振动筛引起的楼板振动测试和数据分析

振动筛引起的楼板振动测试和数据分析
作者：张保中
来源：《科技传播》2011年第13期
摘要在生产过程中，振动筛的剧烈振动直接影响到厂房结构的安全。

为了查明振动对厂房的影响，必须对楼板进行动态试验检测。

通过对楼板加速度﹑速度﹑位移等进行振动参数的整理和分析，评估振动对结构安全的影响，为以后同类建筑物的鉴定工作和相关研究提供实际工程经验。

关键词振动筛；楼板；振动；动态测试
中图分类号TH234 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0097-02
Vibrating Floor Detection and Data Processing
ZHANG Baozhong
Abstract In the process of production， the violent vibration sieve directly affect plant the safety of the structure. In order to find out the influence of vibration on workshop， it is necessary to conduct a dynamic test on floor. Through data mining of the floor acceleration， speed and displacement， and analysis the influence of vibration security structure， this test can provide practical engineering experience for appraisal the vibration of the same building and related research.
Keywords Vibrating screen; Floor; Vibration; Dynamic testing
0 引言
振动筛是一类充分利用振动特性来满足工作性能的筛分机械，虽然在工作过程中引起环境振动的振幅和能量都比较小，但其振动具有反复性和持久性，使其楼板始终承受着持续的交变荷载，并通过楼板传递到厂房结构上，轻者会使建筑结构的强度降低，引起结构变形和产生轻微裂缝，重者导致结构破坏，造成厂房倒塌的恶性事件。

根据机器荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规范，对某车间振动筛工作时引起的楼板振动的加速度、速度和位移等动力学参数进行测试以确定将振动筛的振动影响是否控制在结构安全的范围内。

1 测试理论分析
根据动力学理论可知，有两方面的因素控制着结构的振动：一个是对结构施加的激振力，另一个是结构对特定激励的响应，即结构自身的动力特性[1]。

当结构自身的固有频率与振动力的频率接近时，就会形成较大振幅，对建筑物造成较大的损坏[2]。

对运转频率一定的振动筛来说，我们就要检测结构的动力学参数，来确定是否采取措施减小振动。

根据多层厂房楼盖抗震设计规范，可以忽略间接振动区域，对直接承受动力荷载楼板做振动计算，也就是对其振动频率进行设计和调整。

根据构件的第一频率密集区内最低自振频率计算值大于设备的振动频率这一原则进行构件设计[3]。

虽然实际工程中的振动往往表现为板﹑梁墙的组合振动，但振动筛振动强度和振动范围较小，根据机械振动与冲击对建筑物影响的测量和评价基本方法及使用导则，可以选择楼板的振动检测，来代表振动筛对整个楼盖甚至整个厂房的振动影响。

振动筛工作时，结构的振动以垂直振动为主。

本次测试通过加速度传感器对某车间振动筛工作时引起的楼板振动的加速度、速度和位移等动力学参数进行测试，其振幅通过对加速度信号的二次积分获得，具体的原理及实现过程如下所述。

位移测量原理振动筛加速度、速度和位移都是周期性的。

由于加速度传感器的输出采用了零点校正，因而只需考虑振动筛运动的加速度a(t)。

对a(t)积分得振动筛运动的速度
v(t)=(1-1)
考虑振动筛做周期性运动的特点，若v(0)看成振动下始点的速度，则v(0)=0于是v(t)=（1-2）
同样位移也可以通过对速度的积分得到，
（1-3）
若把下始点的位移d(U)作则振动筛左右周期运动的相对位移
（1-4）
用加速度传感器测量位移的算法可简要表述为：将一个周期的加速度的测量值减去其平均值，令边界条件为零，对修正后的加速度积分得到速度。

将所求速度减去其平均值，令边界条件为零，对修正后的速度积分即得到相对位移。

2 楼板检测结果分析
振动筛的水平振动由于基座的影响，传递到楼板后，水平位移的“峰值”被消减很多，几乎可以忽略不计，所以楼板动态测试中，只考虑竖向振动。

测点布置示意见图1。

本次检测采用多通道噪声振动测量分析仪器，它是一种可以任意组合噪声及振动测量通道的多通道信号噪声测试仪。

它具有多通道数据采集器，能够同时采集不同的电压信号，并把信号经A/D转换器转换成数字信号，存放在存储器中，以便实现波形的再现，显示在CRT显示器上。

这样，极为方便的进行峰值、峰─峰值及加速度﹑速度等方面的测量。

它的微型打印机能把波形及数据打印出来。

图2和图3就是由信号分析仪打印出来的加速度和速度的波形载图。

根据图2至图4我们可以看出振动筛反复的周期载荷将在楼板中产生持续的周期响应，通过这种谐响应[4-5]分析使我们能了解结构的持续动力特性，从而能够验证其结构设计能否克服共振、疲劳及受迫振动引起的有害效果。

几个测点在振动筛的振动下出现不同的响应值。

通过速度﹑加速度﹑位移对频率的曲线，可找到最大速度﹑加速度﹑最大位移和“峰值”对应的频率，具体的统计指标见表1。

3检测结果分析
通过振动筛工作时对楼板振动的加速度、速度和位移等动力学参数测试的数据，我们可以楼板的竖向振动峰值点处对应的频率在13Hz~19Hz之间，楼板的最大位移为-0.062919mm，最大速度为-0.0182m/s，在楼板容许变形范围之内，说明振动对楼板的影响在结构安全的范围之内。

但振动筛工作时，测点加速度在1.55013m/ss~2.57651m/ss之间，根据新的ISO标准规定最大加速度超过0.015g~0.025g时，这种加速度便不能被接受，对于厂房来说，应取更小的值较为合适[6]。

该楼板实际加速度是ISO标准的10倍，所以人在上面根本无法忍受。

在进行振动筛布置方案的设计上，我们要尽量把振动筛布置在对结构最有利的位置，从而减轻振动对结构产生的不利影响。

当振动筛的频率可以调整时，一定要错开结构的自振频率，以免共振早成振动峰值的叠加。

因为振动筛的位置和频率固定，我们采用在楼板和振动筛基座之间安装压缩性橡胶隔振器，它可以很好减小机器的振动，安装后经测试楼板的加速度、速度和位移均在容许范围之内。

4 结论
本文通过对某车间振动筛工作时引起的楼板振动的动态测试，结合实际问题，对振动筛的布置和结构减振提供了具体的措施，也解决类似振动问题提供了可靠的参考依据，也为同类结构测试提供了很好的范例。

参考文献
[1]谭程.TDLS2575型振动筛工况监测系统的研制[D].哈尔滨工业大学工学硕士学位论文，2007.
[2]张传涛.三电机振动筛试验模态分析[D].西南石油学院硕士学位论文,2005：10-18.
[3]邱德修，樊开儒.多层工业厂房的振动问题分析[J].工业建筑，2010(S1)：129.
[4]罗乐平.基于Pro/E与ANSYS的振动筛三维设计及有限元分析[D].江西理工大学硕士论文，2009.
[5]杨小兰.基于ANSYS的振动电机轴谐响应之有限元分析[J].煤矿机械，2007, 33(6)：81-82.
[6]杨奉喜，刘建坤，等.多年冻土区铁路隔振沟隔振效果的数值分析[J].中国铁道科学，2003，24(5)：48-51.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。