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机械基础的动态分析

总裁k•班达里东印度缎木森古普塔
助理教授、土木Engg部门PDVVP COE Ahmednagar,印度马哈拉施特拉邦。
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文摘

机械基础的分析和设计需要更多的关注,因为它涉及不仅静态加载,也造成的动态载荷的工作机器。机器的限制幅度和操作频率是最重要的参数是在机械基础的分析。弹性半空间类比法与埋置系数可用于耦合振动模式的振动固有频率和振幅的基础。与埋置深度影响固有频率增加,但有相当大的基础振动幅度下降。

关键字
埋置、滑动、摇摆、偏航共振

介绍
机械基础的分析和设计需要更多的关注,因为它涉及不仅静态加载,也造成的动态载荷的工作机器。振动的振幅和操作机器的频率是最重要的参数是在机械基础的分析。与埋置深度效应在固有频率,但可能会增加相当大的振幅下降的基础。

BACKGOUND和目的
机器基础应该设计这样的动态力量机器通过基础土壤传播的方式各种各样的有害影响是消除。过去静态载荷的计算涉及相乘即垂直载荷估计动态因素和结果是作为静态负荷增加。即便如此有害的变形在操作过程中被观察到。
因此新理论计算程序开发基础的动力响应。因此适用性的机器基础不仅取决于他们的力量受到还他们的行为暴露在动态加载。

机械基础类型
答:块式基础
它提供压缩机和往复式机。它由一个基座上的基础。
b .箱式基础
类似于块基础上,但相对较轻,其固有频率增加。此基础上由空心混凝土砌块或一盒作为基础来支持机械。
c台式基金会
他们是相当复杂的,由一个系统的墙柱,梁和板。它包括大型涡轮机驱动的设备如发电机需要提升的支持。它允许管道,管道和辅助项目位于以下设备。

设计标准
基本的机械基础的设计目标是限制其运动即振幅。允许振幅依赖于速度、位置和功能的机器。其他限制动态条件影响的设计可能包括避免共振和过度传播性支持土壤或结构。
机械基础应确保以下标准来保证其安全、高效的工作在它的生命周期。
1。它应该是安全的对剪切破坏。
2。它不应该解决过度。
图像
3所示。应该没有共振,即机器地基土系统的固有频率不应配合机器的工作频率。频率比不应在0.8到1.4
4所示。运动的振幅在操作频率不应超过极限振幅,通常指定的机器制造商。
答:自由度刚性块地基
一个典型的混凝土砌块进行刚体位移和旋转。不平衡力的作用下,刚性块进行纵向,横向,纵向,摇摆,俯仰和偏航振荡。
图像
翻译沿Z轴和绕Z轴旋转发生独立于任何其他的运动。然而,翻译对X轴(或Y轴)和绕Y轴旋转运动(或X轴)耦合。
b .土壤剖面土壤和动态属性
令人满意的设计机械基础需要土壤剖面信息,不同层的深度,土壤物理性质和地下水位。动态剪切模量的土壤通常是确定从实验室或现场测试。
所需的土壤特性分析的基础是:
1。动态模,杨氏模量和剪切模量
2。泊松比μ。
3所示。动态弹性常数等弹性系数均匀压缩铜、弹性均匀剪切Cτ系数,弹性系数不均匀压缩Cφ和弹性系数不均匀剪切Cψ。
4所示。阻尼系数ξ。

