1 概述

機(jī)械壓力機(jī)的種類多、數(shù)量大、分布廣，較多工廠都要使用，其振動(dòng)危害較大。據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料顯示^[1—5]，壓力機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng)強(qiáng)度通常在60dB—90dB之間，較大型壓力機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng)強(qiáng)度可達(dá)130dB（實(shí)測(cè)）。壓力機(jī)基礎(chǔ)的振動(dòng)頻率成份實(shí)測(cè)在15Hz～30Hz的范圍內(nèi)。對(duì)這種低頻振動(dòng)，人們感覺并不靈敏，但對(duì)人體的危害卻很大。長(zhǎng)期在壓力機(jī)旁工作的人會(huì)出現(xiàn)內(nèi)分泌失調(diào)、失眠、脾氣暴躁、反映遲鈍等癥狀。另一方面，壓力機(jī)激起的基礎(chǔ)振動(dòng)傳至車間內(nèi)其它精密設(shè)備，會(huì)干擾其正常工作；傳至柱基會(huì)對(duì)廠房造成附加應(yīng)力；傳至辦公樓和居民區(qū)會(huì)影響人們的正常工作和生活，并因此引起廠群矛盾。高速壓力機(jī)相對(duì)低速壓力機(jī)而言，其行程次數(shù)一般在200RPM—1000RPM，其在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)往往對(duì)周圍環(huán)境造成不利影響，消除和減少這種影響的有效辦法是對(duì)其采取隔振措施。

某汽車配件廠有三臺(tái)用于生產(chǎn)汽車空調(diào)散熱片的高速壓力機(jī)，其中兩臺(tái)公稱壓力為100噸，一臺(tái)公稱壓力為50噸，生產(chǎn)時(shí)對(duì)周圍居民造成較大的影響，需進(jìn)行隔振處理，根據(jù)城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)工藝的需要，廠方對(duì)隔振效果有兩點(diǎn)要求：（1）采取隔振措施后，壓力機(jī)臺(tái)座位移幅值＜0.4mm；（2）距高速壓力機(jī)30m處居民點(diǎn)的環(huán)境振動(dòng)，白天V_L＜75dB，夜間V_L＜72dB。本文在探討高速壓力機(jī)振動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，開展了隔振措施的工程試驗(yàn)研究。

2 高速壓力機(jī)振動(dòng)及隔振設(shè)計(jì)

2.1高速壓力機(jī)振動(dòng)分析

一般來說，高速壓力機(jī)的振動(dòng)是由激振力（動(dòng)載荷）的大小來決定的。高速壓力機(jī)的激振力主要為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的慣性力和加工力，一般情況下前者大于后者，但激振頻率是前者小于后者。高速壓力機(jī)的行程次數(shù)約為200RPM—1000RPM，其對(duì)應(yīng)的激振頻率一般在3Hz～16Hz。

2.2高速壓力機(jī)隔振設(shè)計(jì)

（1）激振力

在隔振設(shè)計(jì)中，激振力即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的慣性力，視為正弦力，即：

F₀=m ₀a（1）

式中m ₀——與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相連接的運(yùn)動(dòng)部分（含上模具）質(zhì)量

a——運(yùn)動(dòng)部分的加速度

其中加速度a可由式（2）求出。

a=ω²X ₀=（2πf _擾）²X ₀=QN ²X ₀Sinωt（2）

式中 Q——系數(shù)

N——行程次數(shù)

X ₀=行程數(shù)值（一般指在靜態(tài)時(shí)，上下模具間的距離）

由式（1），（2）可得

F=m ₀QN ²X ₀Sinωt（3）

由（3）式可以看出，激振力的大小與運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量和行程次數(shù)的平方成正比。因此，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，適當(dāng)減少行程次數(shù)N，可使激振力有較大幅度減少。

（2）加工力

實(shí)際上激振力還包括上、下模具接觸時(shí)的打擊力。打擊力相當(dāng)于瞬時(shí)之間上模給下模一個(gè)沖量，對(duì)于高速壓力機(jī)來說，此力小于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的不平衡慣性力，并且加工力激起的振動(dòng)頻率大于慣性力激起的振動(dòng)頻率。從隔振的觀點(diǎn)看，能隔離加工力引起的振動(dòng)，也就能隔離激振力引起的振動(dòng)。

2.3高速壓力機(jī)隔振工程途徑

（1）對(duì)于每分鐘行程次數(shù)較高的高速壓力機(jī)（每分鐘行程次數(shù)大于400次），隔振系統(tǒng)的固有頻率可選擇f _慣：f ₀＞（3～4.5），這樣既能有效隔離慣性力，又能很好地隔離加工力，隔振效率較高。

