4Влияние различных параметров на результаты гашения вибрации на одиночные опоры
в фундаментах оборудования в промышленных зданиях
Кущев Иван Евгеньевич
д.т.н., профессор кафедры ПГС Рязанского института (филиала) ФГАОУ ВО «Московский политехнический университет»
Тукаев Илья Эдуардович
магистрант кафедры ПГС Рязанского института (филиала) ФГАОУ ВО «Московский политехнический университет», ietukaev@rnpk.rosneft.ru
Статья посвящена изучению влияния различных характеристик устройств для гашения среднечастотных вибраций в фундаментах промышленных зданий от станочного оборудования с использованием физических моделей. В качестве основных параметров вибрации рассмотрены: частоты вращения; величина дисбаланса. В качестве устройств рассеивания энергии колебаний рассмотрены упругие и вязкоупругие элементы, причём на первых характеристики менялись с помощью затяжки. Ключевые слова: станочное оборудование, фундаменты, колебания, гашение вибрации.
Одним из вариантов получения высокой точности при работе станочного оборудования является устранение вибрации, которая появляется вследствие динамических нагрузок при черновом точении вращающихся неуравновешенных заготовок. Особую проблему в таких случаях проявляют ситуации, когда резец снимает первый слой неравномерный по толщине, что в процессе точения может вызывать попадания станка на резонансные частоты [1].
В этом случае на токарных и лобовых станках, происходят вибрационные колебания самой детали, резца с суппортом, люнетов и задней бабки, что снижает точность обработки детали.
В качестве объекта исследования была выбрана гибридная система гашения вибраций пружинного типа с резиновыми прокладками между станком и фундаментом [2]. Данный выбор обосновывается тем, что разнородные системы гашения колебаний сложнее ввести в резонанс [3].
Для проведения исследований была выбрана осевая модель одиночного демпфера со скоростным режимом п=167 об/мин, трёх грузовым смещением, представленная на рисунке 1.
Особенностью данной установки является то, что гасители её колебаний (пружинный 4 и резиновый 5) от вибратора 1 работают совместно, установленные на оси 6, которая соединяя имитационную модель корпуса станка 2 с фундаментом 7, через резиновые прокладки 5. В качестве исследуемого образца, которого снимались показания вибрации с помощью индикаторных головок часового типа использовалась имитационная модель корпуса станка 2 с одной степенью свободы (вертикальные перемещения).
а - установка с несжатой пружинои и тремя резиновыми прокладками; б - установка с частично сжатой пружиной и двумя резиновыми прокладками; в - установка с полностью сжатой пружиной и одной резиновой прокладкой; е - эксцентриситет вибратора; 1 - генератор вибрации; 2 - имитационная модель корпуса станка; 3 - устройство затяжки пружины; 4 - пружина; 5 - резиновые прокладки; 6 - стяжная ось; 7 - модель фундамента.
Рисунок 1 - Виды исследовательской установки.
Исследования были разбиты на группы, которые объединялись в серии. В качестве факторов в исследованиях рассматривались:
Х1 - количество грузов в генераторе вибрации; Х2 - количество резиновых прокладок; Хз - величина сжатия пружины; в качестве функции отклика Y рассматривалась амплитуда колебаний имитационной модели корпуса станка.
В качестве первой группы были рассмотрены результаты работы установки с 3-мя резиновыми прокладками и полной затяжкой пружины, которые приведены в табл. 1 и рис. 2.
ослаблением затяжки пружины сперва увеличилась амплитуда колебания на первом грузе, образованием минимума на втором. А при последующем ослаблении, практически до полного, амплитуды колебаний на первом и втором грузах вибратора снизились, но в 1,5 раза выросли при установке третьего груза на генераторе вибрации.
Таблица 3
Третья группа испытаний с 3-мя резиновых прокладки и слабой затяжкой
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
7 1 0,32
8 2 0,14
9 3 1,52
О
сч
N
О!
Таблица 1.
Первая группа испытаний с 3 резиновыми прокладками и полной затяжкой
№ п/п
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
4 1 1,00
5 2 0,44
6 3 0,70
Количество грузов, шт.
Амплитуда колебаний, мм
0,20
0,60
0,32
Рисунок 2 - График первой группа испытаний
Второй была рассмотрена группа с тремя резиновыми прокладками и средней затяжкой, результаты которых представлены в табл. 2 и на рис. 3.
Таблица 2.
Вторая группа испытаний с 3-мя резиновых прокладки и средней затяжкой
№ п/п
4
Количество грузов, шт.
