолютная величина вязкого демпфирования основания.
Анализируя результаты исследований по схеме № 3 можно сделать вывод, что на частоте вынужденных колебаний вибросушилки, равной 148,6 с-1 (1420 об/мин), при установке ее на виброизоляторы модели ОВ 30-1-1 с собственной частотой перекрытия f = 16 Гц (©1=100,48 сек-1) имеет место режим виброизоляции при всех значениях Р2,
о
1
1
причем коэффициент передачи на частоте работы вибросушилки колеблется соответственно в диапазоне 0,002 (Р2 = 1000 кГс) ... 0,001 (Р2 = 2000 кГс).
Рис. 3. Коэффициент передачи системы «вибросушилка на виброизоляторах типа «ОВ 30-1-2» при установке ее на реальное (нежесткое) основание и при отсутствии демпфирования в системе виброизоляции. Безынерционное упругое основание, лишенное демпфирования. Параметры системы: Р2 (уаг 1000...2000 кГс); Р1=0; С2 = 15657 кГс/см;
С1 = 15657 кГс/см; Б1 =0; Б2 =0.
Схема № 4. Система виброизоляции без демпфирования. Инерционное упругое основание с вязким демпфированием
Кр) =
1
( Л2
(1 - трр 1
V С )
ч2ра - 2чр2(с- чр2)(1 -
2
чр
С2 )
(4)
(с - ЧР2)2 + Р2^12
п
к
2^/сЧ'
¿1
п
к
1
4
(5)
(6)
Анализируя результаты расчетов по схеме № 4 можно сделать следующие выводы. На частоте вынужденных колебаний вибросушилки, равной 148,6 с-1 (1420 об/мин), при установке ее на виброизоляторы модели ОВ 30-1-1 с собственной частотой перекрытия Г = 16 Гц (ш1=100,48 сек-1) имеет место режим виброизоляции при всех значениях Р2, причем коэффициент передачи на частоте работы вибросушилки колеблется соответственно в диапазоне 0,47 (Р2 = 1000 кГс) ... 0,18 (Р2 = 2000 кГс). При установке
вибросушилки весом Р2 = 1500 кГс на виброизоляторы той же модели и на перекрытие с той же собственной частотой, но при варьировании параметра Р1 = 1000...2000 кГс, на графике отчетливо видно наличие пяти резонансных пиков в диапазоне частот 100...137 с1 , причем величина наибольшего резонансного пика достигает Т(ш) = 17,9, частота среза которого равна 120 с-1.
Рис. 4. Коэффициент передачи системы «вибросушилка на виброизоляторах типа «ОВ 30-1-1» при установке ее на реальное (нежесткое) основание и при отсутствии
демпфирования в системе виброизоляции. Инерционное основание, лишенное жесткости и демпфирования. Параметры системы: Р2 (уаг 1000...2000 кГс); Р1=1500 кГс;
С2 = 8807 кГс/см; С1 = 0; Б1 =0; Б2 =0.
Выводы
1. Разработаны теоретические модели расчета систем виброизоляции для аппаратов с горизонтально расположенным вибролотком, позволяющие рассмотреть виброизолирующую установку этих аппаратов на нежестком (реальном) основании производственных помещений.
2. Создана программа расчета на ПЭВМ динамических характеристик этих систем для оптимального подбора параметров виброизоляторов под конкретное межэтажное перекрытие предприятия.
3. Расчет, выполненный на основании вышеизложенных теоретических положений, показал, что система виброзащиты с виброизоляторами типа ОВ 30-1-1 уменьшает динамические нагрузки, передаваемые вибросушилкой на межэтажное перекрытие, в 2... 3 раза и обеспечивает вибробезопасность аппаратчиков во всем нормируемом диапазоне частот.
4. Проведенные экспериментальные исследования уровней вибрации на рабочих местах вибросушилки для поливинилацетата бисерного, установленной на виброизоляторы модели ОВ30-1-1 на втором этаже завода «Поливинилацетат», подтверждают достоверность теоретических исследований динамических характеристик системы «вибросушилка - виброизоляторы - реальное основание» и машинного эксперимента, проведенного на ПЭВМ.
