壳体基础机械百科
周麟晏
[摘 要]目前使用较多的动力机械基础主要分为墙体式、框架式和大块式等几种类型，由于大块式基础具有承载力高和强度大的优点，而且易于设计施工，因此在实际工程中使用最广。但大块式基础的自身质量过大，固有频率较低，容易受低频扰力的影响，产生共振，因此稳定性反而较差。本文主要对新型的钢筋混凝土壳体基础进行分析，探讨其优点和减振原理。
[关键词]动力机械；壳体；基础；减振
中图分类号：TU435 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0003-01
前言：动力机械基础的设计施工是动力机械工程中的重点课题，目前使用较多的大块式基础由于容易受低频扰力影响，产生共振，进而使工业厂房受到振害，因此要安装隔震保护装置。而且低频动力机械的隔震装置必须具有足够的柔度，才能达到减振效果，这又会与机械的稳定性产生冲突。针对于这一情况，新型的钢筋混凝土壳体基础被研发出来，其固有频率高，可以有效抵御低频扰力。
一、新型动力机械壳体基础的优点
新型动力机械壳体以钢筋混凝土或空心块体为基础，可以在一定程度上减轻低频动力机械振动。这种壳体基础的优点是造价低、节省材料，而且具有较大的承载力和弹性。由于钢筋混凝土壳体质量相对较轻，具有较高的固有频率，可以避开与低频机械产生共振，符合动力机械的设计要求。而且这种壳体可以在振动过程中产生一些高频振动，使振动能量具有较快的衰减速度，从而减小对周围设施的影响[1]。
二、动力机械壳体基础的减振原理
（一）力学模型分析
要对动力机械壳体基础的减振原理进行分析，首要要建立力学分析模型。由于动力机械连通部分的面积比机械的地基面积小，所以在建立力学模型时，通常可以利用质量、弹簧和阻尼建立简化模型，并基于简化半空间理论进行模型分析，由此确定地基振动部件的阻尼和刚度系数。主要参数包括机械圆形基础的半径、振动类型、质量、地基密度等。完成模型建立后，确定主要参数，通过相关公式计算中间量，进而得到满足工程设计需要的地基振动部件的阻尼和刚度系数[2]。
（二）幅频特性分析
在进行力学模型分析的基础上，确定动力机械壳体基础的运动参数，主要包括低频扰力的圆频率和机组固有频率等。动力机械壳体的圆形基础在进行垂直振动或回转振动时，其幅频特性主要受振动类型、地基密度、圆形基础的半径、壳体基础质量等影响。在共振区域内，无论采取哪种振动形式，振幅都会随着质量与地基密度、圆形基础半径比值的减少而快速衰减。因此，同一個动力机械设备采用不同的基础形式，其比值会产生较大差别，进而会得到不同的幅频特性。由于新型壳体基础的质量相对较小，基地面积还相对较大，所以质量与地基密度、圆形基础半径的比值较小，可以获得更好的幅频特性。以此为基础，可以通过对机械设备壳体基础的形式进行设计，使其获得较好的减振效果[3]。
（三）衰减率分析
在机械壳体基础的振动过程中，不同振动波的衰减率不一致，其主导作用的振动波的衰减率主要与振源的距离、机组振动类型、壳体基础的固有频率、基础半径系数等参数有关。通过对壳体基础与块体基础进行比较可以发现，当动力机械的基础形式不同时，振动衰减效果也不同，壳体基础振动能量的衰减速度较快，因此，采用壳体基础形式可以有效增强机械设备的减振效果[4]。
三、壳体基础的设计计算
（一）设计计算分析
动力机械的壳体基础既要承受较大的动力荷载，又要满足动力强度要求和振幅限度要求，所以在参数设计上要经过严格的计算分析，对壳体基础形式结构进行合理设计。出于动力荷载方面的需求考虑，目前一般采用厚壳体形式的动力机械基础。在进行参数设计时，主要参照动力机械基础的设计规范，对动荷系数进行计算，确定机组固有频率和系统最大位移。并采用有限元法进行精确分析计算，充分考虑动力机械基础的横向剪切变形和与地基的相互作用，具体计算依据最小势能原理，列出系统运动方程，最终确定动力机械壳体基础的动荷系数。从而确定壳体基础半径、质量、振动类型等重要参数，尽可能的降低质量与地基密度、圆形基础半径比值，从而提高壳体基础的减振效果。
（二）主要结论
通过上述模型分析和计算分析可知，动力机械的壳体基础具有较好的减振性能。在计算过程中，质量与地基密度、圆形基础半径比值是基础广义质量和接地面积的综合反映，由于壳体基础的质量相对较小，接地面积有所增加，所以质量与地基密度、圆形基础半径比值被大大降低，使其可以获得较好的减振性能。壳体形式的动力机械基础的振动衰减效果更好，由于壳体基础的自身质量较强，弹性较大，会在振动过程中产生一些高频波，而土壤对高频波阻尼较大，所以振动能量在地基中的衰减速度更快，可以避免动力机械基础振动对周围设施产生破坏。因此，动力机械的壳体基础具有较好的应用前景，其主要具备的优势是质量相对较轻、承载力大、轻度高，目前在静力结构中已得到较为广泛的应用。在动力机械壳体基础形式的设计选择过程中，要做好对参数的计算分析，同时满足承载力、强度和动力性能等各方面需求，在此基础上，充分发挥壳体基础的减振效果，提高动力机械基础设计的经济效益和社会效益，为设备的安全运行提供保障。
结束语
总而言之，新型钢筋混凝土壳体基础的设计与应用可以有效提升动力机械壳体基础的减振效果，降低对周围设施的影响，避免发生生产事故。本文主要通过查阅相关文献的方式对动力机械壳体基础减振性能的原理及参数设计进行了简单分析，在此过程中，提升了对建模分析法和有限元分析法等科学分析方法的认识，受益匪浅。
参考文献
[1] 王晓乐，孙玲玲，高阳，杨明月.圆柱壳体基础隔振系统导纳功率流特性[J].机械工程学报，2015，（11）：48-55.
[2] 罗朝阳.某轻卡变速箱壳体静动态特性及拓扑优化研究[D].中北大学，2015.
[3] 王晓乐.薄壁圆柱壳体的模态特性与隔振系统主被动控制策略[D].山东大学，2014.
[4] 杜留法.机械结构动态设计方法及应用研究[D].西北工业大学，2006.endprint