方法的分析
刚性块地基的问题放在地面因此被表示在一个合理的方式-质量-阻尼系统。相当于土壤春天代表土壤的弹性阻力低于基础的基础。阻尼器代表能量损失或阻尼效应。振动的耦合模式,至于摇摆和滑动,两自由度模型。
表面安装机器的方法考虑振动分析基础是:
答:线性弹性弹簧方法[5]
b .弹性半空间内模拟方法[3]
答:线弹性弹簧方法(巴坎,1962)
它也称为代码的方法。在这个方法中土壤被认为是取代弹性弹簧。阻尼的影响和参与土壤质量是被忽视的。由于共振区是避免在设计机基础,阻尼的影响在工作频率振幅计算也小。
b .弹性半空间模拟方法
弹性半空间理论可以用来获取土壤等效弹簧和阻尼的值,然后利用振动理论来确定响应的基础。这种方法显然是更理性,但相对更加复杂。相当于土壤弹簧和阻尼值依赖;土壤类型及其属性、几何和布局的基础和性质基础振动引起的不平衡的动态加载。
c . Arya尼尔,平卡斯的方法
作者提出的方法Arya,尼尔,平卡斯[4]的扩展工作怀特曼(1972)用于动态分析的嵌入式机器底座使用弹性类比法和嵌入系数的一半。基础的埋置导致增加接触土壤和垂直的基金会。雷竞技网页版
弹性半空间内计算方法的反应表面基金会是由Richart (1970)。为嵌入式基础Arya,尼尔,平卡斯方法被认为是埋置系数是用于获取位移和振动耦合模式的频率值
解决方案是基于以下假设:
1)基础是刚性的。
2)基础是圆柱形的。
3)基础的基础建立在半无限弹性半空间介质的表面。
4)土壤反应在基础埋置深度无关。
图像
图像
等效弹簧和阻尼值的嵌入式基础垂直,滑动,摇摆和扭转模式在表1和2 [4]。基础的振动响应计算使用适当的方程的模拟为弹性半空间表面基金会和增加弹簧刚度和阻尼值与相应值嵌入式基础埋置系数(因素)。
对于一个给定的基础有圆形基础的计算值可以进一步转化为矩形基础通过使用合适的等效半径基础转换因子。个人的自然频率和合成振幅振动模式,以及耦合振动计算合成振幅在垂直和水平方向上。
d .问题陈述
往复式机大小4.0 x 3.0 x高3.5米安装在基础沙质土壤有φ= 35˚,γsat = 15 kn / m3。其振动速度是250 rpm产生最大纵向不平衡力2.5 KN,转矩约4.0 z轴KN-m和最大水平不平衡力2.0 KN的高度0.2米以上的块。块共振测试土壤给弹性系数均匀压缩,铜= 3.62×104 KN / m3、动态剪切模量G = 1.10×104 KN / m2,泊松比,μ= 0.35,杨氏弹性模量E = 2.98×104 KN / m2。表面的固有频率和振幅和嵌入式基础需要计算和审查埋置对位移和频率的影响值。
e .结果与讨论:
我)表面机器基础振动分析:
图像
II)嵌入式机器基础振动分析:与埋置深度的变化,机械基础的振动分析是使用Arya执行,尼尔和平卡斯方法即利用Lysmer和Richart模型嵌入系数研究埋置的效果。
不同埋深增加订单差异为0.5 m。的深度是0.5米,1.0米,1.5米,2.0米,2.5米,3.0米和3.5米即总埋置。
1。考虑的情节总位移响应在垂直方向(断言)埋置(h)。
图像
2。考虑在水平方向总位移响应的情节(AHorz。)埋置(h)。
图像
图像
3所示。考虑在非耦合振动的情节摇摆方向(Aφ)埋置(h)。
图像
图像
f .讨论工作
1。安全火花型代码方法通常被称为巴坎的方法广泛用于机器基础设计对发现的最大振幅和频率在不同的振动模式。但它与各种限制和缺点。[8]
2。在目前工作比较与弹性半空间之间是代码的方法模拟方法表面块状基础处理往复式机与最大操作速度250转。比较清楚地显示,前方法少给值的振幅,但价值更高的频率后的方法。
价值观的差异主要是由于计算方法和实验室程序用于确定剪切模量G公式中使用的价值。是代码块共振测试方法用来计算值的土壤常数和相同的值也用于弹性半空间的方法,而波传播测试必须用于以后的方法。[5]
3所示。通过使用Arya,尼尔,平卡斯方法嵌入系数增加弹簧常数和阻尼比埋置对频率和振幅值的影响使用Lysmer和Richart模型[4],[6]
4所示。连续的图形绘制标明由于增加埋置深度值的变化。结果如下。
(a)和深度(即埋置、h)增加有降低的价值总振动响应的基础在垂直方向(断言)(图1)。这表明基础应嵌入尽可能深的好处毗邻围土壤携带能量波,以减少总振动响应。但最初的深度h等于0.5米,1.0米和1.5米,它显示了垂直振动的振幅的突然增加。这主要是因为垂直振动是由于综合效应的垂直和摇摆的反应,看到它的公式。如果自然基金会在摇晃的频率响应(ωφ)认为,这是观察到的深度0.5米,1.0米和1.5米(ωφ)基础的固有频率与工作频率非常接近的机器(ω)。这产生共振的可能性,这导致振幅增加。从图1所示。放大与频率比‘r’,可以看出ωφω值方法的“r”频率比率变得几乎等于1还有共振的可能性,即增加振幅超过容许值为150微米。这是不受欢迎的基础。
出现这种情况是因为埋置的基础。表面基金会的基础是自由摆动垂直,水平和摇摆模式。但在介绍埋置周围土壤限制自由振荡摇模式由于监禁。这导致减少摇摆振动的固有频率和它变得几乎等于操作机器的频率。这将导致基础振动的共振,这将影响生活的基础。因此基础应该深深的根植于土壤或其根据地应该增加以避免价值的频率比率等于1。
(b)与深度的增加(即埋置、h)有价值总额的减少基础在水平方向的振动响应(AHorz)。(图2),也同样是摇摆振动、埋置有下降幅度增加。原因是由于共振的可能性埋置的早期阶段。因此基础需要深深的根植于地面。
(d)和深度(即埋置、h)增加有价值的增长基础垂直方向的固有频率(ωz),水平方向(ωx)和摇摆方向(ωφ)。固有频率的增加价值显然表明表面基础的埋置深度继续增加在地面效果将有助于减少位移响应的振动模式。

结论
本文包括机械基础类型及其行为在动态加载下、特别是嵌入式机器底座的反应。分析问题研究了往复式机安装在块放置在地面基础以及嵌在地面时在不同深度的弹性半空间模拟方法和嵌入系数。频率和振幅的值在不同的振动模式比较研究基础埋置对其性能的影响。
以下是确认观测的结论和讨论。
1。振幅值的非耦合振动在滑动以及摇摆模式相比,耦合振动。
2。浅基础的埋置深度的共振发生了“基金会的存在维度”,这个结论固有频率的方法来操作频率,频率比变得几乎等于1,它是共振的条件即振幅突然升起,可能达到无穷。这会影响使用寿命的基础。
3所示。在更大的埋置深度总垂直和水平振动响应降低。
4所示。基础的固有频率被认为是增加基础的埋置深度增加。
5。因此埋置深度的增加导致弹簧常数的值或自然频率增加和减少振动的振幅有利于机器的基础。
6。用于实际的尺寸根据地基金会的形状也很重要。

引用