ЧТО МОЖЕТ ВИБРАЦИЯ?

Технические приложения обобщенного принципа автобалапсировки

13.2.1. Групповые фундаменты под неуравновешенные машины. В последние годы все большее распространение получают единые (групповые) фундаменты под несколь­ко однотипных неуравповешепных машин, которые жест­ко связаны с фупдаментом и приводятся от двигателей асинхронного типа. Гасчет таких фундаментов основы­вается, как правило, на допущении, что фазы неуравно­вешенных спл, развиваемых машинами, носят случайный характер, и поэтому влияния неуравновешенностей от­дельных машип в определенной степени взаимно компен­сируются [198]. Между тем известны случаи, когда, во­преки ожиданиям, возникала синхронная и синфазная работа машин, что приводило к аварийным состояниям. С точки зрения изложенных выше закономерностей само­синхронизации вибровозбудителей такпе ситуации понят­ны: при определенных условиях машины обнаруживают тенденцию к синхронному вращению, причем не со слу­чайным, а вполне определенным соотношением фаз. При этом в однпх случаях фазы могут оказаться близкими или совпадающими (именно такой случай, по-видимому, имел место при упомянутых аварийных ситуациях), а в других — такими, что влияние неуравновешенностей взаимно компенсируется.

Изложенные выше результаты теории синхронизации позволяют подойти к вопросу о том, в каких случаях вибрационная связь между машинами слаба, так что их самосинхронизация практически маловероятна, и поэтому можно пользоваться обычными рекомендациями по расчету групповых фундаментов, и когда, напротив, вибра - ционпая связь сильна и необходимо считаться с возмож­ностью самосинхронизации. В последнем случае фунда­мент и устаповку машин на пем следует проектировать так, чтобы происходила взаимная компенсация, а не уси­ление влияния неуравновешенностей.

Ориентировочные рекомендации этого рода, основан­ные на изложенном в п. 12.3.4 и 14.1, приведены в табл. 3, представляющей собой соответствующим образом дополненную табл. 2 (с. 152); приводимая таблица пред­ложена в работе [39].

В этой таблице кш — введенный в п. 12.3.4 коэффи­циент, характеризующий относительную силу вибраци­онной связи. Как отмечалось, случаю очень слабой виб­рационной связи ка < 0,01 соответствует вероятность са­мосинхронизации, меньшая 10%, а случаю очень сильной связи кш > 0,2 — более 90% (см. табл. 2).

Как и раиее, в табл. 3 со — синхронная угловая ско­рость (частота), которую можпо считать совпадающей с помппальнон скоростью пратцеппя валов машпп; ртш и Ртах — соответственно наименьшая и наибольшая частоты свободных колебаний фундамента с машинами. Знак «—» указывает, что расчет рекомендуется производить без учета вибрационной связи, знак «+» указывает, что эту связь необходимо учитывать, а знак «— +» указывает, что расчет можно производить без учета вибрационной связи, однако он может дать сильно завышенные значе­ния амплитуд колебаний. Буквами «О» и «У» в табл. 3 отмечены случаи, когда при наступлении самосин­хронизации эффекты от действия отдольпых неуравнове­шенностей соответственно ослабляются или усиливаются, причем усиление или ослабление понимается в смысле величины среднего за период значения кинетической энергии колебаний фундамента. Благодаря эффекту вза­имного уравновешивания возбудителей, установленных на мягко виброизолированпом твердом теле, ослабление коле­баний в указанном смысле будет иметь место в случае «мягкой» установки фундамента на основании (ш > рта5). При этом в случае возможности такой фазировки валов в синхронном движении, прп которой имеет место полное взаимное уравновешивание (так называемая компенси­рующая фазировка), машины будут обнаруживать тен­денцию именпо к такому полному взаимному уравнове­шиванию.

Из сказанного следует, в частности, вывод о том, что при проектировании групповых фундаментов под неурав­новешенные машипы следует стремиться к тому, чтобы машины в принципе могли взаимно уравновешиваться при синхронном движении и чтобы установка фундамен­та на основание была мягкой.

Более подробные сведения о расчете и проектировании групповых фундаментов под неуравновешенные машины с учетом явления самосинхронизации можно найти в ра­ботах [35, 39, 42].

13.2.2. Автобаланснры. Компенсация заданного дина­мического воздействия. Одна из возможных конструктив­ных форм балансира для автоматической компенсации де - баланса вращающихся дисков схематически представле­на на рпс. 14.1, е. На гибком вращающемся валу закреп­лен диск, центр масс которого С не лежит на оси вала АОВ. Дпск имеет залитую маслом цилиндрическую или тороидальную полость, ось которой совпадает с касатель­ной к оси вала в точке крепления диска О. В полость по­мещены два шарика, которые прп определенных услови - 12* 179

ях располагаются во вращающемся диске таким образом, что компенсируют дебаланс диска и тем самым устраня­ют колебания вала и передачу динамических нагрузок на его опоры.

В иных конструктивных вариантах автобалансира вме­сто полости в диске и шариков имеются либо кольца, на­детые на вал с большим зазором, либо рычажки, один из концов которых связан со свободно поворачивающей­ся на валу втулкой, а другой несет неуравновешенный груз.

Оппсанпые автобалансиры были изобретены Е. Сир - лем [170, 172, 255, 256] и находят применение в машинах типа центрифуг; они особенно эффективны в случаях, когда дебаланс ротора может несколько изменяться в про­цессе работы машипы.

Исследование динамики автобалансира, выполненное различными методами, приводит к выводу, полностью сог­ласующемуся с обобщенным принципом автобалансиров - кп: шарики занимают в диске устойчивое (компенсирую­щее) положение в закритической области частот враще­ния вала (о > Рте. т. В случае вала с распределенными па­раметрами, как отмечалось выше, частотные диапазоны, где происходит компенсация неуравновешенности, чере­дуются с диапазонами, где имеет место усиление коле­баний.

Наиболее полно динамика автобалансира рассмотрена в работе [90]; исследование, основанное на использовании результатов теории самосинхронизации вращающихся тел, приведено в книгах [35, 42].

Явление самосинхронизации роторов и обобщенный принцип автобалапсировки могут быть использованы и для решения задачи компенсации заданного динамическо­го воздействия на твердое тело. Частный случай задачи представлен на рис. 14.1, и, 2: па мягко виброизоли - ровапное тело действует гармоническая вынуждающая сила F sin at-, необходимо обеспечить компенсацию этой силы с тем, чтобы тело оставалось практически неподвиж­ным. Как следует из теории синхронизации дебалансных вибровозбудителей, решение вадачи может быть достигну­то размещением на теле двух одинаковых симметрично расположенных неуравновешенных роторов, вращающих­ся в противоположных направлениях и развивающих не­уравновешенные силы F/2. Согласно распространяющему­ся и на данную систему обобщенному принципу автоба­лансировки, устойчивой является компенсирующая фази - ровна роторов, показаппая на рисунке. Ситуация здесь во многом аналогична той, которая имеет место в случае нвтобаланснра.

Я. Г. Пановко обратил внпмапие автора на то, что шшсанное решение задачи представляет собой альтерна­тиву дорогостоящему методу активной вибропзоляции, при котором компенсирующее воздействие отрабатывает­ся специальными относительно сложными устройствами. Исследование системы, изображенной на рис. 14.1, и, 2, без использования результатов теории самосинхрониза­ции выполнено в работе [9].