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一种新型的锻锤减振装置
作者:李仕华 肖作义
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锻压/冲压/轧制设备展厅
压力机, 空气锤, 锻压机床, 单柱液压机, 四柱液压机, ...
摘要:介绍了一种新型锻锤减振装置——圆柱形弹簧装置和粘滞阻尼器的原理、结构特点及其合理设计。

1引言

锻锤在工作过程中,会对设备本身和周围环境产生有害振动,因此需通过研究减振材料、设计减振装置来降低这种危害。目前,锻锤基础减振的方法很多,如有惯性块弹簧悬吊式隔振基础、板弹簧悬吊式直接隔振基础、砧下橡胶减振器直接隔振基础和浮动式隔振基础等。但是,上述方法存在工作性能差、易于损坏等缺点。例如,防振橡胶不能吸收低频振动;空气弹簧附件多,构造复杂,需要空气气源及气压控制系统,成本较高;浮动基础需要增设气泵及供水系统等。为了更好地对锻锤进行减振,一种新型、固有频率更低的隔振器应运而生。它是由金属弹簧和粘性阻尼器构成的组合弹性隔振器。粘性阻尼器由于固有频率低(4Hz) ,所以能够大大减小冲击和振动的传导,降低由振动而造成的危害。同时,也能够简化锻锤基础,降低地基造价。

2结构及其特点

下图为锻锤基础下的弹簧装置和粘滞阻尼器。这是一种标准型,弹簧和粘滞阻尼器用螺栓直接固定在机器和地基上。粘滞阻尼器和弹簧组分布于锤的重心周围,所有的弹簧变形均一样,机器处于水平状态。

粘滞阻尼器的机械作用主要依赖于采用的阻尼剂的粘度,但工作环境温度对其也有影响。对于温度变化较小的室内机械车间,可以不考虑温度的影响。对于温度变化较大的室外,应在粘滞阻尼器上配置电热装置,以让阻尼剂保持恒温控制状态。

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锻锤基础下的弹簧和粘滞阻尼器
1 砧座2 地基3 弹簧4 粘滞阻尼器

粘滞阻尼器的阻尼可看作是材料的阻尼,它有滞后特性。锻锤的冲击力越大,阻尼作用越大。使用粘滞阻尼器不仅大大减小了基础造价,而且能满足对阻尼元件的全部要求。例如,六个方向均有阻尼作用,阻尼大小可调,不用维修,使用寿命长,隔振效率高等。另外,该阻尼器还可减少弹簧装置的动载荷。

3 隔振装置的合理设计

圆柱形弹簧装置和粘滞阻尼器的大小是根据锻锤的冲击静载荷和动载荷来决定的,在设计计算时,还需考虑锻锤的打击频率,以避免振幅累积造成的影响。粘滞阻尼器按下述因素确定:①限制基础运动的范围。②锤头打击后运动迅速停止。③基础块质量。例如,如已知基础块质量m,阻尼振动周期Td,振动衰减程度δ,即可根据文献〔3〕的计算公式求出临界阻尼系数和阻尼系数。计算公式为:

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式中Cc——临界阻尼系数

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由求得的Cc 和C 值,就可从标准系列中选择所需的粘滞阻尼器。

在隔振装置中,可以通过改变活塞杆的布置来调整阻尼量。若必要,还可以设置一个能在运动中调整阻尼效果的装置。

弹性基础的造价取决于:①锻锤工作时传递到地上的许用力。②锻锤的许用位移。许用力和许用位移越大,基础造价越低。

根据某些资料可知,弹性基础的重量取决于锤头势能和基础振幅。锻锤工作时传递到地面上的力取决于锤头势能和弹性基础系统的频率。例如,已知锤头重B = 1.5t,势能E = 4. 2×104J ,理论落下高度h= EöB = 2. 8m ,基础的自然频率是4Hz,阻尼系数C= 0. 4,冲击后基础振幅a= 3mm。通过查图表,可以算出带粘滞阻尼器的锻锤基础重量为142. 5t,粘滞阻尼系统地面受力为390kN。

锻锤的理想状态是没有位移的,但实际上这是不可能的。多大位移可以允许,并没有标准,主要取决于锻锤的大小及在其上的工作类型。锻锤落下能量大,允许位移也大。一般振幅为0. 1~ 0. 4cm ,在一定条件下,可以允许到1cm。

一般情况下,锻锤隔振基础的成本比刚性基础要低。因为锻锤大,需要的刚性基础也大,以便吸收高的动载力。而采用弹簧和粘滞阻尼器隔振装置,不仅使基础减小了,而且由于降低了作用于隔振基础的作用力和位移,使基础成本进一步降低了。

4 锻锤在刚性和隔振基础上的比较

下面给出了两例锻锤在刚性和隔振基础附近的测量结果。根据文献〔1〕,德国铁路局和Gurt-Risch 研究所分别对锻锤在刚性和隔振基础附近的振动频率、振幅、速度和加速度进行了测量。前者采用的测量仪器为振动探测器。空气锤的锤头重为500kg,打击能量为12200J。对厚60mm 的钢筋自然软木基础的测量结果为:振动频率为18Hz、振幅为0.045cm、速度为50.9mm/s、加速度为583mm/s2;对距离基础2m 处的地面测量的结果为:振动频率18Hz、速度为7.9mm/s、加速度为91mm/s2;在炉子附近的地面测量的结果为:振动频率为18Hz、速度为2.5mm/s、加速度为29mm/s2。在GERB 弹簧和粘滞阻尼器隔振基础(其自然频率为4Hz) 上的测量结果为:振动频率为4Hz、振幅为0.45cm ,速度为11.3mm/s、加速度为288mm/s2。后者采用电子动载速度传感器作为测量仪器。

锻锤落下重量为500kg,打击能量为9000J。在距刚性基础12m 处的测量结果为:振动频率46Hz、速度1.32mm/s、加速度38mm/s2。在距GERB 弹簧和粘滞阻尼器隔振基础12m 处测量结果为:振动频率35Hz、速度0.02mm/s、加速度0.4mm/s2。

5 结论

通过对这种隔振装置与传统的隔振基础比较可知,该装置的减振性能更佳,可减少锻锤对周围环境的振动80% 以上。而且,利用该隔振器可以对锻锤进行直接隔振,取消了庞大的惯性块而使地基的挖掘量大为减少,节省大量投资。目前,德国、英国等近20 个国家的锻锤上已经安装了这种隔振器。

参考文献
1 GERB V ibration - Iso lation System s. GERB Gesellschaft für Iso lierung mbH & Co KG
2高乃光主编. 锻锤. 机械工业出版社,1987.
3王彬主编. 振动分析及应用. 海潮出版社,1992.
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