Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов

Рассматривается защита тяжёлых машин от действия вибрационных нагрузок при помощи резиновых элементов.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автор:	Агальцов, Г.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2013
Назва видання:	Геотехническая механика
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59581
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов / Г.Н. Агальцов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 185-196. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-59581
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-595812025-02-23T19:46:53Z Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов Vibration insulation of whirlwind amalgamators of sinter plants by means of rubber elements Агальцов, Г.Н. Рассматривается защита тяжёлых машин от действия вибрационных нагрузок при помощи резиновых элементов. The protection of heavy machinery from the action of vibration loads with rubber elements is considered. 2013 Article Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов / Г.Н. Агальцов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 185-196. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59581 628.517.4:621.752 ru Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассматривается защита тяжёлых машин от действия вибрационных нагрузок при помощи резиновых элементов.
format	Article
author	Агальцов, Г.Н.
spellingShingle	Агальцов, Г.Н. Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов Геотехническая механика
author_facet	Агальцов, Г.Н.
author_sort	Агальцов, Г.Н.
title	Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов
title_short	Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов
title_full	Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов
title_fullStr	Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов
title_full_unstemmed	Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов
title_sort	виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2013
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59581
citation_txt	Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов / Г.Н. Агальцов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 185-196. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT agalʹcovgn vibroizolâciâvihrevyhsmesitelejaglofabrikspomoŝʹûrezinovyhélementov AT agalʹcovgn vibrationinsulationofwhirlwindamalgamatorsofsinterplantsbymeansofrubberelements
first_indexed	2025-11-24T19:14:50Z
last_indexed	2025-11-24T19:14:50Z
_version_	1849700322148089856
fulltext	Геотехнічна механіка. 2013. 108 185 Об авторе Давыдов Сергей Леонидович, ведущий инженер отдела Проблем разрушения горных пород,, Ин- ститут геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина About the author Davydov Sergey Leonidovich, Engineer of Department of Rock Breaking Problems, M.S. Polyakov Insti- tute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dneprope- trovsk, Ukraine УДК 628.517.4:621.752 Г.Н. Агальцов, инженер, мл. научн. сотр. (ИГТМ НАН Украины) ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ ВИХРЕВЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ АГЛОФАБРИК С ПОМОЩЬЮ РЕЗИНОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Аннотация. Рассматривается защита тяжёлых машин от действия вибрационных нагрузок при по- мощи резиновых элементов. Ключевые слова: вибрация, вихревой смеситель, виброизолирующая система, электромагнитные силы, виброизолятор G.N. Agaltsov, Engineer, Junior Researcher (IGTM NASU) VIBRATION INSULATION OF WHIRLWIND AMALGAMATORS OF SINTER PLANTS BY MEANS OF RUBBER ELEMENTS Abstract. The protection of heavy machinery from the action of vibration loads with rubber elements is considered. Keywords: vibration, whirlwind amalgamator, vibration insulation system, electromagnetic forces, vibro- insulator 1. Введение Тяжёлые технологические машины, применяемые в горной, метал- лургической и других отраслях промышленности, характеризуются значительными низкочастотными вибрациями и шумом, что определяется спецификой их работы, вибрационное воздействие машины на опорные конструкции способствует интен- сивному износу основных узлов и деталей, тем самым снижается производитель- ность и качество выпуска продукции. Кроме того, высокий