1
2
Амплитуда колебаний, мм
1,00
0,44
0,70
Рисунок 4 - График третьей группы испытаний.
Итоговый график первой серии приведён на рис. 5. На нём чёрными линиями показаны амплитуд вибрации в зависимости от количества грузов на генераторе вибрации при постоянной затяжке пружины, а красными - амплитуды вибрации в зависимости от величины затяжки при постоянном числе грузов на генераторе вибрации.
Рисунок 3 - График второй группа испытаний
Третьей группой в этой серии была работа исследовательской установки с тремя резиновыми прокладками и слабой затяжкой, результаты которых приведены в табл. 3 и рис. 4.
Если на первом графике этой группы, чётко прослеживался одиночный экстремум при сравнительно небольшой амплитуде колебаний, то с
Рисунок 5 - Первая серия опытов при 3-х резиновых прокладках
Следующая серия, представленная начальной четвёртой группой в табл. 4 и графиком на рис. 6, по сравнению со всеми остальными экспериментами,
3
3
5
6
3
показала практически резонансные значения описываемые равнением у =
Таблица 4.
Четвёртая группа испытаний с 2-мя резиновыми прокладками и слабой затяжкой
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
10 1 0,84
11 2 1,50
12 3 3,12
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
13 1 0,24
14 2 0,70
15 3 0,56
На каждом шаге увеличения грузов на генераторе вибраций четвёртой группе с двумя резиновыми прокладками и малой затяжкой наблюдается практическое удвоение амплитуды колебаний, данный эффект на рис. 6 выделен красным цветом.
Тем более интересно выглядят результаты испытаний других групп этой серии, которые не предсказывают появление резонанса, поддерживая свои значения на обычном уровне.
Рисунок 7 - Пятая группа (2-е резиновых прокладки, средняя затяжка)
Результаты экспериментов шестой группы с двумя резиновых прокладками при полной затяжке пружины приведены в табл. 6 и рис. 8.
Таблица 6
Пятая группа испытаний с 2-мя резиновыми прокладками и полной затяжке
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
16 1 0,40
17 2 1,10
18 3 0,60
О 1 2 3 N. пгг. Рисунок 6 - График четвёртой группы испытаний
Результаты экспериментов пятой группы с двумя резиновых прокладками при средней затяжке пружины приведены в табл. 5 и рис. 7.
Таблица 5
Пятая группа испытаний с 2-мя резиновыми прокладками и средней затяжке
Они показывают совершенно спокойное колебание системы (до 1 мм) с выраженным экстремумом величиной 0,7 мм.
Рисунок 8 - Шестая группа (2-е резиновые прокладки, полная затяжка)
Они показали некоторое превышение спокойных колебаний системы (10 %) с выраженным экстремумом величиной 1,10 мм.
Итоговый график второй серии приведён на рис. 9. На нём чёрными линиями показаны амплитуд вибрации в зависимости от количества грузов на генераторе вибрации при постоянной затяжке пружины, а красными - амплитуды вибрации в зависимости от величины затяжки при постоянном числе грузов на генераторе вибрации.
В качестве седьмой группы последней третьей серии экспериментов представим результаты работы установки с одной резиновой прокладкой и полной затяжкой пружины, которые приведены в табл. 7 и рис. 10.
График вибрационных колебаний характеризуется экстремальным всплеском по сравнению с одно и трёх грузовым созданием колебаний вибрационным генератором, что подтверждает вариативную нелинейность колебаний под действием вибрации.
О Я О X
о
К
0)
с т ■о о
5 Т
V
О
ч и а
Рисунок 9 - Вторая серия опытов при 2-х резиновых прокладках
Таблица 7
Седьмая группа испытаний с 1-ой резиновой прокладкой и полной затяжке
Таблица 8
Восьмая группа испытаний с 1-ой резиновой прокладкой и средней затяжкой
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
22 1 0,46
23 2 0,40
24 3 0,70
При этом следует отметить, характер вибрационных колебаний в общем спокойный (менее 1 мм) и разница в значениях составляет 0,3 мм.
А, мм 11
1,0
0,8 0,6 0,4 0,2 0
0 1 2 3 N. шт.
Рисунок 10 - Восьмая группа (1-а резиновая прокладка, средняя затяжка)
В последней девятой группе исследования вибрации системы наблюдался резкий подъём от одно грузового возбуждении колебаний до трёх грузового возбуждении колебаний, данные о которых приведены в табл. 9 и на рис. 11.
