Fizika: masa, atspere un kas patiesībā izolē

Katra vibrācijas izolācijas sistēma apakšā ir viens un tas pats: masa, kas atrodas uz atsperes. Mašīna ir masa. Stiprinājums ir atspere. Un starp tām ir zināma slāpēšana — materiāla spēja pārvērst vibrācijas enerģiju siltumā.

Inženieri to modelē kā masas atsperes amortizators sistēma ar trim parametriem: masu \(m\) (kg), stingrību \(k\) (N/m) un slāpēšanas koeficientu \(c\) (N·s/m). No šiem trim skaitļiem izriet viss pārējais.

Dabiskā frekvence: skaitlis, kas nosaka visu

Vissvarīgākais parametrs ir sistēmas dabiskā frekvence — frekvence, ar kādu tā svārstītos, ja jūs nospiestu mašīnu uz leju un atbrīvotu to. Mazāka stingrība vai lielāka masa dod zemāku pašsvārstību frekvenci:

Šis skaitlis ir viss. Tas nosaka, vai jūsu stiprinājumi izolē, neko nedara vai katastrofāli pasliktina situāciju. Viss projektēšanas process ir par to, lai pareizi noteiktu šo skaitli attiecībā pret mašīnas darbības frekvenci.

Caurlaidība: cik daudz tiek cauri

Pamatnei pārnestā spēka un mašīnas radītā spēka attiecību sauc par pārnesamība (\(T\)). Vienkāršotā, neapslāpētā formā:

Kur \(f_{exc}\) ir ierosmes frekvence (mašīnas darbības ātrums Hz) un \(f_n\) ir izolatora dabiskā frekvence. Kad \(T = 0,1\), tikai 10% no vibrācijas spēka sasniedz pamatu — tā ir 90% izolācija. Kad \(T = 1\), jūs pārraidāt visu. Kad \(T > 1\), stiprinājumi ir pastiprinot vibrācija.

Trīs zonas — un kāpēc viena no tām situāciju pasliktina

Pārnesamības vienādojums rada trīs atšķirīgas darbības zonas. To izpratne ir atšķirība starp izolāciju, kas darbojas, un stiprinājumiem, kas problēmu pasliktina.

Projektēšanas darbplūsma: stiprinājumu izmēru noteikšana, izmantojot statisko novirzi

Praktisks veids, kā noteikt vibrācijas stiprinājumu izmērus laukā, izmanto statiskā novirze — cik lielā mērā stiprinājums saspiežas zem mašīnas svara. Tas novērš nepieciešamību pēc stingrības tabulām un atsperes sprieguma specifikācijām. Viens skaitlis — novirzes milimetri slodzes ietekmē — norāda dabisko frekvenci.

Vai apgrieztā secībā: \(\delta_{st} = \left(\frac{5}{f_n}\right)^2\) cm. Šo formulu jūs izmantosiet visbiežāk.

Stiprinājuma veidi: gumijas, atsperes, pneimatiskās atsperes un inerces pamatnes

Pamatu efekti un vibrācijas tilti

Cietie un elastīgie pamati

Izolācijas aprēķinos tiek pieņemts, ka pamati ir bezgalīgi stingri — tie nekustas. Zemes līmeņa betona plātnes ir pietiekami tuvas. Taču augšējie ēku stāvi, tērauda starpstāvi un jumta karkasi nav. Tie ir elastīgi pamati — tiem ir sava dabiskā frekvence.

Ja izolatori tiek uzstādīti uz elastīgas grīdas, grīdas novirze palielina izolatora novirzi. Tas neparedzamā veidā maina sistēmas frekvences. Apvienotā "mašīna-izolators-grīda" sistēma var radīt rezonanses, kas aprēķinā neparādās. Elastīgām grīdām ir jāņem vērā grīdas dinamiskās īpašības (kam nepieciešama konstrukcijas analīze) vai jāpārprojektē izolācija ar papildu rezervi — jācenšas panākt frekvenču attiecību 5:1 vai 6:1, nevis 4:1.

Vibrācijas tilti: klusais izolācijas slepkava

Šis ir visizplatītākais iemesls, kāpēc "pareizi projektēta" izolācija neizdodas darba apstākļos. Jūs uzstādāt skaistus atsperu stiprinājumus, visu aprēķināt, izmērīt pamatus — un vibrācija joprojām ir. Kāpēc? Tāpēc, ka stingra caurule, kanāls vai kabeļu rene savieno mašīnas rāmi tieši ar ēkas konstrukciju, pilnībā apejot stiprinājumus.

Katrs stingrs savienojums ir vibrācijas tilts. Caurules, gaisa vadi, aizsargcaurules, notekcaurules, saspiesta gaisa vadi — jebkurš no tiem var izraisīt izolācijas īssavienojumu. Principā labojums ir vienkāršs, bet praksē bieži vien sarežģīts: uz katras caurules un kanāla, kas piestiprināts pie izolētās mašīnas, uzstādiet elastīgus savienotājus (silfonas, pītas šļūtenes, izplešanās cilpas). Nodrošiniet kabeļu vaļīgumu. Pārbaudiet, vai pēc uzstādīšanas mašīnas rāmim nepieskaras stingri kronšteini vai cieti atdures.

Lauka ziņojums: Dzesētāja kompresors trešajā stāvā

Dienvideiropā kādas komerciālas ēkas trešā stāva mehāniskajā telpā tika uzstādīts 90 kW skrūves tipa dzesētājs. Kompresors darbojas ar 2940 apgr./min. (49 Hz). Otrā stāva iedzīvotāji sūdzējās par zemas frekvences dūkoņu un vibrāciju, kas pārraidīta caur betona plātni.