уровень вибрации и шума, создаваемый машинами, оказывает вредное воздействие на обслуживаю- щий персонал, ухудшает условия их труда. Эффективным средством защиты от вибрационного воздействия является виброизоляция машин и оборудования. Защита от вибрационного воздействия обеспечивается устройствами, расположенными между машиной и опорной кон- струкцией, в качестве таких устройств применяют виброизоляторы, демпферы, динамические гасители. Опыт эксплуатации существующих конструкций виброза- щитных систем показывает, что такие конструкции сложны в эксплуатации, требу- ют больших капитальных затрат, а в некоторых случаях просто не работоспособны, допросам виброизоляции тяжёлых технологических машин не уделялось должно- го внимания из-за сложности их эксплуатации и значительных динамических на- грузок, создаваемых этими машинами. Поэтому создание виброизолирующей © Агальцов Г.Н., 2013 ISSN 1607-4556 186 системы тяжёлых технологических машин, способных эффективно работать в ус- ловиях горнорудных и металлургических предприятий, обеспечивающих полную изоляцию источников вибрации, интенсификацию технологического процесса и повышение производительности, является важной производственной задачей. Задачами исследования является обоснование параметров и внедрение виброизолирующих систем вихревых смесителей, что позволит создать условия для повышения производительности, интенсификации технологического процесса и повышение качества продукции. 2. Экспериментальные исследования системы виброизоляции вихревых смесителей Смеситель представляет собой полый металлический цилиндр (рис. 1) в ко- тором вращается ротор со специальными лопатками для перемешивания перера- батываемого сырья; движения ротора осуществляются от электропривода. Вслед- ствие несовершенств изготовления элементов смесителя, неточности их сборки и особенностей технологии процесса смешивания (налипание продукта на лопатки ротора, падение материала с лопаток по случайному закону и т.д.) строгая круго- вая симметрия движения элементов смесителя относительно оси вращения нару- шается, что приводит к возникновению центробежных сил, к появлению динами- ческой неуравновешенности и возникновению вибраций с широкополосным спек- тром возмущающих сил, которые передаются железобетонному перекрытию. Такая динамическая неуравновешенность наряду с поворотной симметрией движущихся частей увеличиваются со временем эксплуатации смесителя бла- годаря изношенности его элементов. При ремонте смесителя некоторые не- достатки устраняются путём замены лопаток ротора, очистки ротора от на- липшего материала и т.д. Однако уст- ранить полностью эту конструктивную и технологическую неуравновешенность не представляется возможным. Блок-схема вихревого смесителя с измерительной арматурой показана на рис. 2. В соответствии с методикой про- ведения экспериментальных исследо- ваний были выполнены записи вибро- перемещений опорной конструкции и корпуса вихревого смесителя. Харак- терные осциллограммы вибропереме- щений опорных конструкций основных узлов и деталей представлены на рис. 3. Результаты обработки осцилло- грамм – в табл. 1. 1 – барабан; 2 – привод; 3 – рама; 4 – виброи- золяторы Рис. 1 – Схема смесителя 1 – вихревой смеситель; 2, 4, 6, 7 – датчики пе- ремещений вертикальные; 3, 5 – датчики пере- мещений горизонтальные; 6 – делитель сигнала первой группы; 9 – делитель сигнала второй группы; 10 – отметчик времени; 11 – осцилло- граф светолучевой; 12 – блок питания Рис. 2 – Блок-схема измерительной установки Геотехнічна механіка. 2013. 108 187 Таблица 1 – Результаты обработки осциллограмм виброперемещений опорной конструкции и корпуса вихревого смесителя BG 1.020 Датчики пере- мещений Амплиту- да коле- баний A, мм Скорость вибропере- мещений, V, мм/с Среднеквадра- тическое зна- чение скорости Vср, мм/с Частота коле- баний f, Гц Скорость вращения ро- тора смесите- ля n, мин-1 Условия работы вихревого смеси- теля Опоры корпуса 0,22 25,3 14,2 12 75 Смеситель жёстко установлен на фундаменте Корпус 0,17 10,2 7,7 12 Перекрытие 0,21 23,2 13,5 12 Опоры корпуса 0,07 7,54 4,83 14 75 Смеситель уста- новлен на виброи- золяторах Корпус 0,035 3,41 2,44 14 Перекрытие 0,027 2,97 1,17 14 При жёстком креплении смесителя на железобетонном перекрытии экспе- риментально полученные параметры вибрации имели следующие значения:  амплитуда колебаний опорной конструкции смесителя составляла 0,22 мм, час- тота колебаний 14 Гц;  амплитуда колебаний корпуса основных узлов смесителя составляла 0,11÷0,17 мм в вертикальной плоскости и 0,05÷0,11 мм в горизонтальной;  амплитуда колебаний перекрытия между смесителями составляла 0,17÷0,21 мм в вертикальной плоскости и 0,22÷0,27 мм в горизонтальной.  