工程设计中常见的振动的防治

工程设计中常见的振动的防治

在工程设计中，应充分考虑各类机械设备在生产过程中出现的振动及其危害，以免影响到建筑结构的寿命和安全，影响到精密设备和精密仪器、仪表的加工、计量与检验，影响到人们正常生产、工作和生活的环境。以往工程设计中曾对振动危害和防治作过许多工作，但由于认识不够或考虑不周，曾发生过许多振动影响问题。因此，在工程设计中尚需认真地对待这些常见的振动危害，妥善的采取相应的措施加以解决；对生产中存在的振动影响和危害，要及时予以治理，从而确保正常使用。这是设计中需要解决的一个重要课题。

振动危害的防治

在工程设计中，必须充分考虑振动引起的危害，采取必要的防振措施，避免或减少振动的影响。对实际生产过程中发生的振动影响，应及时加以治理，以确保建筑结构的正常使用，确保精密设备的正常工作，满足人们正常的生产、工作、学习的生活等活动。对振动危害的防治要根据实际情况综合考虑，首先采取减少振源处的振动输出，或采取隔离外界振动输入，必要时同时考虑减少振动输出和隔离振动输入，达到满足生产、设备和人所能承受的允许振动能力。

1．合理布置振源

工程设计时，首先要根据生产的可能性，尽量将较大振源和有精密要求的部分分区设置相互远离。然后根据振源设备运行的特点，将同类设备布置成对称或反对，避免同类设备多台运行时处于同向、同步状态，以便使其振动在不同相位上互相有抵消．把振源设备的旋转运动方向和水平往复运动方向不对准精密设备，并与支承结构刚度大的方向一致。

在多层厂房内的振源布置时，要充分利用伸缩缝和楼梯间的减振作用，将振源与有防振要求的精密设备分开，并不设置在一个接层单元内；或将有影响的振源．单独设置；当生产需要不能远离时，应单独设置在与接层脱开的构架式基础上，或将该部分楼板简支设置，并在支承处采取减振措施。在多层厂房内设有精密设备时不应设置吊车；必要时将吊车宜设在底层地面上，并与厂房结构脱开，采取单独设立柱的摇臂吊或悬挂吊，或做成落地门式吊车。

另外，在精密设备周围不宜布置通过重型汽车的主干道，非通过不可时应限速或定时运行。

2.减少振动输出

减少振动输出就是要设法减少振源振动能量。一般是选择动平衡好的机械设备，对振源采取“刚、柔”法积极隔振。

1、选择动平衡性能好的设备，定期维修或更换

设计时，首先要注意到选用动平衡性能好的机械设备，它扰力小，输出的振动能量亦小。使用中要定期维修，有利于调整平衡性能。当发现使用中设备动态不平衡增加，应及时检修，调整其联接处间隙的松动和固定松紧不一，使之恢复其平衡性能。如因长期运行引起传动部件的磨损，应及时更换。当设备已陈旧无法检修调整应予更新，重新选用动平衡性能好的设备，以确保生产使用要求。

2、刚性减振

刚性减振，就是提高支承结构（包括基础）刚度和整体性。从而减小振源振动的输出。

3.提高结构刚度

为了满足动力荷载作用下的结构强度和稳定，满足对周围精密设备允许振动要求，受振结构通过动力分析，确定其必要的断面和刚度。但应避免只满足强度而刚度过小，不能满足允许振动的控制，尚因避免降低结构垂直自振频率，造成与干扰频率接近或一致，而出现共振或“拍”的现象影响精密设备的使用。当使用中如出现结构刚度偏小，而发生共振危害时，应增强支承结构刚度的措施，采取增加构件断面，或减小结构的跨度的立柱和斜撑，从而提高支承结构的自振频率，使之远离共振区，实现刚性减振。例某厂锻工车间2T锤开动，屋盖发现晃动而增加纵向垂直支撑；又如某厂锻工车间设有1T、400Kg、250Kg锤、400Kg使用时，冷滩瓦掉下，后改为刚砼屋盖，增加屋面刚度。

4.提高地基基础刚度和整体性

为了减少机械设备基础的振动，设计时尚可考虑提高地基基础的刚度。增强地基基础刚度的办法，一般可采用硅化或灌注水泥浆胶结松散地基；在基础周边打桩；加大设备基础底面积；加深基础或加强地面与设备基础上部的整体联接，均能在一定程度上达到提高地基刚度的目的。

当同类设备设置在一起时，还可以把两台或多台设备基础联合在一起，提高地基刚度，增加基础质量，降低基底应力，从而减小振源振动。例如将三台60/8的空压缩机基础联合设置，在水平回转振动下，测得联合基础比单独基础的垂直振动和水平振动平均减小达40%以上。

大型设备基础由于受到动力荷载作用或受力不均匀，以及温度变化等影响，又能够在基础周边和底部配置足够的钢筋，以确保受力的需要，并起增强刚性和整体性。如基础未配筋或配筋不足而出现裂缝，则应采取外包钢筋混凝土套加以补救。如发现设备基础倾斜，待稳定后加固修补填平，重新调整安装设备后方可使用。

