CN104565192A - 打麸机双调谐质量阻尼器、复合减隔振装置及实现方法 - Google Patents

打麸机双调谐质量阻尼器、复合减隔振装置及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种打麸机双调谐质量阻尼器、复合减隔振装置及实现方法，双调谐质量阻尼器由双悬臂梁和设在双悬臂梁两端的调谐质量块构成；复合减隔振装置由隔振系统和调谐质量阻尼器组成，隔振系统由橡胶隔振器、隔振钢板和钢弹簧隔振器组成，所述隔振钢板上表面上安装橡胶隔振器，其下底面上设有钢弹簧隔振器，所述橡胶隔振器设在打麸机的底板四角处；双调谐质量阻尼器设在隔振钢板两端，并沿隔振钢板中心线对称设置。本发明采用的复合减隔振方法，由上、下两层隔振结构（橡胶隔振器和弹簧隔振器）与调谐质量阻尼器协同工作，减少了隔振结构的附加质量，即以相对较小的隔振结构质量就可以实现良好的隔振效果。

Description

打麸机双调谐质量阻尼器、复合减隔振装置及实现方法
技术领域
本发明涉及一种打麸机双调谐质量阻尼器、复合减隔振装置及实现方法，属于设备隔振技术领域。
背景技术
打麩机是面粉厂工业化生产的重要设备之一，物料在高速旋转的可调打板打击下，麸片被抛向缓冲板和弹性筛，在打板的多次作用下，面粉从麸片中分离，打板转子转速为1000～1100r/min，相应的实际运行频率一般在16Hz～19Hz之间。而工业厂房楼板的一阶竖向自振频率一般在15Hz～20Hz之间，恰好与打麩机的运行频率区间重叠，极易发生耦合振动，引起楼板的高频振动。楼板振动既对厂房结构与设备的疲劳寿命与正常使用有较大的影响，也降低了工作人员的舒适性。目前工业界主要采用的解决办法是在打麩机与楼板之间安装隔振装置，以减小设备传到楼板的振动大小，以及消弱设备与楼板之间的耦合振动。
研究表明：只有当隔振器的设计频率小于设备运行频率的倍时才能起到隔振效果，因此，在实际工程中常取设备运行频率的0.2～0.5倍作为隔振器频率。目前，打麸机在装机过程中多采用单次隔振(如橡胶支座隔振)，由橡胶支座刚度K＝Mωn 2(M为参与振动的质量，ωn为隔振频率)可知，橡胶支座高强度、低频率是无法同时实现的，同时，单次隔振为实现隔振效率要求90％，即隔振效率系数η＝0.1，隔振器频率约为(ω为设备运行频率)，这就导致隔振器偏柔，设备工作时易引发偏心扭转等有害振动。此外，橡胶隔振器过柔时，其静压缩量将过大，往往难以实现。可见，采用单次隔振的隔振效果非常有限。
为了解决单次隔振效率较差的问题，有研究者提出对设备进行二次隔振结构或多次隔振，即一个隔振结构放置叠加在另一个隔振结构上，或多个隔振结构上。但是也存在很多不足：设备隔振基座高度增大，易导致设备重心不稳，工作中易发生扭转、偏心；多个隔振器的固有频率没有严格错开，仍会产生共振现象。
中国发明专利，申请号为201210000184.2，公开的一种设备隔振基座，由上隔振结构、下隔振结构和阻尼限位器组成，上隔振结构由支撑钢板、上刚性质量块及上隔振器组成，下隔振结构由下刚性质量块、中支撑钢板、下支撑钢板及下隔振器组成，上刚性质量块嵌入中支撑钢板与下支撑钢板之间，形成串联组合。该隔振基座需要很大的刚性质量块，增加了设备的附加质量，且隔振结构安装繁琐，后期对隔振结构的维护也不方便，不利于打麩机这类低值工业设备的应用，有望在高精设备推广应用。
申请号为201110057599.9的中国发明专利，公开一种小质量比减振结构及实现方法，具体是一种单层隔振与动力吸振器减隔振方法，可以实现设备的单点吸振，但无法抑制设备启动、关闭阶段，甚至非额定功率工作时的振动。此外，该专利将动力吸振器直接安装在工作设备上，只能减小设备自身的不稳定振动，无法实现传递到楼板振动能量的隔离。