уровень звукового давления составлял 110 дБ. Исследования показали, что уровень вибраций и звукового давления пре- вышал санитарные нормы примерно в 1,5 раза. Было отмечено также, что вибрации приводят к интенсивному износу элементов смесителя и к разру- шению перекрытия. После установки смесителя на резиновые виброизоляторы были про- ведены экспериментальные исследо- вания, которые показали следующее:  амплитуда колебаний опорной кон- струкции смесителя составляла 0,07 мм;  амплитуда колебаний корпуса, ос- новных узлов смесителя в верти- кальной плоскости составляла 0,035 мм;  амплитуда колебаний перекрытия между смесителями в вертикальной плоскости составляла 0,027 мм;  уровень звукового давления состав- лял 80 дБ. Как видно, система виброизоля- ции смесителя с использованием рези- нометаллических элементов оказалась довольно эффективной:  динамические нагрузки на основные элементы смесителя уменьшался в три раза; а – до установки виброизолирующей системы б – после установки виброизолирующей систе- мы Рис. 3 – Характерные осциллограммы вибро- перемещений опорных конструкций смесителя BG 1.020 ISSN 1607-4556 188  эффективность виброизолирующей системы по снижению вибраций, переда- ваемых на перекрытие, составила 85 %;  уровень вибрации на перекрытие и звуковое давление снижены до санитарных норм. Система виброизоляции оставалась эффективной в течение примерно 9 лет. Вследствие старения резины вертикальная жёсткость резиновых виброизоляторов увеличилась в среднем на (60÷65) %, коэффициент диссипации энергии умень- шился в 4-5 раз. Все это привело к выходу жесткостных и диссипативных характе- ристик виброизолирующей системы за допустимые пределы изменения парамет- ров, и система стала неэффективной. Ранее КП «Харьковский Промстройпроект» [5] провёл круг эксперименталь- ных исследований смесительного отделения ЦПО-2 по оценке влияния на несу- щие строительные конструкции динамических воздействий от работы технологи- ческого оборудования. Эти исследования в первую очередь были вызваны по- следствиями аварии: в результате динамических воздействий от работы оборудо- вания было разрушено 6000 м2 крыши здания. Исследованиями было установле- но, что наибольшие вибрации строительных конструкций наблюдались в зоне расположения приводных станций конвейеров; для окомкователей, вибропитате- лей и вихревых смесителей в точках опирания их на перекрытие [5]. Для смесителей AG 1.019 и AG 1.020 вибрация измерялась с помощью сейс- модатчиков типа К-001 в комплекте с самописцем типа ЭК-М2 [5]. Наибольшие вертикальные колебания от работы двух виброизолированных (виброизоляция 1986 года) смесителей были зафиксированы в месте выгрузки концентрата из ба- рабана – величина колебаний на перекрытии составила (0,17÷0,33) мм. При часто- те (14÷15) Гц это намного превосходит не только строительные нормы равные 0,03 мм, но и в несколько раз превосходит предельные колебания для строитель- ных конструкций, равные 0,067 [5]; уровень горизонтальных колебаний перекры- тия был равным 0,16 мм, что также превосходит предельные колебания для строительных конструкций, при этом для части балок наблюдался резонансный режим. Исследования показали также, что на колебания с частотой вращения дви- гателя (14÷15) Гц накладываются колебания от вращения ротора с частотой 1,2 Гц; причина таких колебаний – сброс концентрата с лопаток ротора [5]. Были проведены комплексные экспериментальные исследования вихревых смесителей со старой и новой виброизолирующей подвеской (конструкция эле- ментов подвески оставалась одинаковой – резинометаллические элементы типа ВРМ-903М). Экспериментальные исследования показали, что вихревые смесители отно- сятся к системам с широкополосным спектром возмущающих сил, вызванных пе- риодическими составляющими инерционных сил от движущихся элементов ма- шины: двигатель, редуктор, ротор смесителя; ударное взаимодействие частей (зу- бья шестерён редуктора, лопатки смесителя с концентратом и т.