一、引言

機(jī)械壓力機(jī)加工結(jié)束或工件斷裂的瞬間，加工力由最大值突然降至零，曲軸、連桿和立柱因突然失去荷載而回彈，彈性勢(shì)能釋放，引起機(jī)身上下伸縮振動(dòng)，并通過(guò)機(jī)腳施加給基礎(chǔ)、地基以動(dòng)載荷；壓力機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)及與工件撞擊的瞬間也會(huì)因巨大的慣性力或慣性力矩而激起基礎(chǔ)和地面產(chǎn)生很大振動(dòng)。當(dāng)擾力(矩)作用到基礎(chǔ)上時(shí)，設(shè)備和基礎(chǔ)一起發(fā)生振動(dòng)，并通過(guò)土介質(zhì)以體波和面波的形式將其振動(dòng)能量不斷向外擴(kuò)散，同時(shí)振動(dòng)能量又部分被土介質(zhì)吸收，從而形成與距離有關(guān)的幾何阻尼衰減和與土介質(zhì)有關(guān)的粘滯阻尼衰減；隨著傳播距離的增大，振動(dòng)將不斷衰減直至消失。而體波與面波的合成構(gòu)成工場(chǎng)的地面振動(dòng)。

二、機(jī)械壓力機(jī)車間振動(dòng)傳播的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

圖1E2S4000—MB型機(jī)械壓力機(jī)車間平面布置及測(cè)點(diǎn)布局

江鈴汽車股份有限公司沖壓車間安裝的E2S4000—MB型機(jī)械壓力機(jī)，該機(jī)器基礎(chǔ)幾何尺寸為16m×10m，車間平面布置如圖1所示。利用CD—7速度傳感器(豎向)和CD—7S速度傳感器(水平向)拾取車間地面振動(dòng)速度信息，送入CF—920分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后經(jīng)繪圖儀輸出，即可得各測(cè)點(diǎn)的各種振動(dòng)參數(shù)(如位移、速度、加速度、頻譜和互相關(guān)系等)，測(cè)試框圖如圖2。

圖2測(cè)試框圖

本次測(cè)試時(shí)沖壓的工件為汽車縱梁，重55kg，材料為SAPH440，工件厚6.5mm，工件變形力約15000kN左右。測(cè)試中，除了測(cè)試地面上的振動(dòng)外，還實(shí)測(cè)了工作臺(tái)上的振動(dòng)，一共測(cè)了22個(gè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布局如圖1所示。為便于分析、比較，每次測(cè)試都以基礎(chǔ)上的一固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)。

圖3地面振動(dòng)位移幅值隨距離的衰減曲線

圖4參考點(diǎn)豎向振動(dòng)速度(下)和測(cè)點(diǎn)2的豎向振動(dòng)位移(上)曲線

圖5參考點(diǎn)豎向振動(dòng)速度(下)和測(cè)點(diǎn)2豎向振動(dòng)位移頻譜(上)

圖6參考點(diǎn)豎向振動(dòng)速度(下)和測(cè)點(diǎn)20(工作臺(tái)上)豎向振動(dòng)位移(上)

從實(shí)測(cè)曲線看出，地面豎向振動(dòng)曲線有三組波峰，表明啟動(dòng)、折彎工件和校整均引起地面振動(dòng)，且啟動(dòng)時(shí)地面豎向振動(dòng)最大，折彎工件和校整時(shí)引起的地面振動(dòng)大致相同，有時(shí)折彎工件時(shí)的更大，有時(shí)校整時(shí)的更大。所測(cè)得的基礎(chǔ)上的振動(dòng)與地面上的振動(dòng)有時(shí)差，據(jù)此，可計(jì)算出波的傳播速度。圖3為豎向及水平向地面振動(dòng)衰減曲線；圖4和圖5分別為參考點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)2的豎向振動(dòng)位移曲線和頻譜；圖6是參考點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)20(工作臺(tái)上)豎向振動(dòng)速度曲線；圖7是參考點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)20(工作臺(tái)上)水平向振動(dòng)速度曲線；圖8和圖9分別為參考點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)2的水平向振動(dòng)位移曲線和頻譜；表1為部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

表1

測(cè)點(diǎn)號(hào)參考點(diǎn)123456789距振源中心距離(m)89.412.117.723.529.435.45811豎向振幅(μm)34.832.015.49.67.97.16.331.335.222.5振幅比
(Ar/A_{0#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#})實(shí)測(cè)值-0.930.450.280.230.210.180.911.020.65計(jì)算值-0.720.610.470.390.330.291.10.80.65頻率(Hz)-10.010.010.010.010.010.010.010.010.0水平向振幅比
(Ar/A₀)實(shí)測(cè)值-1.00.540.540.090.170.1410.920.7計(jì)算值-0.730.630.50.420.370.331.10.810.66Ar頻率(Hz)-111111111
測(cè)點(diǎn)號(hào)10111213141516171819距振源中心距離(m)141720232629329.49.49.4豎向振幅(μm)29.415.411.610.710.69.89.129.428.829.1振幅比
(Ar/A₀)實(shí)測(cè)值0.850.450.340.310.310.280.26---計(jì)算值0.550.490.440.40.360.340.31---頻率(Hz)10.010.010.010.010.010.010.0---水平向振幅比
(Ar/A_{0#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#})實(shí)測(cè)值0.630.520.370.270.160.130.11---計(jì)算值0.570.510.460.430.40.370.35---Ar頻率(Hz)1111111111
注：(1)A0為基礎(chǔ)上參考點(diǎn)的振幅，由實(shí)測(cè)得出。豎向振動(dòng)：振幅A0＝34.8(μm)，水平向振動(dòng)：沿東方向振幅A0＝498，沿南方向振幅A0＝275.07。
(2)表中標(biāo)“計(jì)算值”的數(shù)據(jù)為按文獻(xiàn)［1］中的衰減公式計(jì)算得到，其余為實(shí)測(cè)值。