5.隔离输出振源

隔离输出振源，就是采取积极隔振措施减少振源输出的振动能量。

对抗力大的机械设备，其振动影响范围很广，采取上述1、2的措施无法实现，或尚不能满足精密设备的防振要求时，应考虑对振源隔振。特别是当该设备因生产线流程的需要，无法改变布置位置，而增大支撑结构刚度又不经济时，应对该设备基础采取柔性隔振，以减少振源振动的输出。例如某厂白银车间，由于工艺需要将250KN的空气锤布置在多层厂房的底层，为了解决对相距35-40米处三层楼上精密仪器的影响，对空气锤基础采用空气弹簧隔振、隔振后现场实际测定，离开空气锤操作区基坑外的地面上其振幅为0.51μm，说明隔振后空气锤对楼层的影响已基本消除，对精密仪器已无任何影响。

至于汽车振源的影响，可将周围的路面设计为柔性路面，并适当加厚沥青层，一边吸收能量，减少其振动影响；必要时还可限制车速通过，减弱振源振动。

当某些管道（气流或液流）脉动对附近精密设备发生影响时，可将管道穿过墙或楼板的支承处，采用弹性垫隔离，管道的吊点处采用弹性吸振器，管道的联接处采用柔性软管联接，从而消除管道高频脉动对精密设备的影响。

减少振动的输入和放大

任何区域的精密设备，都可能受到某些振源通过支承结构和土质介质传递而发生的振动干扰影响，当不可能消除外界振动影响时，有必要采取振动输入措施的消极隔振，使之满足精密设备正常使用的要求。

1、远离振源

设计时，要充分考虑精密计量、理化的仪器、仪表和精密搪床、磨床、车床、刻线机等设备受外界振动的影响，可通过振源振动的地面振动衰减计算或实地普测，将精密设备布置在受振影响允许的区域范围内，这是一种最简单有效的方法。如果高精密设备（如光栅刻线机）在使用过程中受振后发生无法正常工作时，亦可通过普测找到一个振动最小的区域，迁移到该区域内设置，从而满足使用精度要求。

2、增大地面刚度和质量

由于精密设备受到影响的周围设备振源，大多数振动能量较小，则可将混凝土地面设计成厚地面，其厚度≥500mm，并与建筑物设缝加以分开，使精密设备间的地面形成一个大块体的刚性质量，利用地面刚度的增大和大质量的惯性作用，减小外界振动影响；必要时还可在大块体地面下铺设200-300mm厚的砂垫层，从而达到减振的目的。

精密仪器、仪表间地面不允许直接采用木地板，这是因为木地板刚度小，人走动时对精密设备将会发生显著影响。因此，宜将精密间地面做成刚性的混凝土或水磨石地面，然后再铺设地毯或橡胶布或木地面，可有效地避免由于操作人员走动所引起的振动影响。

3、采用刚性工作台

根据以往许多工厂出现的精密仪器、仪表受振影响，不少由于其支承结构是木制工作台。木制工作台质量轻，有一定弹性，当受外界振动干扰时，经常发生振动放大现象，实测表明：木制工作台上的振动比楼面、地面的振动放大2-3倍。因此，设计时宜采用水磨石刚性工作台，可明显地降低外界振动的干扰，使台面上的振动，基本上能恢复到与楼面、地面差不多的振动状态。

4、门、窗弹性密缝

设在楼层上计量、理化等精密间及其附近房间的门窗，宜在其四周采用弹性密封条衬垫，可以避免因开、关门窗时由于碰撞引起的振动干扰；特别是门、窗打开后，被风吹动关闭，将引起墙和楼板的突然性撞击而产生强烈振动，严重地影响到精密仪器仪表的正常工作。

5、设置防振沟

当精密设备受到外界一般机床、高速切削机床的高频振动影响，由于其属波长较短的振源干扰，采用防振沟是减少这类振动影响的有效办法之一。但防振沟的深度必须超过干扰振动波长的2／3以上，才能起到较好的减振作用。防振沟可以设置在精密设备间的周围，亦可设置在精密设备基础的四周；但对具有内扰力较大搪床、螺纹磨床，铣床等的精密设备，防振沟不宜设在基础四周，以免由于自身水

平扰力而增大基础回转及摇摆振动。通常当受到各种机床设备的振动影响时，在精密设备基础四周设防振沟，总是能起到一定的效果。但应注意对较低频率的振源，由于其波长较长时，往往振动可绕过防振沟底部传递过去，而起不到减振作用。

6、隔离输入振动

精密设备无法避开有影响的振源时，可对不同特性的振源干扰采取相应的隔振措施，有效地吸收外来振动能量的输入，如采用隔振器、防振垫隔振。隔振设计时，必须经过严格的计算，否则不但起不到减振作用，反而可能增大振动影响。

振动的综合防治

在受振影响的条件下，当单一采取减少振动输出或输入的措施尚不能解决振动影响时，可采取减小振动输出或输入的多种措施来综合治理振动问题。在采取综合措施时，可以减小振动输出为主，减小振动输入为辅；反之，以减小振动输入为主，减小振动输出为辅。但防治方法都要尽可能做到“简易可行，效果显著，经济合理”。

当设计或治理有害振动时，采取减震措施确有困难或造成很大的不合理时，则应另选建设场地，或采取限制使用条件。如把振源设备运行转速控制在不引起共振或接近于共振的危害范围内，或改变用途。

总之，只要充分正确地认识常见震动的危害，在工程设计中对有关有害的振动问题，采取有效的防振设计，而对在实际生产中出现的振动问题，及时采取有效的治理。总是可以消除有害振动的影响，较好的满足生产、工作和生活所需正常的使用条件。