此外，传统隔振结构仅有很小的阻尼甚至没有阻尼，设备在启动、关闭过程中，运转频率总要与隔振结构的固有频率重合，在这一瞬间，体系发生共振，虽然重合的时间一般不会太长而导致结构出现发散性振动，但也可能达到较大值，不利于设备的长期正常工作。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种采用隔振系统二次隔振、双调谐质量阻尼器吸能减振相结合的打麸机双调谐质量阻尼器和复合减隔振装置及实现方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种打麸机双调谐质量阻尼器，包括双悬臂梁和调谐质量块，所述的调谐质量块设在双悬臂梁两端。双悬臂梁和双悬臂梁两端的调谐质量块组成的两台调谐质量阻尼器。
在上述打麸机双调谐质量阻尼器结构中，所述双悬臂梁两端分别开设沿双悬臂梁长度方向布置的腰形孔；调谐质量块通过螺栓组件安装在双悬臂梁两自由端，螺栓穿过调谐质量块和腰形孔，并通过螺母锁紧；调谐质量块与阻尼器相连。
在上述打麸机双调谐质量阻尼器结构中，所述的双悬臂梁结构为中部固定，两端悬臂的双悬臂梁；腰形孔的长度方向中心线与双悬臂梁长度方向中轴线重合。
一种含有上述的打麸机双调谐质量阻尼器的打麸机复合减隔振装置，还包含隔振系统，所述隔振系统由橡胶隔振器、隔振钢板和钢弹簧隔振器组成，所述隔振钢板上表面上安装橡胶隔振器，其下底面上设有钢弹簧隔振器，所述橡胶隔振器设在打麸机的底板四角处；双调谐质量阻尼器设在隔振钢板两端，并沿隔振钢板中心线对称设置。作为优选方案，为了方便 对调谐质量阻尼器进行微调以及消弱设备由于重心偏高可能发生的竖向扭转振动，避免设备发生故障，双调谐质量阻尼器位于打麸机的外侧或打麸机的边缘位置。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的双调谐质量阻尼器包括双悬臂梁和调谐质量块，所述双悬臂梁两端分别开设腰形孔，所述腰形孔的长度方向中心线与双悬臂梁长度方向中轴线重合；调谐质量块通过螺栓组件安装在双悬臂梁两自由端，螺栓穿过调谐质量块和腰形孔，并通过螺母锁紧。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的双调谐质量阻尼器通过高强螺栓安装在隔振钢板上，所述高强螺栓下端穿过开设在双悬臂梁中部开设的腰形孔，并拧入隔振钢板内。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的双悬臂梁与隔振钢板之间设有垫块，垫块套装在高强螺栓杆上。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的钢弹簧隔振器含有上、下护筒和设在上下护筒内的钢弹簧，上护筒固定在隔振钢板上，下护筒嵌在开设在底座上的凹槽内，所述底座固定在楼板上。作为优选方案，所述钢弹簧隔振器位于橡胶隔振器的外侧，且两者互相靠近设置，即两者的轴线相互靠近，由于上层隔振的橡胶隔振器与下层隔振的钢弹簧隔振器二者轴线接近，隔振钢板所受的弯矩可以忽略不计，受力很小。
一种上述打麸机复合减隔振装置的实现方法，包括以下步骤：
(1)确定打麸机的自振频率f：首先，收集打麸机基本运行参数，确定打麸机质量m1和额定转速r，然后通过额定转速r换算得到自振频率f，或者采用振动测试的方法频谱分析得到自振频率f。
(2)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的橡胶隔振器的设计：首先，确定橡胶隔振器的隔振频率ω橡胶，然后，根据打麸机质量m1和隔振频率ω橡胶确定橡胶隔振器的数量和刚度k1。
(3)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的隔振钢板和弹簧隔振器的设计。首先，确定隔振钢板的质量m2，隔振钢板的质量m2为打麸机质量m1的0.5～0.8；钢弹簧的刚度k2使两自由度系统固有圆频率ω1、2均小于打麸机运行频率ω的弹簧隔振器的隔振频率ω弹簧为打麸机运行频率ω的0.5～0.6。
