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机器基础

[拼音]:jiqi jichu

[外文]:machine foundation

装有各种动力机器设备的、在激发作用下发生振动的基础。

振动是物体对其静力平衡位置所作的往复运动。基础振动常用周期、频率与幅值表达。

周期T是振动一次所需时间;每秒钟的振动次数称为频率f=1/T,将之换算成角速度则称(角)圆频率ω=2πf;幅值是指从静力平衡位置算起的扰力、位移、速度或加速度的最大值,其中扰力的幅值称为扰力幅Q0,位移的幅值称为振幅A

机器基础按扰力可分为产生周期力的基础,如往复式压缩机基础或透平机基础;和产生非周期力的基础,如锻锤基础。按结构可分为大块式、箱式、墙式、构架式、混合式及片筏基础(见基础)。

基础的激发与反应

一般弹性振动体系有四要素:扰力Q(t)x(t)、质量m、刚度K与阻尼系数C。就机器基础-土体系而言,质量是指机器与基础的质量,刚度与阻尼系数由地基土动力特性决定。引起振动的外因是激发,它分自然激发(风、浪、地震)和人工激发(爆炸、车辆、施工、机器)。它们以扰力Q(t)或扰动x(t)的形式作用于基础。扰力是大小或方向随时间改变的力,扰动是大小或方向随时间而改变的运动,故激发是时间的函数。根据该函数形式的不同,激发可分周期激发与非周期激发、连续型与非连续型。

最常见的一种激发是用余弦(或正弦)函数表示的连续型的周期稳态激发。可用Q(t)=Q0cosωt表示稳态扰力,当Q0为常数时,称Q(t)为定幅扰力。当Q0为离心力时,即Q0meeω2(式中me为偏心块质量;e为偏心距;ω为机器转速即扰频率)时,称Q(t)为频变扰力。这两类稳态扰力的波形都呈余弦型。

动力反应是激发引起的后果。它通常指基础的运动状态,且大都用基础的振动时程曲线(振动波形)表示,但有时也用基础的振幅频率曲线即共振曲线表示。除运动状态外,动力反应也可指基础的动应力状态。

当动力反应以振动波形表示时,它是时间的函数。受稳态扰力的基础,其振动波形总是余弦型而与稳态扰力类型及阻尼无关(阻尼是能量随时间与距离的耗散)。如在稳态扰力作�a href=’http://www.baiven.com/baike/224/271348.html’ target=’_blank’ style=’color:#136ec2′>孟禄�》⑸�忍�穸��浯怪闭穸�捎�I>z=Acos(ωt-�)表示(式中A为振幅;�)为相位差,此角来源于地基土的阻尼,它意味着最大位移的出现晚于最大扰力的出现,其间时差折算成角度便是相位差)。

同一基础受两类不同稳态扰力的作用,其振动波形均为余弦型,但共振曲线不同,如图1所示,定幅扰力下的共振曲线有截距、峰点为c、以ω 轴为渐近线;频变扰力下的共振曲线无截距、峰点为e、以平行于ω 轴的直线为渐近线;两者的峰点频率相比,后者大于前者。

机器基础振动的形式

机器基础对激发的动力反应主要表现为振动。振动紧密地联系于激发,首先联系于基础本身机器的运动类型。视机器运动类型的不同,振动有以下几种形式:

简谐振动

是单纯余弦波型的振动。发电机、电动机的基础的振动属于此类(图2a)。简谐振动是最简单的一种周期运动。周期振动是对周期激发的动力反应。

复合周期振动

为两个或数个频率不同的余弦型振动的叠加,具有曲柄连杆的空压机基础的振动属于此类(图2b)。复合周期振动虽亦属于周期振动,但其波形不再呈余弦型。

以上都属于强迫振动,其特点是:振动与扰力同时存在,两者同频率,且每有一个扰力即有一个同频的振动与之对应,在连续周期激发下振动的大小周而复始,不随时间衰减和消逝,故也称稳态振动。

瞬时振动

是有阻尼的自由振动(图2c),如锻锤基础的振动属于此类。自由振动由初速度引起或由初位移所引起。有阻尼自由振动的特点是:扰力作用时间很短,在扰力撤离之后,基础按其固有频率振动,但因阻尼的存在,振动逐渐衰减,终归于静止,故有阻尼振动亦称瞬时振动。瞬时振动的波形为zA1ecos(ωdt-�0。式中A1、�0取决于自由振动所赖以发生的初始条件,如锻锤基础的初始条件为�0(初速度)�0,z0(初位移)=0,位移计算公式为

式中D为阻尼比,是实际阻尼对临界阻尼之比;ωn为无阻 尼固有频率;ωd为有阻尼固有频率。

可分别从实测无阻尼和有阻尼自由振动波形的周期中推算出来。

参考书目
  1. E.劳施著,武汉钢铁设计研究院译:《机器基础》上下册,冶金工业出版社,北京,1981。(E.Rausch,Maschinen-Fundamente und andere Dynamisch Beanspruchte Baukonstruktionen, VDI-Verlag,Ber-lin,1968.)
  2. 严人觉等著:《动力基础半空间理论概论》,中国建筑工业出版社,北京,1981。
  3. D.D.Barkan,Dynamics of Bases and Foundations,McGraw-Hill,New York,1962.

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