振動篩引起的樓板振動測試和數據分析

張保中

焦作市建設工程質量監督站，河南 焦作 454000

0 引言

振動篩是一類充分利用振動特性來滿足工作性能的篩分機械，雖然在工作過程中引起環境振動的振幅和能量都比較小，但其振動具有反復性和持久性，使其樓板始終承受著持續的交變荷載，并通過樓板傳遞到廠房結構上，輕者會使建筑結構的強度降低，引起結構變形和產生輕微裂縫，重者導致結構破壞，造成廠房倒塌的惡性事件。根據機器荷載作用下建筑物承重結構的振動計算和隔振設計規范，對某車間振動篩工作時引起的樓板振動的加速度、速度和位移等動力學參數進行測試以確定將振動篩的振動影響是否控制在結構安全的范圍內。

1 測試理論分析

根據動力學理論可知，有兩方面的因素控制著結構的振動：一個是對結構施加的激振力，另一個是結構對特定激勵的響應，即結構自身的動力特性[1]。當結構自身的固有頻率與振動力的頻率接近時，就會形成較大振幅，對建筑物造成較大的損壞[2]。對運轉頻率一定的振動篩來說，我們就要檢測結構的動力學參數，來確定是否采取措施減小振動。

根據多層廠房樓蓋抗震設計規范，可以忽略間接振動區域，對直接承受動力荷載樓板做振動計算，也就是對其振動頻率進行設計和調整。根據構件的第一頻率密集區內最低自振頻率計算值大于設備的振動頻率這一原則進行構件設計[3]。

雖然實際工程中的振動往往表現為板﹑梁墻的組合振動，但振動篩振動強度和振動范圍較小，根據機械振動與沖擊對建筑物影響的測量和評價基本方法及使用導則，可以選擇樓板的振動檢測，來代表振動篩對整個樓蓋甚至整個廠房的振動影響。振動篩工作時，結構的振動以垂直振動為主。本次測試通過加速度傳感器對某車間振動篩工作時引起的樓板振動的加速度、速度和位移等動力學參數進行測試，其振幅通過對加速度信號的二次積分獲得，具體的原理及實現過程如下所述。

位移測量原理振動篩加速度、速度和位移都是周期性的。由于加速度傳感器的輸出采用了零點校正，因而只需考慮振動篩運動的加速度a(t)。對a(t)積分得振動篩運動的速度

同樣位移也可以通過對速度的積分得到，

若把下始點的位移d(U)作則振動篩左右周期運動的相對位移

用加速度傳感器測量位移的算法可簡要表述為：將一個周期的加速度的測量值減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的加速度積分得到速度。將所求速度減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的速度積分即得到相對位移。

2 樓板檢測結果分析

振動篩的水平振動由于基座的影響，傳遞到樓板后，水平位移的“峰值”被消減很多，幾乎可以忽略不計，所以樓板動態測試中，只考慮豎向振動。測點布置示意見圖1。

圖1 樓板測試點布置

本次檢測采用多通道噪聲振動測量分析儀器，它是一種可以任意組合噪聲及振動測量通道的多通道信號噪聲測試儀。它具有多通道數據采集器，能夠同時采集不同的電壓信號，并把信號經A/D轉換器轉換成數字信號，存放在存儲器中，以便實現波形的再現，顯示在CRT顯示器上。這樣，極為方便的進行峰值、峰─峰值及加速度﹑速度等方面的測量。它的微型打印機能把波形及數據打印出來。圖2和圖3就是由信號分析儀打印出來的加速度和速度的波形載圖。

圖2 加速度橫軸1024截圖

圖3 速度橫軸1024截圖

圖4 位移時程及頻譜

根據圖2至圖4我們可以看出振動篩反復的周期載荷將在樓板中產生持續的周期響應，通過這種諧響應[4-5]分析使我們能了解結構的持續動力特性，從而能夠驗證其結構設計能否克服共振、疲勞及受迫振動引起的有害效果。幾個測點在振動篩的振動下出現不同的響應值。通過速度﹑加速度﹑位移對頻率的曲線，可找到最大速度﹑加速度﹑最大位移和“峰值”對應的頻率，具體的統計指標見表1。

表1 最大峰值頻率統計

3 檢測結果分析

通過振動篩工作時對樓板振動的加速度、速度和位移等動力學參數測試的數據，我們可以樓板的豎向振動峰值點處對應的頻率在13Hz～19Hz之間，樓板的最大位移為-0.062919mm，最大速度為-0.0182m/s，在樓板容許變形范圍之內，說明振動對樓板的影響在結構安全的范圍之內。但振動篩工作時，測點加速度在1.55013m/ss～2.57651m/ss之間，根據新的ISO標準規定最大加速度超過0.015g～0.025g時，這種加速度便不能被接受，對于廠房來說，應取更小的值較為合適[6]。該樓板實際加速度是ISO標準的10倍，所以人在上面根本無法忍受。

在進行振動篩布置方案的設計上，我們要盡量把振動篩布置在對結構最有利的位置，從而減輕振動對結構產生的不利影響。當振動篩的頻率可以調整時，一定要錯開結構的自振頻率，以免共振早成振動峰值的疊加。因為振動篩的位置和頻率固定，我們采用在樓板和振動篩基座之間安裝壓縮性橡膠隔振器，它可以很好減小機器的振動，安裝后經測試樓板的加速度、速度和位移均在容許范圍之內。

4 結論

本文通過對某車間振動篩工作時引起的樓板振動的動態測試，結合實際問題，對振動篩的布置和結構減振提供了具體的措施，也解決類似振動問題提供了可靠的參考依據，也為同類結構測試提供了很好的范例。

[1]譚程.TDLS2575型振動篩工況監測系統的研制[D].哈爾濱工業大學工學碩士學位論文，2007.

[2]張傳濤.三電機振動篩試驗模態分析[D].西南石油學院碩士學位論文,2005：10-18.

[3]邱德修，樊開儒.多層工業廠房的振動問題分析[J].工業建筑，2010(S1)：129.

[4]羅樂平.基于Pro/E與ANSYS的振動篩三維設計及有限元分析[D].江西理工大學碩士論文，2009.

[5]楊小蘭.基于ANSYS的振動電機軸諧響應之有限元分析[J].煤礦機械，2007, 33(6)：81-82.

[6]楊奉喜，劉建坤，等.多年凍土區鐵路隔振溝隔振效果的數值分析[J].中國鐵道科學，2003，24(5)：48-51.