(4)对步骤(2)和(3)得到的结果进行验算：①计算橡胶隔振器传递给隔振钢板的动载荷幅值P1； ②计算弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2；③检验P2和隔振效率η是否符合要求，符合要求进行步骤(5)；不符合要求，则重复步骤(2)和(3)重新设计，并将重新设计的结果重新进行步骤(4)，直至步骤(2)和(3)的设计结果经步骤(4)的验算符合P2和隔振效率η的要求，进行步骤(5)。在《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)记载有干扰力允许值的规定，弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2的具体要求可以从上述《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)中查出。
(5)调谐质量阻尼器的设计：①确定调谐质量块的质量mTMD；②确定单台调谐质量阻尼器的振动频率，其中，i＝1、2…n，n为调谐质量阻尼器的数量(n为偶数)；③确定单台调谐质量阻尼器的设计刚度Ki，其中，i＝1、2…n；④确定每一对(共设n/2对)双悬臂梁的长度ln/2。
(6)根据步骤(2)中得到的橡胶隔振器的数量和刚度k1，步骤(3)中得到的隔振钢板质量m2和钢弹簧刚度k2，以及步骤(5)得到的调谐质量块的质量mTMD、振动频率、设计刚度Ki和双悬臂梁的长度ln/2，绘制打麸机复合减隔振装置设计图纸，按照设计图纸进行制作，制作完成后按照设计图纸进行安装。
在上述打麸机复合减隔振装置的实现方法中，步骤(4)中①计算橡胶隔振器传递给隔振钢板的动载荷幅值P1的方法具体为：首先，计算出未隔振时打麸机的激振力幅值其中，g为重力加速度，A为设计振动幅值；然后，根据公式计算出橡胶隔振器的隔振幅值B1，橡胶隔振器传递给楼板的动荷载幅值P1＝k1×B1；步骤(4)中②计算弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2的具体方法为：首先，由两自由度系统固有圆频率公式 ω 2 , 1 = { 1 2 [ k 1 + k 2 m 2 + k 1 m 1 ± ( k 1 + k 2 m 2 k 1 m 1 ) 2 - 4 k 1 k 2 m 1 m 2 ] } 1 2 确定钢弹簧两自由度系统的第一、二阶频率ω1、ω2，其次，根据计算公式计算出弹簧隔振器的隔振幅值B2，计算公式为 其中，质量比λ＝m2/m1，再次，由公式P2＝k2×B2计算出弹 簧隔振器传给楼板的动载荷幅值P2。
在上述打麸机复合减隔振装置的实现方法中，步骤(5)中①确定调谐质量块的质量mTMD的具体方法为：调谐质量阻尼器的调谐质量块的总质量m总与二阶模态质量的比值为μ，μ取值范围为0.005～0.05，其中，二阶模态质量然后，根据公式计算出调谐质量块的总质量m总和单台调谐质量阻尼器的调谐质量块质量mTMD，其中， n为调谐质量阻尼器的数量(n为偶数)；步骤(5)中②确定调谐质量阻尼器的振动频率的方法具体为：根据计算公式其中f2＝ω2/2π，计算出所有调谐质量阻尼器等频率时的最佳振动频率fopt，n台调谐质量阻尼器的最佳振动频率分别为 ，其中i＝1、2…n；步骤(5)中③确定调谐质量阻尼器的设计刚度Ki的方法具体为：根据公式Ki＝mTMD(2πfopti)2计算出每台调谐质量阻尼器的设计刚度Ki；步骤(5)中④确定双悬臂梁的长度ln/2的具体方法为：根据公式计算出双悬臂梁两侧的悬臂长度l左、l右，其中，EI为双悬臂梁的竖向抗弯刚度，双悬臂梁的长度ln/2为双悬臂梁两侧的悬臂长度l左、l右与l'之和，其中l'指的是双悬臂梁在实际制作与安装中的附加长度。
本发明的有益效果是：
1、本发明打麸机双调谐质量阻尼器的调谐质量块通过螺栓组件和腰形孔安装在双悬臂梁上，可以通过调整调谐质量块的位置，实现调谐质量阻尼器频率的微调，从而实现多重调谐质量阻尼器系统，避免了传统单点隔振，隔振范围加宽，隔振效果更加明显。且双悬臂梁中部开设腰形孔，可以根据设计要求加高、加宽双悬臂梁，实现变刚度悬臂梁，同时，双悬臂梁与隔振钢板之间设有垫块，防止双悬臂梁的两悬臂碰触隔振钢板造成二次振动。
