ВИБРОЗАЩИТА ВЫСОКОТОЧНОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ ВИБРАЦИЙ ВНЕШНИХ ИСТОЧНИКОВ Кудин В.В., Астахов Э.И., Кудин М.В. Белорусский национальный технический университет, Минск Kinematic external disturbance vibration-registered equipment and is represented as a Fourier se- ries. The schemes vibroprotection machines and their analysis on the efficiency of vibration protection. Техническое перевооружение современных машиностроительных предпри- ятий предъявляет повышенные требования к допустимым уровням вибрации не- сущих конструкций, фундаментов рабочих площадок, предназначенных под мон- таж высокоточного машиностроительного оборудования. Вибрационная активность рабочих площадок отрицательно влияет на точ- ность, надежность и долговечность монтируемого оборудования. Кроме того, снижается надежность работы систем автоматического управления, а также ухудшаются условия работы обслуживающего персонала. Таким образом, неудовлетворительные показатели виброактивности маши- ностроительного оборудования требует виброзащитных мероприятий, являющих- ся весьма актуальными задачами на современном этапе развития машинострое- ния. Известно, что на станину машины (станка), наряду с силовым воздействием от внутренних источников неуравновешенных роторов и отдельных механизмов, действуют кинематические возмущения со стороны опорных поверхностей. При этом как силовые, так и кинематические возмущения являются колебательными процессами. Силовое воздействие, вызванное неуравновешенностью звеньев, обычно кратно основной частоте вращения ротора машины, а амплитуда пропорциональ- на квадрату угловой скорости. Кинематическое возмущение, воспринимаемое корпусом машины со сторо- ны фундамента не является периодическим, закон его изменения во времени но- сит нерегулярный, хаотический характер. Основными причинами хаотичности является большое число независимых источников вибрации и нерегулярность физических процессов, вызывающих по- явление вибрационной активности источников, расположенных на значительном расстоянии от объекта виброзащиты. Вибрация от источника передается через грунт, обладающий упруго- диссипативными свойствами. Поэтому кинематическое возмущение на входе объ- екта виброзащиты представляет случайный характер. Невозможно точно учесть все факторы, влияющие на характер вибрационного воздействия. Сложность представления вибрационных кинематических воздействий в виде явных функций от времени привело к тому, что характеристики вибрационного процесса за- меняются функционалами ) , зависящими от некоторых параметров [1]. )(tx ...,( 21 iuuuФ )( iu Используя преобразование Фурье на бесконечном интервале , вибраци- онное воздействие представляем комплексной функцией от )(tx  , т. е. , (1)      )()()()( 11 iVUetxiX tj 203 где , ,     tdttxU cos)()(1     tdttxV sin)()(1  – круговая частота колебательного процесса. Кинематическое возмущение включает в себя виброперемещение, вибро- скорость и виброускорение соответствующих точек опорной поверхности. Кине- матическое возмущение – это величина, выражающая суммарное воздействие всех работающих машин и оборудования, расположенных как в непосредственной близости от объекта виброзащиты, так и на достаточно значительном удалении с учетом упругих и диссипативных характеристик окружающей среды, являющейся проводником колебательной энергии. Вибрационное возмущение рабочей площадки предлагается получить инст- рументальным методом, т.е. с помощью виброизмерительной аппаратуры, напри- мер, виброметр «Октава 101В» для общей и локальной вибрации. Виброметр ос- нащен трехкомпонентным датчиком виброускорения, обеспечивающим измере- ние и хранение в памяти значений виброускорения как общей, так и локальной вибраций с целью диагностики состояния промышленного оборудования. Вибро- метр может быть подключен к персональному компьютеру ПК. Информация, по- лученная экспериментальным измерением, переносится на ПК в виде специ- ального файла, в котором хранится информация о значениях виброускорения по трем взаимноперпендикулярным направлениям на достаточно большом интервале времени. )(tF Значения файла , характеризующие виброускорение точек опорной по- верхности, представляем в виде ряда Фурье с периодом )(tF Т       11 sincos 2 )( k n k k o tkbtka a tF , (2) где T  2 –круговая частота на основной первой гармонике кинематического возмущения. Тогда амплитуда и начальная фаза kA k равны: 22 kkk baA  , k k k a b arctg , где   T k tdtktFT a 0 cos)(2 ,   T k tdtktFT b 0 sin)(2 – коэффициенты ряда Фурье на k-й гармонике. Решение задачи спектрального анализа функции , заданной специаль- ным файлом на ПК, выполняется в