（2）對(duì)于每分鐘行程次數(shù)較低的高速壓力機(jī)（每分鐘行程次數(shù)小于400次），一般可以選擇隔振系統(tǒng)的固有頻率大于慣性力頻率，即讓慣性力不衰減傳入地基而將其他頻率較高的擾力隔離，此時(shí)，隔振效率較低。

（3）在隔振裝置中，將固有頻率設(shè)計(jì)成小于激振慣性力的頻率，實(shí)際上是利用高速壓力機(jī)自身整體上下運(yùn)動(dòng)的慣性力和曲軸滑塊機(jī)構(gòu)的慣性力互相抵消，從而達(dá)到隔振的目的。這樣高速壓力機(jī)自身必然產(chǎn)生一定幅值的上下位移。一般將高速壓力機(jī)的縱向位移控制在0.5mm～3mm范圍內(nèi)對(duì)高速壓力機(jī)本身及產(chǎn)品質(zhì)量的影響較小。

3 高速壓力機(jī)隔振實(shí)施效果

3.1 高速壓力機(jī)的隔振

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，100噸壓力機(jī)的振動(dòng)頻率以5Hz為主。在實(shí)踐中有三種方法可以有效地控制高速壓力機(jī)的振幅；（a）增大高速壓力機(jī)的附加質(zhì)量；（b）用動(dòng)力吸振器抑制高速壓力機(jī)的振動(dòng)；（c）在保證加工質(zhì)量的情況下，適當(dāng)降低行程次數(shù)。

（1） 采用阻尼彈簧隔振器

假設(shè)阻尼比足夠大，能夠在下一次沖擊到來之前將附加位移消除掉，則當(dāng)阻尼比ξ≥0.1時(shí)，臺(tái)座位移幅度值按式（4）計(jì)算：

（4）

（設(shè)阻尼比ω≥1）

為獲得較高的隔振效率（大于80%），根據(jù)實(shí)際情況，取壓力機(jī)和隔振臺(tái)座的質(zhì)量總和為60噸，針對(duì)f_擾=5Hz計(jì)算，得隔振系統(tǒng)的總剛度K=10624N/mm，固有頻率f=2.1Hz，臺(tái)座振幅A_z=2.2mm。如果兼顧隔振頻率，且隔振系統(tǒng)位移振幅要控制在0.4mm以下，則只有同時(shí)增加剛度和臺(tái)座質(zhì)量，此時(shí)隔振系統(tǒng)的質(zhì)量應(yīng)為330噸。顯然，這樣龐大的系統(tǒng)在實(shí)際中很難做到。

如果既要降低振幅，又不增加臺(tái)座質(zhì)量，只有增加系統(tǒng)的剛度，犧牲一部分隔振頻率。在設(shè)計(jì)中可將隔振系統(tǒng)的固有頻率設(shè)在基頻和一次諧波之間，在本工程中可將固有頻率設(shè)在5Hz—10Hz之間，取f=7Hz，此時(shí)隔離系統(tǒng)對(duì)f_擾＞10Hz以上的振動(dòng)起隔振作用，但對(duì)5Hz的振動(dòng)會(huì)有所放大，取得了一定的隔振效果，并將位移控制在一定幅度之內(nèi)。

（2）如果位移振幅要求非常嚴(yán)格，則只有繼續(xù)加大剛度，如采取橡膠隔振裝置。

3.2隔振工程實(shí)施效果比較

為了降低隔振系統(tǒng)的重心，使高速壓力機(jī)在運(yùn)行過程中減少晃動(dòng)，隔振臺(tái)座設(shè)計(jì)成“T”型的鋼砼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。



圖1 隔振系統(tǒng)臺(tái)座

（1）當(dāng)隔振系統(tǒng)采用阻尼彈簧隔振器，總剛度取1000000N/mm，隔振系統(tǒng)總質(zhì)量M_總=60噸時(shí)，隔振效果如表1所示，基礎(chǔ)箱與基礎(chǔ)塊的計(jì)權(quán)振動(dòng)加速度V_LZdB如表2所示。

表1 阻尼彈簧隔振器隔振效果

見表

表2 基礎(chǔ)箱與基礎(chǔ)塊的計(jì)權(quán)振動(dòng)加速度V_LZdB

見表

距壓力機(jī)30m處居民住宅前V_L78dB，通過以上數(shù)據(jù)看出，此方案取得了很好的隔振效果，隔振效率已大于85%，但是居民點(diǎn)V_L值和壓力機(jī)的臺(tái)面振幅均未達(dá)到預(yù)期效果。

