Файл: Попков, В. И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 69
Скачиваний: 0
и упругого слоя в виде осесимметричного кольца. При осесиммет ричных модах колебаний щитов целесообразно использовать набор антивибраторов, расположенных по окружности на промежуточном кольце виброизолирующего щита. В этом случае по крайней мере отдельные антивибраторы попадают в пучности колебаний, что обе спечивает эффективное виброгашение.
В блочных агрегатах антивибратор зачастую строят с исполь зованием в качестве массы пассивных (на частоте работы антивибра тора) элементов корпусов механизмов. Например, в дизель-генера торе с выносными подшипниками генератора антивибратор конструи руют на основе массы статора генератора. Для этого статор крепят к раме упругими элементами. Жесткость упругих элементов и место их установки [41 ] выбирают из условия получения резонансных колебаний статора вдоль направлений основной вибрации агрегата на частоте вращения (или ее гармониках) ротора.
Еще один способ гашения вибраций механизма с помощью анти вибраторов — встраивание антивибраторов в амортизаторы в центре упругого резинового слоя. В этом случае коэффициент уменьшения
вибрации |
фундамента |
4Ф(<о) |
|
|
|
К (со) |
1+ |
|
|
|
<7ф(“) |
|
||
|
|
|
|
|
|
! (®) [/' |
,2S,(1+/Tla)l |
|
|
+ |
|
|
|
|
2ф(со) 2.Sa (1 4~ /‘Па) |
|
|
2mMSa(1 + /Ца) |
|
|
|
|
||
Iсо |
2Sa(1 + т|а) |
|
|
|
|
|
|
||
|
Усо |
|
|
|
При /С0/Пм > _^аД ir./1!3) и |
(to) > Sa ^ |
, ЧТО обычно |
||
наблюдается на частотах выше частоты собственных колебаний ме ханизма на амортизации и до частот, пока механизм колеблется как твердое тело
К |
(со) |
. /со2| (со) |
|
4Sa (1 + /Ла) • |
|
||
|
|
|
|
Z l ^ ) ^ 4SA\ + ha )[kl И — 1]; |
(5.38) |
||
|
|
J w |
|
~ |
4 М°а ( ) ^ Л1а) if [ kl (СО) - 1]. |
(5.39) |
|
Если сравнить эти выражения с уравнениями (5.30)—(5.31), видно, что на частотах выше со0а антивибратор в амортизаторах об ладает примерно в 4сооа/со2 раз большей эффективностью, чем анти вибратор на механизме. Для обеспечения одинакового снижения уровня вибрации масса антивибратора в амортизаторе может быть
в 4сооа/со2 раз меньше массы антивибратора, установленного непосредственно на корпусе механизма.
196
§2 6 Активное и комбинированное
гашение вибрации механизмов
Активное виброгашение. Система активного виброгашения включает (рис. 87) электромеханический преобразо ватель 5, усилитель 1, регулирующее устройство 2 и вибратор 3. Вместе с вибрирующим объектом 4 эти элементы представляют еди ную колебательную (обычно электромеханическую) систему. Электро механические системы активного виброгашения принято классифи цировать как стабилизирующие системы автоматического регули рования [47, 73]. Настроить работу в режим активного виброга шения—значит обеспечить функциональную взаимосвязь элементов таким образом, что вибрация объекта под действием внутренних сил и сил вибратора уменьшится
в требуемое число kB раз по срав нению с вибрацией работающего механизма. Это сложная комплекс ная задача, требующая определе ния необходимых параметров эле ментов системы (чувствительности преобразователя, коэффициента усиления усилителя, передаточных и фазовых характеристик регу лирующего устройства, коэффи-
циента электромеханической связи, массы и упругости вибратора), а также соотношения между колебательной мощностью, затрачи ваемой вибратором для снижения в kB раз вибрации объекта, и электрической мощностью, потребляемой обслуживающими вибратор устройствами.
Электромеханическая система активного виброгашения на дис кретных частотах рассмотрена, в частности, в работах [46; 45], а системам активного виброгашения в полосах частот посвящены работы [77; 82; 85; 86; 21].
Возможны различные варианты систем активного виброгашения в зависимости от места расположения вибраторов (на механизме, фундаменте), типа вибратора, сложности его установки н эксплуата ции, а также надежности систем обслуживания вибраторов, их мощ ности, веса, габарита, сложности изготовления и эксплуатации.
