Füüsika: mass, vedru ja mis tegelikult isoleerib

Iga vibratsiooniisolatsioonisüsteem on aluses üks ja seesama asi: vedrul olev mass. Masin on mass. Kinnitus on vedru. Ja nende vahel on teatav summutus – materjali võime muuta vibratsioonienergia soojuseks.

Insenerid modelleerivad seda kui mass-vedru-damper süsteem kolme parameetriga: mass \(m\) (kg), jäikus \(k\) (N/m) ja summutustegur \(c\) (N·s/m). Nendest kolmest arvust järeldub kõik muu.

Omavõnkesagedus: arv, mis määrab kõik

Kõige olulisem parameeter on süsteemi loomulik sagedus — sagedus, millega see võnguks, kui masinat alla vajutada ja seejärel lahti lasta. Väiksem jäikus või suurem mass annab madalama omavõnkesageduse:

See number on kõik. See määrab, kas teie kinnitused isoleerivad, ei tee midagi või teevad olukorra katastroofiliselt hullemaks. Kogu disainiprotsess seisneb selle numbri õigeks saamises masina töösageduse suhtes.

Läbilaskvus: kui palju läbi pääseb

Vundamendile edastatud jõu ja masina tekitatud jõu suhet nimetatakse ülekanduvus (\(T\)). Lihtsustatud summutamata kujul:

Kus \(f_{exc}\) on ergastussagedus (masina töökiirus Hz-des) ja \(f_n\) on isolaatori loomulik sagedus. Kui \(T = 0,1\), jõuab vundamendini ainult 10% vibratsioonijõust – see on 90% isolatsioon. Kui \(T = 1\), edastatakse kõik. Kui \(T > 1\), on alused võimendav vibratsioon.

Kolm tsooni – ja miks üks neist asja hullemaks teeb

Ülekandevõime võrrand loob kolm erinevat töötsooni. Nende mõistmine eristab toimivat isolatsiooni ja probleemi süvendavaid kinnitusi.

Projekteerimise töövoog: aluste suuruse määramine staatilise läbipainde abil

Vibratsioonikinnituste suuruse praktiline määramine kohapeal on järgmine: staatiline läbipaine — kui palju kinnitus masina raskuse all kokku surutakse. See välistab jäikustabelite ja vedrutugevuse spetsifikatsioonide vajaduse. Üks arv — millimeetrid läbipaindet koormuse all — näitab loomulikku sagedust.

Või vastupidi: \(\delta_{st} = \left(\frac{5}{f_n}\right)^2\) cm. See on valem, mida te kõige rohkem kasutate.

Kinnitustüübid: kummist, vedrudest, õhkvedrudest ja inertsialustest

Vundamendiefektid ja vibratsioonisillad

Jäigad vs. paindlikud vundamendid

Isolatsiooniarvutused eeldavad, et vundament on lõpmatult jäik – see ei liigu. Maapinna tasemel betoonplaadid on piisavalt lähedal. Kuid ülemised hoonekorrused, terasest vahekorrused ja katuseraamid seda ei ole. Need on painduvad vundamendid — neil on oma loomulik sagedus.

Kui paigaldate isolaatorid painduvale põrandale, lisandub põranda läbipaine isolaatori läbipaindele. See nihutab süsteemi sagedusi ettearvamatul viisil. Kombineeritud "masin-isolaator-põrand" süsteem võib tekitada resonantse, mis arvutustes ei kajastu. Painduvate põrandate puhul peate kas arvestama põranda dünaamiliste omadustega (mis nõuab konstruktsioonianalüüsi) või isolatsiooni üleprojekteerima suurema varuga – püüdma saavutada sagedussuhte 5:1 või 6:1 4:1 asemel.

Vibratsioonisillad: isolatsiooni vaikne tapja

See on kõige levinum põhjus, miks "õigesti projekteeritud" isolatsioon kohapeal ebaõnnestub. Paigaldate ilusad vedrukinnitused, arvutate kõik välja, mõõdate vundamendi – ja vibratsioon on ikkagi olemas. Miks? Sest jäik toru, kanal või kaablirenn ühendab masina raami otse hoone konstruktsiooniga, möödudes kinnitustest täielikult.

Iga jäik ühendus on vibratsioonisild. Torud, kanalid, kaitsejuhtmed, äravoolutorud, suruõhutorud – igaüks neist võib isolatsiooni lühistada. Lahendus on põhimõtteliselt lihtne, kuid praktikas sageli vaevaline: paigaldage igale torule ja kanalile, mis ühendub isoleeritud masinaga, painduvad ühendused (lõõts, punutud voolik, paisumissilmused). Jätke kaablitesse lõtk. Kontrollige, et pärast paigaldamist ei puutuks masina raami vastu jäigad kronsteinid ega kõvad tõkked.

Väliaruanne: Jahutuskompressor kolmandal korrusel

Lõuna-Euroopas asuva ärihoone kolmanda korruse mehaanikaruumi paigaldati 90 kW kruvikülmik. Kompressor töötab kiirusel 2940 p/min (49 Hz). Teise korruse elanikud kaebasid betoonplaadi kaudu leviva madalsagedusliku sumina ja vibratsiooni üle.

