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碟簧在鍛錘基礎隔振改造中的如何應用?發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時間：2019-07-07 20:26
廈門力常彈簧有限公司將在本文介紹的通過鍛錘隔振基礎改造的工程實踐,簡要介紹了碟形彈簧在鍛錘隔振基礎改造中的應用,并對碟簧有關參數(shù)選擇、組合方式及反壓限幅等問題進行了探討。
鍛錘基礎歷來都是采用砧座下設置硬質(zhì)墊木的安裝方式。鍛錘工作時,由于砧座下墊木層剛度很大,高達800kN/mm2以上,砧座動量激發(fā)的動壓力無法得以有效衰減,沿墊木、基礎、地基向四周傳播,造成地面強烈振動。減小地面振動的有效途徑是在砧座與基礎之間設置剛度相對較小的彈性元件和適當阻尼值的阻尼元件代替墊木,利用彈性元件的變形將砧座的動量轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅?使作用于基礎的動壓得以有效衰減。但由于砧座與基礎底板之間空間尺寸有限,以M132A自由鍛錘1t為例,豎向空間尺寸僅37cm ,如采用圓柱彈簧隔振,空間尺寸難以滿足要求; 采用橡膠塊隔振,則因橡膠老化現(xiàn)象比較嚴重,有效使用壽命過短。為此,本文研制成以碟簧為主要元件的鍛錘隔振器(圖1),并應用于某煉油廠M132A 自由鍛錘基礎的隔振改造。
該鍛錘隔振改造前,錘擊后測得基礎位移1. 8mm ,基礎加速度1. 8g。隔振改造后,基礎位移減少87 %,基礎加速降低94%,隔振效果十分顯著,見表1所示。
一、碟簧參數(shù)選擇
單個碟簧在鍛錘隔振基礎中,承受主要外荷載, 并提供阻尼,碟簧剖面見圖2。
鍛錘隔振基礎中采用的碟簧應按荷載與變形關系、荷載大小、結(jié)構(gòu)尺寸等要求進行選擇。以下一些參數(shù)的確定是重要的。
1. C 值的 選擇( C =D/ d )
碟簧單位體積作功能力與C值有關,一般在C≈1. 7 時,作功能力最大。因此,設計用于鍛錘隔振器的碟簧時,可取C =1. 6 ～ 2. 5。C 值對碟簧剛度特性曲線也有很大影響, C 值越大,碟簧剛度越小。綜合上述因素,一般可取C≈2. 0。
2.比值 h0 /δ的選擇
碟簧凈高h 0與厚度δ的比值 h0 /δ變化時,碟簧載荷—變形曲線,將隨之改變。
當 h0 /δ≈0. 4 時, P -f 特性曲線近于直線,變形隨負荷增大而呈線性增長。
當 h0 /δ≈ 2時,當變形 f =0. 8 h0 ,負荷達最大值; 變形再增大時,負荷也不再增大,出現(xiàn)碟簧剛度趨于零的區(qū)域。
當 h0 /δ > 2時,特性曲線有轉(zhuǎn)折點。以 h0 /δ=1. 8 為例,當 f =0. 6 h0 ,負荷達最大值,當 f >0. 6h0時,隨著變形增大,負荷反而減小,出現(xiàn)所謂“負剛度”特性。這種“負剛度”和“零剛度”特性容易造成碟簧突然壓平、折斷。
鍛錘隔振基礎中,碟簧不能出現(xiàn)“零剛度”或“負剛度”特性,否則砧座位移將無法控制,呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。為防止“零剛度”及“負剛度”特性出現(xiàn), h0/δ不應大于1. 3。
3.變形值 f 的選擇