Рассмотрим способы силового воздействия на систему механизм— амортизация—фундамент с целью активного виброгашения. Про анализируем, как влияет место установки и способ воздействия со стороны вибратора на величину требуемой для гашения силы FB, а также целесообразность с эксплуатационной точки зрения исполь зования вибраторов различных типов.
На низких частотах (пока механизм колеблется как целое) уста новленные на корпусе механизма вибраторы для достижения ощу тимого эффекта виброгашения должны развивать силы FB(со), при мерно равные по величине и противоположно направленные силам
197
"Qr (со), действующим в источнике. При однонаправленных колеба ниях
= |
(5.40) |
На высоких частотах для получения эффекта виброгашения виб раторы устанавливают в районе каждого участка крепления меха низма и амортизаторов. Вибраторы должны развивать силы, близ кие по величине и противоположно направленные силам Q'!0 (со).
При отсутствии связи между колебаниями различных участков лап механизма для гашения вибрации механизма в kBраз каждый вибра тор должен развить силу
f'L (СО) = |
‘ - |
у |
q'l (со) [ZZ (со) + |
z;.% (со)] = |
|
|||
|
= |
|
|
<7? (to) |
t e . X. X (со) + |
Z 'h о (со)]. |
(5.41) |
|
При kB» |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
I F'L H 1~ |
I Q-o (со) I ^ |
I q 'l (со) 11 Z ’l la’ (CO) + |
Z'l'/o (со) |. |
(5.42) |
||||
Пример. Определим |
силу, |
которую должен развивать |
вибратор для |
гашения |
||||
в 1 0 раз (kB= |
1 0) амплитуды вертикальной вибрации электродвигателя на частоте |
|||||||
2500 Гц. Характеристики электродвигателя приведены в предыдущем примере.
Скорость вибрации электродвигателя на частоте 2500 Гц равна |
3- 10~ 2 см/с. Это |
||
соответствует уровню вибрации по ускорению примерно 84 дБ. |
|
|
|
Учитывая, что kB > |
1, используем для ориентировочного расчета flj |
формулу |
|
(5.42) |
|
|
|
к з в I = | Й 11^зза + |
Зио | = 3 - 1 0 - 2| 2,5 5 -ю 7 + /. 1,25-107 | ~ |
8 ,5 -105 |
дин. |
На низких, но превышающих частоту вращения ротора механизма, частотах амортизация, как известно, позволяет значительно сни зить величину силы, передаваемой от источника на фундамент. Коэффициент передачи силы, или коэффициент динамичности, в общем случае колебаний многоточечных систем определяется по формулам
(1.55). При однонаправленных колебаниях |
^ |
|
_ . |
|
^ ) |
1 |
^ |
“а
Отсюда видно, что при одинаковом эффекте виброгашения сила, развиваемая вибратором, установленным на фундаменте, на низких частотах меньше, чем при размещении его на механизме, в число раз, равное коэффициенту динамичности системы механизм (твер дое тело) — амортизация (упругий слой).
Вибраторы активного виброгашения на фундаменте устанавли вают так же, как и антивибраторы, во всех участках контакта амор тизаторов с фундаментом. При установке в районе участков контакта амортизаторов с фундаментом на высоких частотах каждый вибра-
198
тор должен развивать силу
И |
ф . |
1 |
— /гв (со) |
q'/ф Н + И'Гф (со) + |
Z Z . м (со)], |
(5.43) |
п И |
=кв(со) |
|||||
где q'i%(со) — скорость вибрации фундамента. |
|
|
||||
Если Z |
" /a‘ . |
м(со) И |
2 'Т фа .(со), а также Z ^ (со) |
и Z " o/ (со) |
одного |
|
порядка (что характерно на высоких частотах), то, как видно из сравнения формул (5.41) и (5.43), для обеспечения одинакового эффекта внброгашеиия вибраторы на фундаменте могут развивать
в ql (со)/<7?ф (со) раз меньшие силы, чем вибраторы на механизме. Та ким образом, и на высоких часто тах активное виброгашение эффек тивнее при установке вибраторов на полках фундаментов (примерно на величину перепада вибрации на амортизаторах).
Для получения эффекта ком пенсации плоских изгибных коле баний протяженных стержней или пластин фундамента вибратору необходимо развивать силу
FkA со) |
1— /гв (ю) 4 * (со) |
кв (СО) г пфк (со) QI И , |
(5.44)
Рис. 8 8. Схема установки вибратора
между механизмом и фундаментом.
I — а м о р т и з а т о р ; 2 — м е х а н и з м ; 3 — в и б р а т о р ; 4 — ф у н д а м е н т .