д.); электромаг- нитное взаимодействие статора и ротора приводного двигателя. Расположение основных возмущающих сил на частотной оси и их соотно- шение, полученные при экспериментальных исследованиях, показаны на рис. 4. Периодические составляющие возмущающих сил в диапазоне частот (1630) Гц вызывались ударами лопаток смесителя о перемешиваемый материал и инерционными силами ротора двигателя и первой степени редуктора. Широко- полосное возбуждение в диапазоне частот (5002000) Гц – ударным взаимодейст- Геотехнічна механіка. 2013. 108 189 вием зубьев редуктора и элек- тромагнитными силами взаимо- действия статора и ротора при- водного двигателя. Жёсткая установка вихрево- го смесителя на опорные элемен- ты перекрытия привела к возбуж- дению интенсивных колебаний перекрытия. Уровни вибрацион- ной скорости в диапазоне октав- ной полосы со среднегеометриче- ской частотой 16 Гц составили 108 дБ. Разработанные институтом геотехнической механики НАН Ук- раины виброизоляторы типа ВРМ- 903М были использованы для снижения вибраций, передаю- щихся на элементы здания агло- фабрик. Результаты измерений показали, что в диапазоне частот 16 Гц уровни вибрационной ско- рости находились в пределах (9092) дБ. На втором этапе, после более чем 16-летней эксплуатации разработанных виброизоляторов, проведены исследования по оценке виброакустической актив- ности вихревых смесителей и их влияние на наиболее чувствительный элемент здания – перекрытие, представляющей собой систему с распределёнными пара- метрами и многомодовом отклике на динамическое воздействие. При исследованиях использован комплект аппаратуры, включающей изме- ритель шума и вибрации типа ВШВ-003 М2 совместно с конденсаторным микро- фоном типа М101 и пьезокристаллическим вибродатчиком типа ДН-3М. Измерения вибраций элементов вихревого смесителя и опорной рамы вы- полнены с использованием магнитного основа- ния, а перекрытия – при помощи переходной платформы согласно требованиям [6]. Помимо этого, при исследованиях использовалась аппа- ратура фирм «Брюйль и Кьер» и «Роботрон», включающая виброметры, широкополосные усилители, фильтры и вибродатчики. Схема расположения точек измерения на втором этапе исследований показана на рис. 5 (1, 2, 3 – для измерения уровней вибрацион- ной скорости; 2 и 3 – для измерения уровней инфразвука и уровней звукового давления). Ре- зультаты измерений приведены в табл. 2. Уста- новлено, что смесители являются источником повышенного изучения инфразвуковых колеба- ний в диапазоне (1122) Гц с уровнями вал смесителя и второй ступени редуктора – 1,4 Гц; лопатки смесителя – 17,5 Гц; вал двигателя и первой ступени редуктора – 25 Гц; стрелками показаны рас- положения периодических составляющих возмущаю- щих сил (замеры выполнены на составляющих конст- рукциях смесителя). Точки – фиксированные уровни вибрационной скорости (эксперимент) Рис. 4 – Составляющие возмущающих сил вихревого смесителя Рис. 5 – Схема замера уровней виб- рации ISSN 1607-4556 190 (102104) дБ, а также уровней частот (1251000) Гц. Уровни вибрационной скоро- сти в диапазоне частот (1122) Гц достигают 93 дБ на железобетонном перекры- тии между приводами вихревых смесителей и до 104 дБ у разгрузочной части смесителей. Как видно, после 16 лет эксплуатации уровни виброскорости на перекрытии в диапазоне частот (1122) Гц повысились от 90 до 104 дБ. Экспериментально ус- тановлено также, что максимальные уровни инфразвука в полосе частот 16 Гц дос- тигают 104 дБ (при норме 105 дБ), и максимальные уровни звукового давления в полосах частот (250500) Гц достигают 92-96 дБ (при норме соответственно 82- 78 дБ). За время эксплуатации в результате старения резиновых элементов системы виброизоляции амплитуд колебаний перекрытия увеличилась практически в 9 раз (от первоначального значения A = 0,027 мм до A = 0,21 мм). Величина амплитуды A = 0,21 мм практически совпадала с величиной амплитуды колебаний (А = (0,170,33) мм), полученными КП «Харьковский Промстройпроект». Таблица 2 – Виброакустическая характеристика смесителей после длительной (16 лет) эксплуатации системы виброизоляции Частота, Гц Уровни инфразвука, дБ Уровни звукового давле- ния, дБ Уровни вибрационной ско- рости, дБ Точки измерений Точки измерений Точки