2、本发明双调谐质量阻尼器的刚度元件采用的两个悬臂梁为一个整体，共用一个固定端，形成中部固定、两端悬臂的双悬臂梁结构，可通过调整锚固螺栓的固定位置调整调谐质量阻尼器的频率，装置紧凑，调整简洁方便；当两个悬臂梁长度相同时，对应的调谐质量阻尼器频率完全相等，调整锚固螺栓的固定位置后，一台调谐质量阻尼器频率稍微增大，另一台调谐质量阻尼器频率稍微降低，恰好形成一对频率间隔分布的多重调谐质量阻尼器系统。
3、本发明打麸机复合减隔振装置的橡胶隔隔振器在保证足够刚度条件下，对打麸机进行 第一次隔振，而后采用钢弹簧隔振器对上部整体结构二次隔振，进一步阻隔振动能量向楼板的传递，最后采用双调谐质量阻尼器进一步吸能减振，层层减振，效果显著。
4、本发明打麸机复合减隔振装置的双调谐质量阻尼器设在隔振钢板的两端，可以有效消弱设备由于重心偏高可能发生的竖向扭转振动，避免设备发生故障，延长设备的使用寿命。
5、本发明复合减隔振装置的结构简单、设计合理、便于制作、易于安装、便于后期维护。
6、本发明采用的复合减隔振方法，由上、下两层隔振结构(橡胶隔振器和弹簧隔振器)与双调谐质量阻尼器协同工作，减少了隔振结构的附加质量，即以相对较小的隔振结构质量就可以实现较好的隔振效果。
7、本发明采用的多重调谐质量阻尼器系统在设备启动、关闭阶段为隔振结构提供了必要的阻尼，避免了隔振结构与设备共振，出现过大的振幅，影响设备的正常工作。
附图说明
图1是本发明打麸机双调谐质量阻尼器的结构示意图；
图2是本发明打麸机双调谐质量阻尼器与隔振钢板的连接结构示意图；
图3是本发明打麸机复合减隔振装置的主视结构示意图；
图4是本发明打麸机复合减隔振装置的侧视结构示意图；
图5是图4中A的放大结构示意图；
图6是本发明打麸机复合减隔振装置的俯视结构示意图。
图中标号代表的意义为：1、打麸机，2、橡胶隔振器，3、隔振钢板，4、调谐质量阻尼器，5、钢弹簧隔振器，6、楼板，7、护筒，8、底座，9、螺栓a，10、螺栓b，11、螺栓螺母c，12、高强螺栓，13、垫块，14、双悬臂梁，15、腰形孔，16、螺栓螺母d，17、调谐质量块，18、腰形孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1：参见图1和图2，一种打麸机调谐质量阻尼器，包括双悬臂梁14和调谐质量块17，所述的调谐质量块17设在双悬臂梁14两端。
所述双悬臂梁14两端分别开设沿双悬臂梁长度方向布置的腰形孔15；调谐质量块17通过螺栓螺母d安装在双悬臂梁14两自由端，螺栓穿过调谐质量块17和腰形孔15，并通过螺母锁紧。
所述的双悬臂梁结构为中部固定，两端悬臂的双悬臂梁；腰形孔的长度方向中心线与双悬臂梁长度方向中轴线重合。
实施例2：参见图3至图6，一种含有上述的打麸机双调谐质量阻尼器的打麸机复合减隔 振装置，还包含隔振系统，所述隔振系统由橡胶隔振器、隔振钢板和钢弹簧隔振器组成，所述隔振钢板上表面上安装橡胶隔振器，其下底面上设有钢弹簧隔振器，所述橡胶隔振器设在打麸机的底板四角处；双调谐质量阻尼器设在隔振钢板两端，并沿隔振钢板中心线对称设置。作为优选方案，为了方便对调谐质量阻尼器进行微调以及消弱设备由于重心偏高可能发生的竖向扭转振动，避免设备发生故障，双调谐质量阻尼器位于打麸机的外侧或打麸机的边缘位置。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的双调谐质量阻尼器包括双悬臂梁和调谐质量块，所述双悬臂梁两端分别开设腰形孔，所述腰形孔的长度方向中心线与双悬臂梁长度方向中轴线重合；调谐质量块通过螺栓组件安装在双悬臂梁两自由端，螺栓穿过调谐质量块和腰形孔，并通过螺母锁紧。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的双调谐质量阻尼器通过高强螺栓安装在隔振钢板上，所述高强螺栓下端穿过开设在双悬臂梁中部开设的腰形孔，并拧入隔振钢板内。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的双悬臂梁与隔振钢板之间设有垫块，垫块套装在高强螺栓杆上。