Таблица 9
Девятая группа испытаний с 1-ой резиновой прокладкой и малой затяжке
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
19 1 0,18
20 2 1,50
21 3 0,16
№ п/п Количество грузов, шт. Амплитуда колебаний, мм
1 1 0,12
2 2 0,28
3 3 0,90
А, мм |
о 1 2 з к н
Рисунок 10 - Седьмая группа (1-а резиновая прокладка, полная затяжка)
В восьмой группе исследования вибрации системы был выявлен малый экстремум при одно грузовом возбуждении колебаний, с последующим снижением при двух грузовом и возрастанием при трёх грузовом возбуждении колебаний, данные о кото-со рых приведены в табл. 8 и на рис. 11.
N
01
А, мм 11
1,0 -
Рисунок 11 - Девятая группа (1-а резиновая прокладка, малая затяжка)
Из-за ограниченной зоны исследования сказать что-то о дальнейшем возрастании амплитуды вибрации нельзя, график может при большем нагруже-нии может перейти как в резонансный режим, так и режим экстремума.
Итоговый график третьей серии приведён на рис. 12. На нём чётко просматривается одиночный экстремум при двух грузах на генераторе вибрации и одной резиновой прокладке с полной затяжкой.
А, мм к
1,6 -
1.4 -
1.2 -
1.0 -
0.8 -
0.6 -
0.4 -
0.2 J
Рисунок 12 - Третья серия опытов при 1-й резиновой прокладке
В целом рассматривая проведённые испытания, можно отметить, что они подтвердили вариативную нелинейность колебаний под действием вибрации с возможным образованием как экстремумов, так и резонансов. Для первых требуется усиление анкерных болтов, используемых в установке оборудования на фундамент. Для вторых требуются специальные электронные устройства с временем срабатывания не более 0,001 с, выводящие системы «крепление станка - анкер - фундамент» из резонанса.
Influence of various parameters on the results of vibration damping on
equipment foundations in industrial buildings Kushchev I.E., Tukaev I.E.
Ryazan Institute (Branch) of FSAEI HE Moscow Polytechnic University The article is devoted to the influence of various characteristics of devices for damping medium-frequency vibrations in foundations of industrial buildings from machine tools using physical model. Elastic and viscoelastic elements as devices for dissipation the energy vibration, and at the first, the characteristics were change tightening. Keywords: changing the parameters of machine equipment, foundations,
vibrations, vibration damping. References
1. A. V. Vasil'ev, A. I. Gleizer, and N. S. Chernov, Russ. Reducing vibration and
low-frequency noise of power plants and connected mechanical systems using gas pressure fluctuation dampers and active compensators // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, v. 13, Mechanics and Engineering No. 4, 2011 - p. 281 - 287 https: // cyberleninka.ru/article/n/snizhenie-vibratsii-i-nizkochastotnogo-shuma-energeticheskih-ustanovok-i-prisoedinennyh-mehanicheskih-sistem-s-ispolzovaniem (last accessed 11/12/2022).
2. Kashin S.G. Vibration protection: Proc. allowance / S.G. Kashin. - Kazan:
Publishing House of the Kazan State. un-ta, 2012. - 133 p.
3. Kushchev I.E., Tukaev I.E. The results of laboratory tests of vibration damping
on the foundations of industrial equipment buildings // Innovations and Investments, No. 11, 2022, p. 219-223
Литература
1. Васильев А.В., Глейзер А.И., Чернов Н.С. Снижение вибрации и низкочастотного шума энергетических установок и присоединённых механических систем с использованием гасителей колебаний давления газа и активных компенсаторов //Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, Механика и машиностроение № 4, 2011 - с.281 - 287https://cyberleninka.ru/article/n/snizhenie-vibratsii-i-nizkochastotnogo-shuma-energeticheskih-ustanovok-i-prisoedinennyh-mehanicheskih-sistem-s-ispolzovaniem (последнее обращение 12.11.2022).
2. Кашин С.Г. Защита от вибрации: Учеб. пособие / С.Г. Кашина. - Казань: Изд-во Казанского гос. ун-та, 2012. - 133с.
3. Кущев И.Е., Тукаев И.Э. Результаты лабораторных испытаний гашения вибрации на фундаменты промышленных зданий оборудования // «Инновации и инвестиции» № 11, 2022, с. 219-223
Q х о
X
о 2 S X
а)
о
4 ■о о
5
ч
о а
Т
о ч го а