碟簧具有變剛度特性,隨著 f/h0 比值增大,變剛度特性漸趨突出,為保證隔振器平穩(wěn)工作并具有足夠安全性,變形值 f 不宜大于0. 6 h0 ,而且,如選用60Si2MnA 或 50CrVA 鋼材制造的碟簧,當 f≤0. 6h0時,其靜強度也必然滿足,不需校驗靜強度。
二、碟簧組合形式
由于隔振效率的要求,砧座振幅約為 10mm 左右,單片碟簧難以提供10mm 變形量,應由數(shù)片碟簧對合組合(串聯(lián)),另外,單片碟簧負荷能力也往往不夠,簧片還應疊合(并聯(lián)),即采用“復合組合”形式(圖1碟簧組)。
復合組合件由疊合( 疊合片數(shù)n) 和對合( 對合片數(shù)i) 碟簧復合而成。疊合片數(shù) n 和對合片數(shù)i 由負荷值和總變形量決定:
Px =np ( 1)
Fx =i f ( 2)
Hz =i〔H ( n -1) δ〕 ( 3)
式中: P——單片碟簧承受載荷, kN ;
Px ——復合組合碟簧組承受載荷, kN ;
n——碟簧疊合片數(shù);
f——單片磺簧的變形量,mm;
F x——復合組合碟簧組總變形量,mm;
H——單片碟簧組自由高度,mm;
Hx——復合組合碟簧組的總高度,mm。
碟簧疊合組合后,不但碟簧承受負荷能力增加,而且簧片之間大面積接觸,振動過程中提供磨損阻尼。實測結(jié)果,當采用2 片疊合時,阻尼功約為碟簧總變形功的8%。疊合片數(shù)n一般不超過3片。
為了保證復合碟簧組可靠工作,組合時,隔振剛性嵌套柱上下蓋板應與碟簧外周邊相接觸。如有困難,至少上蓋板應與碟簧外周邊相接觸。
三、反壓限幅控制
磺簧只有在受壓變形時才做功, 并且隨負荷P x ,增大而增加。當負荷Px 減小至零后,碟簧恢復原位; 當 Px 反向后,碟簧脫離工作。因而碟簧工作是單向的。而鍛錘工作中,砧座在原位附近上下振動,既有向下運動時刻,也有向上運動時刻。當砧座產(chǎn)生向上反彈時,可能使復合碟磺組中的碟簧之間脫離接觸退出工作,因而,必須對豎向向上位移予以控制。在鍛錘其他型式隔振基礎中,通常的解決辦法是在砧座上部設置鋼梁以抑制反彈,這種辦法增加了技術改造的復雜性,而且有損結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的美觀。碟簧隔振器則在內(nèi)部增設反壓限幅控制裝置,控制砧座反彈,克服碟簧只能單向工作的缺陷。這種反壓裝置體積小,構(gòu)造簡單,使鍛錘隔振基礎的技術改造簡單可行。
當砧座向下運動時,反壓控制裝置不參與工作,當砧座恢復零位時,反壓控制裝置被啟動; 當砧座繼續(xù)向上運動位移 Δ時, 反壓控制裝置提供約束力P ,反壓控制裝置P -Δ曲線示于圖3。
四、隔震器變形控制
圖4 為隔振器載荷-變形曲線。正常打擊時,載荷處于載荷-變形曲線 OA 段內(nèi),此時碟簧內(nèi)的應力較小,碟簧變形 f <0. 6 h0 (h 0 為碟簧內(nèi)側(cè)凈高)。當超常工作時( 如冷擊等) , 曲線將處于 AB段,為了確保碟簧內(nèi)應力不致過大,同時考慮到冷擊的次數(shù)有限,采用構(gòu)造措施使載荷達到 A 點( 此時,碟簧變形 f =0. 6 h0) 后,再增加的載荷將全部轉(zhuǎn)移至由剛性嵌套柱承擔,碟簧本身不再增加新的載荷。此時,隔振器的載荷-變形曲線為豎直線AB。這樣既確保了碟簧的使用壽命,又保證了隔振器在意外情況下不會破壞。