在上述打麸机复合减隔振装置结构中，所述的钢弹簧隔振器含有上、下护筒和设在上下护筒内的钢弹簧，上护筒固定在隔振钢板上，下护筒嵌在开设在底座上的凹槽内，所述底座固定在楼板上。作为优选方案，所述钢弹簧隔振器位于橡胶隔振器的外侧，且两者互相靠近设置，即两者的轴线相互靠近，但不在同一条直线上，由于上层隔振的橡胶隔振器与下层隔振的钢弹簧隔振器二者轴线接近，隔振钢板所受的弯矩可以忽略不计，受力很小。
实施例3：一种实施例2打麸机复合减隔振装置的实现方法，包括以下步骤：
(1)确定打麸机的振动频率f：首先收集打麸机基本运行参数，确定打麸机质量m1和额定转速r，然后通过额定转速r换算得到振动频率f，或者采用振动测试的方法频谱分析得到振动频率f。
(2)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的橡胶隔振器的设计：首先，确定橡胶隔振器的隔振频率ω橡胶，然后，根据打麸机质量m1和隔振频率ω橡胶确定橡胶隔振器的数量和刚度k1。确定橡胶隔振器的隔振频率ω橡胶方法为：首先根据《动力机器基础设计规范》(GB 50040)中对隔振效率η的规定，确定隔振效率η的值，然后，根据公式计算出ω橡胶，其中，ω为打麸机圆频率(ω＝2πf)。橡胶隔振器的刚度k1＝m1ω橡胶 2。
(3)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的隔振钢板和弹簧隔振器的设计。首先，确定隔振钢板的质量m2，隔振钢板的质量m2为打麸机质量m1的0.5～0.8；钢弹簧的刚度k2使两自由度系统固有圆频率ω1、2均小于打麸机运行频率ω的弹簧隔振器的隔振频率ω弹簧为打麸机运行频率ω的0.5～0.6。两自由度系统固有圆频率  ω 1 , 2 = { 1 2 [ k 1 + k 2 m 2 + k 1 m 1 ± ( k 1 + k 2 m 2 k 1 m 1 ) 2 - 4 k 1 k 2 m 1 m 2 ] } 1 2 .
(4)对步骤(2)和(3)得到的结果进行验算：①计算橡胶隔振器传递给隔振钢板的动载荷幅值P1；②计算弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2；③检验P2和隔振效率η是否符合要求，符合要求进行步骤(5)；不符合要求，则重复步骤(2)和(3)重新设计，并将重新设计的结果重新进行步骤(4)，直至步骤(2)和(3)的设计结果经步骤(4)的验算符合P2和隔振效率η的要求，进行步骤(5)。在《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)记载有干扰力允许值的规定，弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2的具体要求可以从上述《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)中查出。
(5)调谐质量阻尼器的设计：确定调谐质量块的质量mTMD；②确定单台调谐质量阻尼器的振动频率，其中，i＝1、2…n，n为调谐质量阻尼器的数量(n为偶数)；③确定单台调谐质量阻尼器的设计刚度Ki，其中，i＝1、2…n；④确定每一对(共设n/2对)双悬臂梁的长度ln/2。
(6)根据步骤(2)中得到的橡胶隔振器的数量和刚度k1，步骤(3)中得到的隔振钢板质量m2和钢弹簧刚度k2，以及步骤(5)得到的调谐质量块的质量mTMD、振动频率、设计刚度Ki和双悬臂梁的长度ln/2，绘制打麸机复合减隔振装置设计图纸，按照设计图纸进行制作，制作完成后按照设计图纸进行安装。