圖7參考點(diǎn)豎向振動(dòng)速度(下)和點(diǎn)20(工作臺(tái)上)水平向振動(dòng)速度(上)

圖8參考點(diǎn)豎向振動(dòng)速度(下)和測(cè)點(diǎn)2處水平向振動(dòng)位移(上)

按《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50040-96)［1］中地面振動(dòng)衰減公式進(jìn)行了計(jì)算，式中r0為5.7m，ξ0按［1］中附錄E.0.2條規(guī)定取為0.27，α0按［1］中附錄E.0.3條規(guī)定取為4×10-4，f0按［1］中式(9.3.3-2)計(jì)算，豎向?yàn)?1.86Hz，水平向取為1Hz，計(jì)算結(jié)果如表1和圖3所示。

從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及其與計(jì)算數(shù)據(jù)的對(duì)比中可以看到：

(1)表1、圖4和圖5表明，該壓力機(jī)工作時(shí)工作臺(tái)和地基振動(dòng)曲線均有三個(gè)明顯的振動(dòng)峰，它們分別對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)、折彎工件和校整工件三階段。地面豎向振動(dòng)最大振幅主要由啟動(dòng)階段引起，其振動(dòng)頻率為10.0Hz左右。

圖9參考點(diǎn)豎向振動(dòng)速度(下)和測(cè)點(diǎn)2處水平向振動(dòng)位移(上)頻譜

(2)在折彎工件階段，工作臺(tái)有一很大的豎向振動(dòng)位移(圖6(上))，使工作臺(tái)產(chǎn)生向下位移，表明立柱產(chǎn)生了較大的彈性變形。

(3)從表1、圖7和圖8可以看出，地面水平向振動(dòng)最大振幅主要由折彎工件階段引起，其振動(dòng)頻率為1Hz(圖9)。

(4)從表1和圖3可以看出，沿東方向，豎向和水平向地面振動(dòng)在距離r大于12m以后，實(shí)測(cè)值比按96《動(dòng)規(guī)》衰減公式計(jì)算得到的值小，這可能是由于沿東方向在距離r大于12m以后的地面堆放了工件，使其振動(dòng)減小所致。而沿南方向，地面豎向振動(dòng)衰減實(shí)測(cè)的與按96《動(dòng)規(guī)》衰減公式計(jì)算得出的較一致，這是由于沿南方向地面為自由表面，因而豎向振動(dòng)實(shí)測(cè)與按96《動(dòng)規(guī)》衰減公式計(jì)算的吻合較好。

(5)從表1和圖3還可以看出，實(shí)測(cè)地面振動(dòng)曲線在一定距離范圍內(nèi)，地面振動(dòng)位移基本相同(如圖3中沿東方向距離為12m至18m范圍)。這可能是由于地面堆放的工件的剛度比地基土的剛度大得多，可看作剛體，即堆放的工件相當(dāng)于剛體運(yùn)動(dòng)，地基和堆放的工件接觸處地面的變形必須協(xié)調(diào)一致，因而使堆放工件下的地基土的豎向變形值基本相同。另外，由于堆放工件的不均勻，致使地面振動(dòng)波動(dòng)起伏較大。

三、結(jié)論

(1)閉式雙點(diǎn)機(jī)械壓力機(jī)工作時(shí)激起地面振動(dòng)主要為地面豎向振動(dòng)，地面水平向振動(dòng)位移幅值較小，可不予考慮。

(2)閉式雙點(diǎn)機(jī)械壓力機(jī)引起的地面振動(dòng)隨著離開(kāi)振源的距離增加迅速衰減，且所引起的地面豎向振動(dòng)位移的實(shí)測(cè)值與按96《動(dòng)規(guī)》中衰減公式計(jì)算得到的基本一致，可按96《動(dòng)規(guī)》中衰減公式估算。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

(3)機(jī)械壓力機(jī)在沖壓工件結(jié)束之前，工作臺(tái)均有一較大的向下位移，該位移使立柱彈性伸長(zhǎng)，在沖壓結(jié)束后，受力伸長(zhǎng)的立柱彈性收縮激起基礎(chǔ)和地基振動(dòng)。

(4)在地面附加壓力作用下(如地面堆放重物或安裝設(shè)備后)，振源引起的地面振動(dòng)位移減小，地面振動(dòng)頻率也將降低。