измерений 2 3 2 3 1 2 3 2 75 80 – – 80 83 90 4 75 80 – – 83 85 92 8 84 85 – – 85 88 96 16 102 104 – – 93 99 104 31,5 – – 87 88 85 85 90 63 – – 81 82 78 84 90 125 – – 92 93 – – – 250 – – 92 93 – – – 500 – – 93 94 – – – 1000 – – 89 88 – – – 2000 – – 82 83 – – – 4000 – – 84 85 – – – 8000 – – 75 74 – – – На третьем этапе исследований, после замены виброизоляторов смесителей № 19 и № 20 уровни инфразвука и уровни звукового давления смесителей практи- чески не изменялись (табл. 3). Уровни инфразвука достигали 104 дБ на частоте 16 Гц, а уровни звукового давления (9094) дБ в диапазоне (1251000) Гц. Уровни вибрационной скорости на площадках привода достигали (9092) дБ, а со стороны разгрузочных устройств смесителя – (9498) дБ. Амплитуда колебаний перекрытия составляла 0,034 мм (при частоте 16 Гц). 3. Расчёт параметров виброизолирующей системы Для резины, как вязкоупругого материала с наследственностью, наиболее подходящими являются следующие теории: теории вязкого трения Кельвина- Фохта и Максвелла, и теория наследственности Больцмана-Вольтерра. Первые две используют гипотезу о пропорциональности внутреннего трения скорости нагру- жения и приводят к общеизвестным уравнениям колебательных систем. Для слу- чая стационарных колебаний и эллиптической петли гистерезиса уравнение коле- баний одномассной системы с учётом внутреннего трения имеет вид Геотехнічна механіка. 2013. 108 191 Таблица 3 – Виброакустическая характеристика смесителей после установки новых резиновых элемен- тов системы виброизоляции Часто- та, Гц Уровни инфразвука, дБ Уровни звукового давле- ния, дБ Уровни вибрационной скоро- сти, дБ Точки измерений Точки измерений Точки измерений 2 3 2 3 1, 2 1, 2, 3, 4 2 72 74 – – – – 4 72 76 – – – – 8 90 92 – – – – 16 104 104 – – 9092 9498 31,5 – – 96 97 – – 63 – – 96 98 – – 125 – – 90 94 – – 250 – – 95 98 – – 500 – – 94 95 – – 1000 – – 89 90 – – 2000 – – 82 83 – – 4000 – – 79 80 – – 8000 – – 80 81 – –  2 sin P y p y f y t m      ; (1)   2 0 0 1 nbA y f y m A         ; (2)  22 2 2 2 2 2n P A m p b A     ; (3) 2 2 1 cos p P m A           ; (4) sin nbA P   , (5) где f(y) – нелинейная функция трения гистерезисного типа; р – собственная частота системы;  – частота возбуждающей силы; m – масса системы; Р – возмущающая сила;  – малый параметр. Наследственная теория Больцмана-Вольтерра учитывает весь спектр релак- сации системы и приводит к интегро-дифференциальным уравнениям типа: 1 sinty С y q t  ; (6)  0 1tC C Э      ;         0 , t Э t Э t d            ; (7)               1 2 0 , 1 1 n n n t Э t t n                   ; (8)  2 B   ; (9) ISSN 1607-4556 192     0 1 G A G    , (10) где Ct – оператор жёсткости упругой подвески системы; С0 – мгновенное значение жёсткости подвески; Э(–, t – ) – экспоненциальная функция Ю. Работнова; Г – гамма-функция; G0 – мгновенное значение модуля сдвига резины; G – модуль сдвига резины;  – коэффициент диссипации резины; А и В – реологические характеристики резины; ,  – реологические параметры резины; q1 – сила инерции, приходящаяся на единицу колеблющейся массы. Уравнения (1) и (6) позволяют получать выражения для основных парамет- ров системы виброизоляции в виде: для коэффициента виброизоляции   2 2 2 2 2 22 2 2 2 4 1 16 ; 4 1 16 Z Z p Z Z               ; (11) или с учётом  = 2В()           2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 16 1 16 4 16 1 16 4 В Z В В Z Z В                ; (12) для коэффициента динамичности      22 2 21дK Z Z ; (13) или с учётом  = 2В()        22 2 21 4дK Z B Z ; (14) для коэффициента эффективности виброизоляции  1 100%Э   . (15) или 1 1 100% a Э K       . (16) Уравнения (1) и (6) или их упрощённые варианты получили наиболее широ- кое распространение в инженерной практике при расчёте систем виброизоляции машин и сооружений. Анализ учёта внутреннего трения в этих уравнениях свиде- тельствует о следующем:  при эллиптической петле гистерезиса (линейная жесткостная характеристика упругой системы) внутреннее трение практически не изменяет собственной час- тоты колебаний системы; Геотехнічна механіка. 2013. 