численном процессоре Mathcad при помощи алгоритма быстрого преобразования Фурье [5]. )(tF Этот алгоритм реализован встроенной функцией Mathcad, как например, – вектор прямого преобразования Фурье, либо ) – вектор прямого преобразования в другой нормировке, где )(yfft (yFFT y -вектор действительных данных, взя- тых через определенные промежутки значений аргумента. Вектор y или аргумент прямого «Фурье-преобразования» должен иметь ровно элементов (где -целое число). В таком случае, результатом является вектор с элементами. В случае, если число данных вектора не совпада- ет со степенью 2, то необходимо дополнить недостающие элементы нулями. n2 1 n 1n2 y 204 Таким образом, спектральный анализ функции ) позволяет получить значения частоты, амплитуды и начальной фазы, характеризующих кинематиче- ское возмущение опорных точек рабочей площадки и на их базе построить ам- плитудный и фазовый спектры, которые и используются в расчете виброзащитной системы. (tF Виброзащита машины осуществляется по следующим схемам: а) опорная схема (рис. 1), при которой виброизолирующее устройство 2 рас- полагают непосредственно под корпусом (станиной) изолируемой машины (объ- екта виброзащиты) 1. Рис. 1. Опорная схема виброизоляции б) опорная схема с постаментом (фундаментным блоком) (рис. 2). Такая схе- ма применяется в случае, когда корпус машины имеет недостаточную жесткость и центр масс находится достаточно высоко от опорной поверхности, либо когда объект виброзащиты состоит из нескольких отдельных машин, расположенных на общей опорной поверхности; Рис. 2. Опорная схема с постаментом в) подвесная схема с фундаментным блоком (рис. 3). В этой схеме виброза- щиты предусматривается вариант, когда виброизолирующее устройство 2 закреп- ляется выше подошвы фундаментного блока 3, а сам объект виброзащиты 1 вме- сте с постаментом 3 подвешен на виброизоляторах 2, работающих как на растя- жение, так и на сжатие. 205 Рис. 3. Подвесная схема виброизоляции г) подвесная тросо-рычажная схема виброзащиты (рис. 4). Применяется для виброзащиты объекта с преобладающими горизонтальными возмущениями ис- точника. Рис. 4. Тросрычажная схема виброзащиты С помощью рычагов (тросов) 2 объект 1 виброзащиты вместе с постаментом 3 подвешивается к несущим конструкциям здания. Эту схему рекомендуют при- менять и в случае, когда горизонтальные колебания имеют низкочастотный спектр, при которых виброзащитные устройства на пружинах или резиновых виб- роизоляторах практически неэффективны. Наличие в виброзащитных схемах постамента (фундаментного блока) связа- но с увеличением общей массы объекта виброзащиты, что обусловлено снижени- ем амплитуды вынужденных колебаний объекта с одной стороны, и с другой сто- роны снижается частота собственных колебаний, т.к. на высоких частотах виб- роизолирующие устройства должны обладать высокой податливостью. Однако известно, что при высокой податливости упругих элементов появляются трудно устраняемые перекосы объекта от случайных статических нагрузок. Кроме того, выбор формы постамента влияет на относительное положение центра масс объек- та и линии действия возмущающей силы. Оптимальное их расположение миними- зирует амплитуды вращательных колебаний объекта. При виброзащите объекта по схемам а, б и в, приведенным на рис. 1–3, не- обходимо, чтобы в направлении оси  отношение частот 206 4  zo , (3) а по двум другим осям были бы больше 2,5. Известно, что изготовление виброи- золяторов, обеспечивающих частоту собственных колебаний объекта меньше 2 Гц, сопряжено со значительными техническими трудностями, то при частотах меньше 5 Гц допускается, как исключение, значение отношения 3 z [3]. При этом требуемые значения частот собственных колебаний zo , , вычис- ляются из решения частотного уравнения [1]. yo xo В случае виброзащиты по схеме «г» (см. рис. 4) необходимо, чтобы отноше- ния частот по осям x и y было больше 4. По оси отношение не обязатель- но ограничивать, т.к. отсутствуют значительные вертикальные кинематические возмущения. z  ЛИТЕРАТУРА 1. Вибрации в технике: справочник в 6 т. / под ред. К.В. Фролова. – М.: Машино- строение, 1981. – Т. 6. Защита от вибраций и ударов / под ред. К.В. Фролова, 1981. – 456 с. 2. Кудипов, В.А. Динамика станков. – М.: Машиностроение, 1967. – 359 с. 3. Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования / ЦИНИСК им. В.А. Кучеренко. – М.: Стройиздат, 1972. – 160 с. 4. Средства защиты в машиностроении. Расчет и проектирование: Справочник/ С.В. Белов [и др.]; под ред. С.В. Белова. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с. 5. Кирьянов, Д.В. Mathcad13. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 608 с. 207