Jahuti toetus originaalkummist alustele – õhukestele patjadele, mis koormuse all umbes 1 mm paindusid. See annab loomulikuks sageduseks ligikaudu \(f_n = 5/\sqrt{0.1} \approx 16\) Hz. Sagedussuhe: 49/16 = 3,1:1. Paberil vaevu piisav, kuid painduv põrandaplaat tõstis süsteemi efektiivset sagedust. Ja kompressorist kollektorisse kulgesid jäigalt kolm külmaaine toru – klassikalised vibratsioonisillad.

Asendasime kummipadjad vedruisolaatoritega (läbipaine 25 mm, \(f_n \um 3,2\) Hz, suhe 15:1) ja paigaldasime kõigile kolmele külmaainetorule punutud painduvad ühendused. Enne/pärast vibratsiooni teise korruse laes, mõõdetuna ... Balanset-1A plaadi alumisel küljel:

Kaebused lakkasid. Põrandal mõõdetud 0,3 mm/s jääb enamiku inimeste jaoks alla ISO 10816 tajumisläve. Ainult vedrud poleks seda saavutanud – umbes 40% algsest edastatud vibratsioonist tuli läbi jäiga torustiku. Mõlemad parandused olid vajalikud.

Levinud vead, mis tühistavad isolatsiooni

1. Kinnitused on liiga jäigad (ebapiisav läbipaine). See on kõige sagedasem viga. Õhukesed kummist padjad, mille läbipaine on raskete seadmete all 0,5–1 mm, annavad kõrge omavõnkesageduse. Kui see on peaaegu sõidukiirusel, siis on tegemist võimenduse, mitte isolatsiooniga. Arvutage alati kõigepealt läbipaine – ärge lihtsalt "pange kummi alla"."

2. Jäigad torustikuühendused. Vt eespool. Iga jäik toru, kanal ja torujuhe, mis puutub kokku nii masina kui ka hoone konstruktsiooniga, on vibratsioonisild. Paindlikud ühendused kõigil torudel. Erandeid pole.

3. Pehme jalg. Kui masina raam on väändunud või kinnituspind on ebaühtlane, kannavad üks või kaks kinnitust suurema osa koormusest, samas kui teised on peaaegu koormamata. See tekitab ebaühtlase läbipainde, kallutab masinat, pingestab võlli joondust ja lühendab kinnituse eluiga. Enne kinnituste paigaldamist kontrollige raami lehtmetalliga. Vajadusel pange vahetükk.

4. Külgmine ebastabiilsus. Ainult vertikaalselt liikuvad vedrud võivad külgsuunas kõikuda, eriti kui masinal on suur raskuskese või suured horisontaaljõud. Kasutage sisseehitatud külgmise kinnitusega korpuses vedrukinnitusi või lisage summutid. Väga suure käivitusmomendiga masinate (suured mootorid, kompressorid) puhul on külgmine stabiilsus kriitilise tähtsusega.

5. Resonantsi käivitamise/peatamise läbilaskmine. Iga masin läbib kiirendamise ja aeglustamise ajal isolaatori loomulikku sagedust. Kui masin kiirendab aeglaselt (sagedusmuunduri või diiselgeneraatorite soojenemise korral), veedab see resonantsitsoonis märkimisväärselt aega. Lahendus: suurema summutusega kinnitused (elastomeersed elemendid või hõõrdesummutid vedrudel), et piirata resonantsiamplituudi läbimise ajal.

6. Põranda ignoreerimine. Vedrukinnituste paigaldamine painduvale vahekorrusele ilma põranda dünaamilist reaktsiooni arvestamata loob seotud süsteemi, millel on ettearvamatud resonantsid. Kas jäigasta põrandat, suurenda sagedussuhte varu või tee korralik konstruktsiooni dünaamiline analüüs.

Kontrollimine: kuidas tõestada selle toimimist

Projekteerimisarvutused ütlevad sulle, mida peaks Vibratsiooni mõõtmine annab sulle teada, mis juhtub tegi juhtuda. Kontrollige alati.

Test on lihtne: asetage vibratsiooniandur vundamendile või tugikonstruktsioonile. Mõõtke väljalülitatud masinaga (taustal). Mõõtke täiskiirusel töötava masinaga. Võrrelge vibratsioonikiirust 1× töösagedusel. Efektiivne isolatsioon näitab 80–95% vähenemist võrreldes isolatsioonieelse olukorraga (või võrreldes jäiga kinnitusega etaloniga).

A Balanset-1A Vibratsioonimõõturi režiimis teeb see otse. Seadke see kuvama mm/s, asetage kiirendusmõõtur tugikonstruktsioonile ja lugege väärtus. Kui vajate ka FFT-spektrianalüüsi – 1× komponendi eristamiseks muudest allikatest –, sisaldab Balanset-1A seda režiimi.

Korduma kippuvad küsimused