108 193  форма петли гистерезиса мало влияет на величину амплитуды колебаний сис- темы; она влияет на частоту и на положение резонансного пика относительно вертикали 1p   ;  в существующих математических моделях колебаний упругих систем метод учёта внутреннего трения позволяет выявить его влияние только в области ре- зонанса; при стационарных колебаниях влияние внутреннего трения незначи- тельно. Все эти соображения будут учтены при расчётах конкретной системы виб- роизоляции вихревых смесителей. Расчёт системы виброизоляции вихревого смесителя без учёта старения резины. Данные для расчёта. 1. Масса виброизолирующей системы m = 35000 кг. 2. Частота вынужденных колебаний  = 14 Гц. 3. Максимальная амплитуда колебаний корпуса смесителя (эксперимен- тальные данные) А = 0,22 мм. 4. Скорость вращения ротора n1 = 75 об/мин. Расчёт системы виброизоляции будем вести согласно уравнению (1); урав- нение (6) даёт поправку лишь в области резонанса, что хорошо видно из сравне- ния амплитудно-частотных характери- стик, показанных на рис. 6. Последовательность расчёта сис- темы виброизоляции следующая. 1. Определяем вертикальную на- грузку от смесителя на фундамент: Р = mg = 343,3 кН. 2. Принимаем коэффициент ди- намичности Кд = 5. 3. Определяем собственную час- тоту колебаний смесителя: р = 37,5 с-1. 4. Выбираем для элементов сис- темы виброизоляции резину 2959 со следующими параметрами: условно-равновесный модуль Юнга Е = 3,7 МПа, ди- намический модуль Ед = 4,8 МПа, коэффициент диссипации энергии  = 0,31, ко- эффициент динамичности Кд = 1,3. 5. Определяем динамическую жёсткость системы 2 49,0МН/мдC p m   . 6. Определяем статическую жёсткость системы ст 38,0МН/м 1,3 дСС   . 7. Из конструктивных соображений выбираем число опорных виброизоля- торов i = 26 шт. и число упорных (для исключения раскачки смесителя в горизон- тальном направлении k = 8 шт.). Статическая жёсткость одного виброизолятора ст ст 1,46МН/м 26 С С   . 8. Выбираем виброизоляторы типа ВРМ-903М, представляющие собой сплошной цилиндр с привулканизованными по торцам металлическими пласти- нами; наружный диаметр D = 180 мм, высота h = 100 мм. 1 – расчётная кривая по формуле (3); 2 – расчётная кривая по уравнению (6);  – экспериментальные точки Рис. 6 – Амплитудно-частотная характеристика смесителя ISSN 1607-4556 194 9. Определяем относительную деформацию резинового элемента при ста- тическом сжатии ст = 0,09. 10. По формулам (11) или (12) определяем коэффициент виброизоляции системы  = 0,21. 11. Уточняем значение коэффициента динамичности по формулам (13) или (14) Кд = 4,54. 12. Определяем коэффициент эффективности виброизоляции по формулам (15) или (16) Э = 0,79. Как отмечалось выше, такая система виброизоляции оказалась довольно эффективной: на практике коэффициент эффективности составил 0,85 (85 %), ам- плитуда колебаний корпуса смесителя А = 0,035 мм (против 0,22 мм до виброизо- ляции). Система оставалась эффективной примерно 9 лет. Расчёт системы виброизоляции вихревого смесителя с учётом старения резины. Данные по старению резины 2959 могут быть аппроксимированы сле- дующими уравнениями. Экспоненциальная зависимость динамического модуля Юнга Ед(t) может быть описана соотношением      expд дн дk дн EE t E E E k t   , (17) где Eдн и Eдк – начальные и конечные значения динамического модуля; kЕ – константа скорости. Линейная зависимость коэффициента диссипации энергии (t) может быть описана соотношением   0t k t   , (18) где 0 – начальное значение коэффициента поглощения; k – константа скорости. Для исследуемых виброизоляторов ВРМ-903М: 0 = 0,31; Eдн = 48,0 МПа; Eдk = 81,6 МПа; k = 0,083 10-8 с-1; kЕ = 1,110-5 ч-1. Подставляя соотношения (17) и (18) в уравнения (3) и (15) получим времен- ные зависимости амплитуды колебаний смесителя (рис. 7) и коэффициента эффек- тивности виброизоляции (рис. 8). Обсуждение результатов. 1. Несмотря на многообразие методов учёта 1 – экспериментальная кривая с учётом износа элементов смесителя; 2 – расчёт по уравнению (6); 3 – расчёт по уравнению (1) Рис. 7 – Временная зависимость амплитуды ко- лебаний корпуса смесителя Рис. 8 – Временная зависимость коэффициента эффективности виброизоляции Геотехнічна механіка. 2013. 108 195 внутреннего трения при колебаниях механических систем, современные матема- тические модели в целом недостаточно полно учитывают вязко-упругие эффекты (в основном диссипацию энергии), сопровождающие деформирование резины. При построении амплитудно-частотных характеристик системы (рис. 6) согласно уравнениям (1) и (6) и при определении коэффициента виброизоляции по форму- лам (11) и (12) величины А и  мало зависят от коэффициента диссипации энергии ; их величины определяются в основном соотношением частот /р. Поэтому при влиянии на динамику смесителя старения резины большую роль играют измене- ния жесткостных характеристик, т.