Dzesētājs atradās uz oriģinālā aprīkojuma ražotāja (OEM) gumijas stiprinājumiem — plānām paliktnēm, kas slodzes laikā izliecās aptuveni par 1 mm. Tas dod dabisko frekvenci aptuveni \(f_n = 5/\sqrt{0,1} \apm. 16\) Hz. Frekvenču attiecība: 49/16 = 3,1:1. Uz papīra tik tikko pietiekami, bet elastīgā grīdas plātne paaugstināja efektīvo sistēmas frekvenci. Un no kompresora līdz kolektoram stingri stiepās trīs aukstumaģenta caurules — klasiski vibrācijas tilti.

Gumijas spilventiņus nomainījām ar atsperu izolatoriem (25 mm novirze, \(f_n \aptuveni 3,2\) Hz, attiecība 15:1) un uz visām trim aukstumaģenta līnijām uzstādījām pītus elastīgus savienotājus. Pirms/pēc vibrācijas pie otrā stāva griestiem, mērot ar Balanset-1A uz plātnes apakšpuses:

Sūdzības beidzās. Izmērītie 0,3 mm/s pie grīdas ir zem ISO 10816 uztveres sliekšņa lielākajai daļai cilvēku. Ar atsperēm vien to nebūtu panākts — aptuveni 40% no sākotnēji pārraidītās vibrācijas nāca caur stingro cauruļvadu. Bija nepieciešami abi labojumi.

Bieži pieļautas kļūdas, kas iznīcina izolāciju

1. Stiprinājumi ir pārāk stingri (nepietiekama novirze). Šī ir visbiežāk pieļautā kļūda. Plānas gumijas uzlikas ar 0,5–1 mm novirzi zem smagas tehnikas rada augstu pašfrekvences vērtību. Ja tā ir tuvu braukšanas ātrumam, rodas pastiprinājums, nevis izolācija. Vienmēr vispirms aprēķiniet novirzi — vienkārši "nelieciet zem tās gumiju"."

2. Stingri cauruļvadu savienojumi. Skatīt iepriekš. Katra stingra caurule, kanāls un caurule, kas saskaras gan ar mašīnu, gan ēkas konstrukciju, ir vibrācijas tilts. Visās līnijās ir elastīgi savienotāji. Nav izņēmumu.

3. Mīksta pēda. Ja mašīnas rāmis ir savērpies vai montāžas virsma ir nelīdzena, viens vai divi stiprinājumi nes lielāko daļu slodzes, bet citi ir gandrīz neizkrauti. Tas rada nevienmērīgu novirzi, sasver mašīnu, noslogo vārpstas izlīdzinājumu un saīsina stiprinājumu kalpošanas laiku. Pirms stiprinājumu uzstādīšanas pārbaudiet rāmi ar sprauslas mērītāju. Ja nepieciešams, uzlieciet starplikas.

4. Sānu nestabilitāte. Tikai vertikālas atsperes var šūpoties sāniski, it īpaši, ja mašīnai ir augsts smaguma centrs vai lieli horizontāli spēki. Izmantojiet iebūvētus atsperu stiprinājumus ar sānu ierobežotāju vai pievienojiet slāpētājus. Mašīnām ar ļoti lielu iedarbināšanas griezes momentu (lieliem motoriem, kompresoriem) sānu stabilitāte ir kritiski svarīga.

5. Rezonanses caurlaide sākuma/apturēšanas režīmā. Katra mašīna paātrinājuma un palēninājuma laikā iziet cauri izolatora pašfrekvences joslai. Ja mašīna lēni paātrina ātrumu (piemēram, frekvences pārveidotāja piedziņa vai dīzeļģeneratoru iesilšana), tā pavada ievērojamu laiku rezonanses zonā. Risinājums: stiprinājumi ar augstāku slāpēšanu (elastomēra elementi vai berzes slāpētāji uz atsperēm), lai ierobežotu rezonanses amplitūdu caurlaides laikā.

6. Grīdas ignorēšana. Novietojot atsperu stiprinājumus uz elastīga starpstāva, neņemot vērā grīdas dinamisko reakciju, tiek radīta savienota sistēma ar neparedzamām rezonansēm. Vai nu nostipriniet grīdu, palieliniet frekvenču attiecības rezervi, vai arī veiciet atbilstošu konstrukcijas dinamisko analīzi.

Verifikācija: Kā pierādīt, ka tā darbojas

Projektēšanas aprēķini jums pateiks, ko vajadzētu notiek. Vibrācijas mērījums parāda, kas notiek izdarīja notikt. Vienmēr pārbaudiet.

Pārbaude ir vienkārša: novietojiet vibrācijas sensoru uz pamatnes vai atbalsta konstrukcijas. Mēriet, kad mašīna ir izslēgta (fonā). Mēriet, kad mašīna darbojas ar pilnu ātrumu. Salīdziniet vibrācijas ātrumu pie 1× darba frekvences. Efektīvā izolācija uzrāda 80–95% samazinājumu salīdzinājumā ar pirmsizolācijas stāvokli (vai salīdzinot ar stingri uzstādītu atskaites ierīci).

A Balanset-1A Vibrācijas mērītāja režīmā tas tiek darīts tieši. Iestatiet to, lai parādītu mm/s, novietojiet akselerometru uz atbalsta konstrukcijas un nolasiet vērtību. Ja jums ir nepieciešama arī FFT spektra analīze — lai atšķirtu 1× komponentu no citiem avotiem —, Balanset-1A ietver šo režīmu.

Bieži uzdotie jautājumi