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鍛錘基礎歷來都是采用砧座下設置硬質(zhì)墊木的安裝方式。鍛錘工作時,由于砧座下墊木層剛度很大,高達800kN/mm2以上,砧座動量激發(fā)的動壓力無法得以有效衰減,沿墊木、基礎、地基向四周傳播,造成地面強烈振動。減小地面振動的有效途徑是在砧座與基礎之間設置剛度相對較小的彈性元件和適當阻尼值的阻尼元件代替墊木,利用彈性元件的變形將砧座的動量轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅?使作用于基礎的動壓得以有效衰減。但由于砧座與基礎底板之間空間尺寸有限,以M132A自由鍛錘1t為例,豎向空間尺寸僅37cm ,如采用圓柱彈簧隔振,空間尺寸難以滿足要求; 采用橡膠塊隔振,則因橡膠老化現(xiàn)象比較嚴重,有效使用壽命過短。為此,本文研制成以碟簧為主要元件的鍛錘隔振器(圖1),并應用于某煉油廠M132A 自由鍛錘基礎的隔振改造。
該鍛錘隔振改造前,錘擊后測得基礎位移1. 8mm ,基礎加速度1. 8g。隔振改造后,基礎位移減少87 %,基礎加速降低94%,隔振效果十分顯著,見表1所示。
一、碟簧參數(shù)選擇
單個碟簧在鍛錘隔振基礎中,承受主要外荷載, 并提供阻尼,碟簧剖面見圖2。
鍛錘隔振基礎中采用的碟簧應按荷載與變形關系、荷載大小、結(jié)構(gòu)尺寸等要求進行選擇。以下一些參數(shù)的確定是重要的。
1. C 值的 選擇( C =D/ d )
碟簧單位體積作功能力與C值有關,一般在C≈1. 7 時,作功能力最大。因此,設計用于鍛錘隔振器的碟簧時,可取C =1. 6 ～ 2. 5。C 值對碟簧剛度特性曲線也有很大影響, C 值越大,碟簧剛度越小。綜合上述因素,一般可取C≈2. 0。
2.比值 h0 /δ的選擇
碟簧凈高h 0與厚度δ的比值 h0 /δ變化時,碟簧載荷—變形曲線,將隨之改變。
當 h0 /δ≈0. 4 時, P -f 特性曲線近于直線,變形隨負荷增大而呈線性增長。
當 h0 /δ≈ 2時,當變形 f =0. 8 h0 ,負荷達最大值; 變形再增大時,負荷也不再增大,出現(xiàn)碟簧剛度趨于零的區(qū)域。
當 h0 /δ > 2時,特性曲線有轉(zhuǎn)折點。以 h0 /δ=1. 8 為例,當 f =0. 6 h0 ,負荷達最大值,當 f >0. 6h0時,隨著變形增大,負荷反而減小,出現(xiàn)所謂“負剛度”特性。這種“負剛度”和“零剛度”特性容易造成碟簧突然壓平、折斷。
鍛錘隔振基礎中,碟簧不能出現(xiàn)“零剛度”或“負剛度”特性,否則砧座位移將無法控制,呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。為防止“零剛度”及“負剛度”特性出現(xiàn), h0/δ不應大于1. 3。
3.變形值 f 的選擇
碟簧具有變剛度特性,隨著 f/h0 比值增大,變剛度特性漸趨突出,為保證隔振器平穩(wěn)工作并具有足夠安全性,變形值 f 不宜大于0. 6 h0 ,而且,如選用60Si2MnA 或 50CrVA 鋼材制造的碟簧,當 f≤0. 6h0時,其靜強度也必然滿足,不需校驗靜強度。
二、碟簧組合形式