к. именно они определяют собственную частоту колебаний системы; изменения коэффициента диссипации энергии в 6 раз мало изменяет коэффициент виброизоляции, что хорошо видно из анализа формулы (12). 2. Увеличение динамической жёсткости (см. рис. 7, кривая 3) упругой под- вески системы на (6070) % (16 лет эксплуатации) даёт расчётное приращение ам- плитуды колебаний на (2025) % согласно уравнению (1) и (16); уравнение (6) бо- лее точно учитывает вязкоупругие эффекты (см. рис. 7, кривая 2), однако совпаде- ние с экспериментом (рис. 7, кривая 1) наблюдается исключительно в первые 3-4 года эксплуатации. Такие значительные расхождения между теоретическими кри- выми и экспериментом вызваны следующими обстоятельствами: при расчётах ве- личина силы инерции на единицу массы смесителя принималась постоянной. Вместе с тем, для большинства горно-металлургических машин в процессе экс- плуатации изменяются не только параметры упругой подвески; вследствие износа движущихся элементов изменяется также степень их неуравновешенности, что приводит к увеличению силы инерции на единицу массы. Безусловно, ремонт ма- шины приводит к уменьшению этой силы, однако в межремонтный период она может существенно увеличиться (например, за счёт налипания концентрата на ло- патки, неравномерного износа лопаток, износа деталей редуктора и т.д.). Все это, как следует из рис. 7, должно учитываться при проектировании и расчёте системы виброизоляции; она должна быть выполнена с определённым запасом, позволяющим на протяжении заданного времени не выходить за преде- лы допускаемых значений даже при отклонении от заданных параметров смеси- теля (например, при изменении массы или возмущающей силы). Для этого коэф- фициент динамичности должен быть в пределах 4,55,0. Рассматриваемая систе- ма виброизоляции смесителя спроектирована именно таким образом и при изме- нении жёсткости виброизоляторов на (6070) % и возмущающей силы (за счёт из- ношенности элементов смесителя), она находилась в пределах санитарных норм и технологических требований около 9 лет. 3. Диссипация энергии практически не влияет на амплитуду колебаний сме- сителя; она влияет на частоту и на положение резонансного пика относительно вертикали р/ = 1. Старение резины увеличивает амплитуду колебаний смесителя (см. рис. 7), изменяет собственную частоту колебаний системы и сдвигает в сторо- ну величины р/ положение резонансного пика. 4. Диссипация энергии незначительно влияет на коэффициент виброизоля- ции ; старение резины существенно увеличивает  в основном за счёт изменения соотношения частот /р; соответственно уменьшается и эффективность виброизо- ляции (рис. 8). ISSN 1607-4556 196 4. Выводы 1. При расчётах систем виброизоляции смесителя или аналогичных машин, работающих в технологических линиях круглосуточно и в течение длительного времени следует учитывать старение резины, а также неизбежное увеличение со временем возмущающей силы. 2. Система виброизоляции смесителя должно быть «мягкой», чтобы умень- шить собственную частоту колебаний, это достигается подбором оптимальных па- раметров виброизолятора и выбором подходящей марки резины. 3. Система виброизоляции с применением металлорезиновых виброизоля- торов ВРМ-903М является эффективной, долговечной и надёжной; применение системы виброизоляции позволило эксплуатировать смесители в рамках санитар- ных норм на вибрационную безопасность. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Булат, А.Ф. Прикладная механика упруго-наследственных сред. В 3-х томах / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Е.Л. Звягильский, А.С. Кобец. – К.: Наук. думка, 2011. – Т. 1. Механика деформирования и разруше- ния эластомеров. – 2011. – 463 с. 2. Булат, А.Ф. Прикладная механика упругонаследственных сред. В 3-х томах / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Е.Л. Звягильский, А.С. Кобец. – К.: Наук. думка, 2012. – Т. 2. Методы расчёта эластомерных деталей. – 2012. – 616 с. 3. Костецкий, В.И. Надежность и долговечность машин / В.