где Z%k (со) и Z%1(со) — входное и переходное сопротивления фунда мента пластины;
<2ф (со) — сила, |
действующая на пластину фундамента |
в районе контакта с амортизатором. |
|
Возможна еще установка |
вибраторов между механизмом и фун |
даментом— параллельно амортизаторам (рис. 88). При этом коэф фициент уменьшения вибрации фундамента на низких частотах
|
|
|
|
|
HQ |
(со) |
ИМ Ф (со) |
|
|
|
|
|
M “ ) = ,7Q (со) ИМ Ф (со) + F BМ в. ф ( со) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
■Sa (1 |
+ |
/ Д а ) |
|
|
|
|
|
"Q(со) |
"Q (ш ) ____ /СО |
F B (со) /сотм |
(5.45) |
|||||
|
|
S a |
(1 ~ Ь |
/ Д а |
|
|
||||
|
|
|
|
|
/СО |
|
|
|
|
|
Вибратор |
для обеспечения |
гашения вибрации |
фундамента |
|||||||
в kB(со) |
раз |
должен |
развивать |
усилие |
|
|
||||
Fв (со) = |
|
к в (со) - |
1 |
S |
, ( l + |
/ т |
| а ) |
_ |
" Q ( c o ) [ f e B (со) — |
1] (1 — /Tia ) t o g |
"Q (со) • kB(со) |
|
|
co2m |
|
|
кв (со) со2 |
|
|||
|
|
1т ЯП (СО) |
[А в (СО) — |
1] |
(1 + |
/ Д а ) СОра |
(5.46) |
|||
|
|
|
|
|
кв (со) со2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
199
Из выражений (5.40) и (5.46) видно, что для обеспечения одина кового эффекта виброгашения на низких частотах вибратор, уста
новленный между механизмом и фундаментом, развивает в (* + Л 1 а ) Ш0а
раз меньшую силу, чем вибратор, установленный на механизме. Причем сила FB вибратора на механизме по фазе противоположна силе в источнике, а сила действия вибратора между механизмом и фундаментом при малых т)а почти совпадает по фазе с силой "Q. По результату действие вибратора, установленного параллельно амортизатору, аналогично уменьшению жесткости амортизатора и, как следствие, увеличению его виброизолирующего эффекта.
На высоких частотах коэффициент уменьшения составляющей колебательной скорости участка контакта амортизатора с фунда
ментом |
|
|
|
|
|
kna(со) = |
|
V S M W W |
|
||
Qq(“)4 а (“) |
(<“) + 2о"(“)] |
‘ |
|||
Сила, необходимая |
для |
гашения |
вибрации в k 1(со) |
раз, опре- |
|
деляется по формуле |
|
Qо (®)2j?a"(c>) [knB(со) — l] |
|
||
^ в И = |
— |
(5.47) |
|||
[2?a»(®)+2jB(<D)]AB(cD |
|||||
|
|||||
или через колебательную скорость механизма цп (со) до включения вибратора
рп |
( ш ) _ 'чЛ ( “ >)[г™ ( » » + |
ZZ (">)а ) ] И |
- |
1 ] |
|
|
|
f2 i' a ( ® ) + 2 gn (co)]ftu (co) |
|
|
|
|
Яп(со) [Zgn (со) + 2™х. х (со)] Zn2'l (®) \knB(со) ■■1] |
|
(5.48) |
||
|
|
[Z?a"(a>)+zr (®)JA„ (со) |
|
|
|
В этих |
уравнениях |
Z?a (со), Z™ (со) — элементы амортизатора- |
|||
четырехполюсника (см. |
рис. 21). |
|
|
|
|
Таким образом, зная механические сопротивления механизма, амортизации и фундамента, а также уровни вибрации механизма, можно рассчитать силу, которую должен развивать вибратор для обеспечения гашения вибрации в требуемое число раз.
Из уравнений (5.41) и (5.48) видно, что для достижения одина кового эффекта виброгашения на высоких частотах вибратор, установ
ленный между амортизаторами, может развивать в Z™ (co)/Z?a (со) +
+Zfin (со) раз меньшую силу, чем вибратор на механизме. Установка вибраторов параллельно амортизаторам выгодна также
по эксплуатационным соображениям. Дело в том, что при установке на механизм или фундамент вес вибратора удерживается его соб ственной упругой подвеской. При этом вибраторы эффективно развивают силу только на частотах, превышающих частоту собст- в енных колебаний. Однако при малых значениях собственной частоты вибратора подвеска обладает малой жесткостью, прочностью и ненадежна. Выбор достаточно жесткой подвески приводит к огра
20)