在上述打麸机复合减隔振装置的实现方法中，步骤(4)中①计算橡胶隔振器传递给隔振钢板的动载荷幅值P1的方法具体为：首先，计算出未隔振时打麸机的激振力幅值其中，g为重力加速度，A为设计振动幅值；然后，根据公式计算出橡 胶隔振器的隔振幅值B1，橡胶隔振器传递给隔振钢板的动荷载幅值P1＝k1×B1；步骤(4)中②计算弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2的具体方法为：首先，由两自由度系统固有圆频率公式 ω 1 , 2 = { 1 2 [ k 1 + k 2 m 2 + k 1 m 1 ± ( k 1 + k 2 m 2 k 1 m 1 ) 2 - 4 k 1 k 2 m 1 m 2 ] } 1 2 确定钢弹簧两自由度系统的第一、二阶频率ω1、ω2，其次，根据计算公式计算出弹簧隔振器的隔振幅值B2，计算公式为 其中，质量比λ＝m2/m1，再次，由公式P2＝k2×B2计算出弹簧隔振器传给楼板的动载荷幅值P2。
在上述打麸机复合减隔振装置的实现方法中，步骤(5)中①确定调谐质量阻尼器的调谐质量块的质量mTMD的具体方法为：调谐质量阻尼器的调谐质量块的总质量m总与二阶模态质量的比值为μ，μ取值范围为0.005～0.05，其中，二阶模态质量然后，根据公式计算出调谐质量块的总质量m总和调谐质量块的质量mTMD，其中， n为调谐质量阻尼器的数量(n为偶数)；步骤(5)中②确定调谐质量阻尼器的振动频率的方法具体为：根据计算公式其中f2＝ω2/2π，计算出调谐质量阻尼器等频率时的最佳振动频率fopt，n台调谐质量阻尼器的最佳振动频率分别为，其中i＝1、2…n；步骤(5)中③确定调谐质量阻尼器的设计刚度Ki的方法具体为：根据公式Ki＝mTMD(2πfopti)2计算出每台调谐质量阻尼器的设计刚度Ki；步骤(5)中④确定双悬臂梁的长度的具体方法为：根据公式计算出双悬臂梁两侧的悬臂长度l左、l右，其中，EI为双悬臂梁的竖向抗弯刚度，双悬臂梁的长度ln/2为双悬臂梁两侧的悬臂长度l左、l右与l'之和，其中l'指的是双悬臂梁在实际制作与安装中的附加长度。因为所述的双悬臂梁结构为中部固定，两端悬臂的双悬臂梁，故需要考虑实际制作和安装中的双悬臂梁中部固定长度以及悬臂端部固定点外长度。
本发明的实施例3的应用实施例1：以FFPD45×2型打麸机为例进行复合减隔振设计：
(1)确定打麸机的振动频率f：首先，收集打麸机基本运行参数，打麸机装机质量m1＝750kg，额定转速r为1000r/min—1100r/min，实测运行转速1080r/min，通过实测运行转速换算得到振动频率f＝1080/60＝18Hz；
(2)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的橡胶隔振器的设计：根据《动力机器基础设计规范》(GB 50040)中对隔振效率η＝0.1的要求，然后，根据公式计算出ω橡胶，其中，ω为打麸机圆频率(ω＝2πf)，则充分考虑橡胶隔振器刚度要求，取橡胶隔振频率ω橡胶＝34.1rad/s；根据公式k1＝m1ω橡胶 2计算橡胶隔振器的刚度k1＝m1ω橡胶 2＝750kg×(34.1)2rad/s＝872114N/m。本发明的复合减隔振装置设置4个橡胶隔振器，则每个橡胶隔振器设计刚度设为2.2×105N/m。
(3)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的隔振钢板和弹簧隔振器的设计：隔振钢板质量m2与打麸机质量m1比λ为0.5～0.8，弹簧隔振器频率ω弹簧与打麸机运行频率ω比在0.5～0.6之间，在满足隔振要求又不增加设备附加质量前提下，拟定质量比λ、频率比，从而确定钢弹簧刚度k2，由两自由度系统固有频率的要求对钢弹簧刚度k2进行检验，其中， ω 2 , 1 = { 1 2 [ k 1 + k 2 m 2 + k 1 m 1 ± ( k 1 + k 2 m 2 k 1 m 1 ) 2 - 4 k 1 k 2 m 1 m 2 ] } 1 2 . 为实现较好的隔振效果频率比取0.5，则质量比λ＝0.53，即隔振钢板质量设计为m2＝400kg，弹簧隔振器刚度计算得k2＝1.28×106N/m，设置4个钢弹簧隔振器，单个钢弹簧设计刚度为3.2×105N/m。