И. Костецкий, И.Г. Носовский, Л.И. Бершадский. – Киев: Техника, 1975. – 400 с. 4. Дырда, В.И. Прогнозирование надежности металлорезиновых виброизоляторов машин при дли- тельных циклических нагружениях / В.И. Дырда, М.К. Шолин, Т.Е. Твердохлеб // Геотехническая ме- ханика. – 2003. – Вып. 45. – С. 92-131. 5. Заключение о техническом состоянии строительных конструкций, рекомендации и технические решения по усилению повреждённых конструкций, паспорт технического состояния корпуса обжи- га и окомкования ЦПО-2 ОАО «Сев.ГОК», г. Кривой Рог: Отчет о НИР (заключительный) / КП «Харь- ковский Промстройпроект». – Харьков. – 2000. – Том 2 (договор № 2911 от 15.12.1999 г.). 6. ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования; Введен 01.01.92. – М.: Госстандарт, 1990. – 46 с. Об авторе Агальцов Геннадий Николаевич, инженер, младший научный сотрудник отдела механики эласто- мерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Националь- ной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина About the author Agaltsov Gennady Nikolaevich, Engineer, Junior Researcher of Department of Elastomeric Component Mechanics in Mining Machines, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Acad- emy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine 197 УДК 622.831.322: 532.528 А.Ф. Булат, акад. НАНУ, д-р техн. наук, профессор, В.В. Круковская, канд. техн. наук, ст. научн. сотр., В.В. Зберовский, канд. техн. наук, ст. научн. сотр. (ИГТМ НАН Украины) СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СВЯЗАННЫХ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ НДС И ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ НАГНЕТАНИЯ ВОДЫ В УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ Аннотация. Наведено результати чисельного моделювання зв’язаних нестаціонарних процесів зміни НДС гірського масиву і двохфазної фільтрації рідини та газу. Показано розподіли значень геоме- ханічних і фільтраційних параметрів в різні моменти часу гідродіяння на вугільний пласт у вибої гірничої виробки. Ключевые слова: импульсный и статический режимы гидрорыхления угольного пласта, связанные процессы, численное моделирование A.F. Bulat, Acad. NASU, D. Sc. (Tech.), Professor, V.V. Krukovskaya, Ph. D. (Tech.), Senior Researcher, V.V. Zberovsky, Ph. D. (Tech.), Senior Researcher (IGTM NASU) COMPARISON OF PARAMETERS OF COUPLED PROCESSES MODE OF MASSIF DEFORMATION CHANGE AND FLUID FILTRATION IN DIFFERENT MODES OF WATER INFUSION IN COAL SEAMS Abstract. The results of numerical simulation of the coupled nonstationary processes of stress-strain state change of rock massif and two-phase filtration of liquid and gas are presented. Distributions of values of geomechanical and filtration parameters in different time moments of water infusion in coal seam in mine face are shown. Keywords: water infusion in the static and pulsed mode into the coal seam, coupled processes, numeri- cal simulation В условиях больших глубин способы предотвращения газодинамических яв- лений (ГДЯ) в забоях выработок на неразгруженных горными работами угольных пластах стали недостаточно эффективными. Анализ применения наиболее распро- странённого способа гидрорыхления выбросоопасных пластов [1] показывает, что возможности повышения его эффективности исчерпаны [2]. Снижение эффектив- ности профилактических мероприятий в забоях подготовительных выработок при- водит к необходимости применения буровзрывных работ в режиме сотрясатель- ного взрывания, снижению темпов проведения и, как следствие, к увеличению за- трат. Повышение эффективности гидрорыхления и других способов, основанных на нагнетании жидкости, возможно путём перехода от статического режима на- гнетания к импульсному. В работе [3] авторами приведены результаты исследова- ний влияния гидроимпульсного воздействия на краевую часть угольного пласта путём моделирования процессов изменения напряжённо-деформированного со- стояния (НДС) массива горных пород и двухфазной фильтрации жидкости и газа. Целью данной работы является сопоставление результатов численного мо- делирования связанных процессов изменения напряженого состояния массива и © Булат А.Ф., Круковская В.В., Зберовский В.В., 2013

Виброизоляция вихревых смесителей аглофабрик с помощью резиновых элементов

Репозитарії

Схожі ресурси