由于隔振效率的要求,砧座振幅約為 10mm 左右,單片碟簧難以提供10mm 變形量,應由數(shù)片碟簧對合組合(串聯(lián)),另外,單片碟簧負荷能力也往往不夠,簧片還應疊合(并聯(lián)),即采用“復合組合”形式(圖1碟簧組)。
復合組合件由疊合( 疊合片數(shù)n) 和對合( 對合片數(shù)i) 碟簧復合而成。疊合片數(shù) n 和對合片數(shù)i 由負荷值和總變形量決定:
Px =np ( 1)
Fx =i f ( 2)
Hz =i〔H ( n -1) δ〕 ( 3)
式中: P——單片碟簧承受載荷, kN ;
Px ——復合組合碟簧組承受載荷, kN ;
n——碟簧疊合片數(shù);
f——單片磺簧的變形量,mm;
F x——復合組合碟簧組總變形量,mm;
H——單片碟簧組自由高度,mm;
Hx——復合組合碟簧組的總高度,mm。
碟簧疊合組合后,不但碟簧承受負荷能力增加,而且簧片之間大面積接觸,振動過程中提供磨損阻尼。實測結(jié)果,當采用2 片疊合時,阻尼功約為碟簧總變形功的8%。疊合片數(shù)n一般不超過3片。
為了保證復合碟簧組可靠工作,組合時,隔振剛性嵌套柱上下蓋板應與碟簧外周邊相接觸。如有困難,至少上蓋板應與碟簧外周邊相接觸。
三、反壓限幅控制
磺簧只有在受壓變形時才做功, 并且隨負荷P x ,增大而增加。當負荷Px 減小至零后,碟簧恢復原位; 當 Px 反向后,碟簧脫離工作。因而碟簧工作是單向的。而鍛錘工作中,砧座在原位附近上下振動,既有向下運動時刻,也有向上運動時刻。當砧座產(chǎn)生向上反彈時,可能使復合碟磺組中的碟簧之間脫離接觸退出工作,因而,必須對豎向向上位移予以控制。在鍛錘其他型式隔振基礎中,通常的解決辦法是在砧座上部設置鋼梁以抑制反彈,這種辦法增加了技術改造的復雜性,而且有損結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的美觀。碟簧隔振器則在內(nèi)部增設反壓限幅控制裝置,控制砧座反彈,克服碟簧只能單向工作的缺陷。這種反壓裝置體積小,構(gòu)造簡單,使鍛錘隔振基礎的技術改造簡單可行。
當砧座向下運動時,反壓控制裝置不參與工作,當砧座恢復零位時,反壓控制裝置被啟動; 當砧座繼續(xù)向上運動位移 Δ時, 反壓控制裝置提供約束力P ,反壓控制裝置P -Δ曲線示于圖3。
四、隔震器變形控制
圖4 為隔振器載荷-變形曲線。正常打擊時,載荷處于載荷-變形曲線 OA 段內(nèi),此時碟簧內(nèi)的應力較小,碟簧變形 f <0. 6 h0 (h 0 為碟簧內(nèi)側(cè)凈高)。當超常工作時( 如冷擊等) , 曲線將處于 AB段,為了確保碟簧內(nèi)應力不致過大,同時考慮到冷擊的次數(shù)有限,采用構(gòu)造措施使載荷達到 A 點( 此時,碟簧變形 f =0. 6 h0) 后,再增加的載荷將全部轉(zhuǎn)移至由剛性嵌套柱承擔,碟簧本身不再增加新的載荷。此時,隔振器的載荷-變形曲線為豎直線AB。這樣既確保了碟簧的使用壽命,又保證了隔振器在意外情況下不會破壞。
以上就是廈門力常彈簧有限公司給大家整理“碟簧在鍛錘基礎隔振改造中的如何應用?”的相關內(nèi)容，如果大家還有更多關于碟形彈簧,碟形彈簧,高溫碟形彈簧,碟形彈簧廠家,不銹鋼碟形彈簧,DIN6796碟墊等信息，可以關注廈門力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967 手機號碼:13110927848.