（2）采用高阻尼橡膠隔振墊實(shí)施隔振。在隔振系統(tǒng)的質(zhì)量塊下鋪設(shè)特制的萬能橡膠墊，其隔振效果如表3所示。

表3 高阻尼橡膠隔振墊隔振效果

見表

在此情況下，隔振臺(tái)座位移幅值小于0.1mm，完全滿足了加工工藝的要求。就設(shè)備運(yùn)行而言，要比純剛性連接時(shí)穩(wěn)定且位移還要小。在居民處的振級(jí)V_L=78dB。

表4 阻尼彈簧隔振器、離阻尼橡膠隔振墊隔振效果比較

見表

從振級(jí)落差可以看出，方案一比方案二振級(jí)落差大，即隔振效率高，但從V_L的角度看，兩者相差不多，這是因?yàn)橛?jì)權(quán)之故。對(duì)于f=35Hz以下的頻率，方案一在隔振臺(tái)座上激發(fā)的振動(dòng)大，故臺(tái)座上V_AL大于方案二，又由于隔振效率高，基礎(chǔ)箱上的V_AL小于方案二。對(duì)于f=35Hz以上的頻率，無論是臺(tái)座上還是基礎(chǔ)箱上，方案一的V_AL均小于方案二。

方案二的位移幅值要大大小于方案一的位移，滿足了加工工藝的要求，但隔振效果仍未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，居民處還超標(biāo)3dB～4dB。

（3）適當(dāng)降低行程次數(shù)

為此，開展了在方案二的基礎(chǔ)上，在不影響工藝的情況下，適當(dāng)降低行程次數(shù)的試驗(yàn)。測(cè)點(diǎn)示意圖如圖2所示意，測(cè)試結(jié)果如表4所示。



圖2 測(cè)點(diǎn)位置示意圖

4、5.二樓室內(nèi)中央測(cè)點(diǎn) 2、3.一樓室內(nèi)中間測(cè)點(diǎn) 1.一樓室外1米測(cè)點(diǎn)

表5 轉(zhuǎn)數(shù)與隔振效果的關(guān)系

見表

由表5可知，當(dāng)行程次數(shù)減少時(shí)，V_AL與V_L隨之下降。如測(cè)點(diǎn)1的垂直方向振動(dòng)，當(dāng)行程次數(shù)由272次/分降到250次/分時(shí)，V_AL減少，△V_AL=76—73.5=2.5dB。△V_AL來源于兩個(gè)方面：

a.由于行程次數(shù)降低，慣性力也變小，由此引起的△V_AL下降值為：△V_AL==2.5dB；

b.沖擊時(shí)間間隔加長(zhǎng)，加工力引起的沖擊能量在下一次沖擊到來之前能因阻尼消耗大部分，從而使附加位移減少，故使V_AL下降。

至此，某汽配廠高速壓力機(jī)在運(yùn)行行程次數(shù)265次/分時(shí)，隔振完全達(dá)到了既保證了臺(tái)座位移小于0.2mm（實(shí)際上小于0.1mm），又保證了居民處環(huán)境振動(dòng)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（V_L小于72dB）的要求。

4 結(jié)論

（1）高速壓力機(jī)隔振是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，在隔振設(shè)計(jì)時(shí)要謹(jǐn)慎從事。

（2）高速壓力機(jī)行程次數(shù)在200SPM—1000SPM之間，對(duì)于不同的行程次數(shù)，應(yīng)采用不同的隔振方法。

（3）高速壓力機(jī)的激振力主要為曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的慣性力和加工力，一般情況下前者大于后者，但激振頻率是前者小于后者。當(dāng)隔振系統(tǒng)的固有頻率和慣性激振力頻率之比小于時(shí)，對(duì)慣性激振力會(huì)有隔振效果，對(duì)加工力自然更有隔振效果。為了獲得更好的隔振效果，可使隔振系統(tǒng)固有頻率盡可能降低，但過低的固有頻率，工程上難以實(shí)現(xiàn)，且會(huì)引起臺(tái)座振幅過大。

（4）隔振效率和臺(tái)座振幅兼顧問題：a.如果行程次數(shù)≥400SPM，則可以采用阻尼彈簧隔振器實(shí)施隔振，但彈簧要有足夠的阻尼，以消耗在慣性激振力達(dá)到高峰時(shí)加