(4)对上述设计结果进行验算：①计算橡胶隔振器传递给隔振钢板的动载荷幅值P1：首先，计算出未隔振时打麸机的激振力幅值P，设备在正常工作时(此时未采用隔振装置)激振圆频率ω＝2πf＝113rad/s，则此时激振力幅值其中，g为重力加速度，A为设计振动幅值，取4mm。然后，根据公式计算出橡胶隔振器的隔振幅值B1＝4.3mm，由P1＝k1×B1可以确定橡胶隔振器传递给楼板的动荷载幅值P1＝3795N。
②计算弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2：由两自由度系统固有圆频率  ω 2 , 1 = { 1 2 [ k 1 + k 2 m 2 + k 1 m 1 ± ( k 1 + k 2 m 2 k 1 m 1 ) 2 - 4 k 1 k 2 m 1 m 2 ] } 1 2 , 得ω1＝25.1rad/s，ω2＝77.1rad/s，则对应的f1＝4.0Hz，f2＝12.3Hz(其中f1、f2指两自由度系统第一阶频率f1，第二阶频率f2)。
根据计算公式(其中，质量比λ＝m2/m1)计算出弹簧隔振器的隔振幅值B2＝1.3mm，则弹簧隔振器传给楼板的动载荷幅值为P2＝k2×B2＝1665N。弹簧隔振器传给楼板的动载荷幅值与未隔振动载荷之比P'＝P2/P＝4.34％。
若采用普通双层隔振设计，质量比λ常取1.1～1.5，若取隔振钢板质量m2＝1000kg，频率比与第一种方法一致，则钢弹簧隔振器刚度k2＝3.2×106N/m，则弹簧隔振器传给楼板的动载荷幅值为P2＝k2×B2＝1278N，由此可知，弹簧隔振器传给楼板的动载荷幅值与未隔振动载荷之比＝3.33％。由此可见，在两次隔振设计中频率比不变时，隔振钢板质量增加2.5倍，隔振效率提高很少；另一方面，本发明可以显著减少隔振设备附加质量，经济实用。
然而，下层隔振的钢弹簧隔振器刚度不可能无限制的小，因此本发明在两次隔振基础上，采用调谐质量阻尼器进一步吸能减振，隔振钢板的竖向位移将得到进一步降低。隔振效果将进一步增强，隔振钢板振动位移减小后，可以有效地降低打麸机传递到楼板的荷载大小与振动水平。本发明在上述复合减隔振的基础上，进行调谐质量阻尼器的设计，设计步骤如下：
(1)根据调谐质量块的总质量m总与二阶模态质量的比值为μ，其中 (工程上一般在0.005～0.05之间取值，本设计取偏小的0.01，此时隔振钢板振动位移可减小70％左右)，即可得到调谐质量块的总质量和单台调谐质量阻尼器的调谐质量块质量调谐质量阻尼器振动频率以f2为基准，小间距设置，所有(n为偶数)(n为偶数)调谐质量阻尼器等频率时的最佳频率(μ为调谐质量块的总质量m总与二阶模态质量的比值)，实际设计与安装4台TMD(两对双悬臂梁)，频率分别设置为11.5Hz、11.7Hz、11.9Hz、12.1Hz(相 对理论值相对较小的频率值，主要是考虑橡胶隔振器与钢弹簧隔振器长期运营后刚度会有所下降，且理论计算时忽略了打麸机内部的物料)；由Ki＝mTMD(2πfopti)2可得单台调谐质量阻尼器刚度，设计刚度Ki(其中i＝1、2……n，n为调谐质量阻尼器的数量，本实例中n＝4)分别为7831N/m、8106N/m、8385N/m、8670N/m。
(2)悬臂梁选用钢材(弹性模量E＝206Gpa)，截面尺寸在满足强度与刚度要求下，宽度b取20mm，高度h取3mm，梁中部固定处高度h’增加到5mm，同时预留10mm螺栓固定长度；由计算出4台调谐质量阻尼器的悬臂长度li分别取值153mm、151mm、149mm、147mm，考虑调谐质量块重心到悬臂梁端距离，则两根双悬臂梁的总长度分别为l1＝10+153+10+147+10＝330mm(对应设计频率为11.4Hz、12.0Hz的两台(n为偶数)调谐质量阻尼器)、l2＝10+151+10+149+10＝330mm(对应设计频率为11.6Hz、11.8Hz的两台调谐质量阻尼器)；中部加高部分长度为50mm，如图5、6所示，双悬臂梁端部采用螺栓d将调谐质量块夹固定在悬臂梁端部，通过腰形孔实现双调谐质量阻尼器频率的微调，且当螺栓移动位置时，对应两侧的调谐质量阻尼器，一侧频率增大，另一侧频率减小。
应用实施例2：以FPDW45×1型打麸机进行复合减隔振装置设计为例，打麸机装机质量460kg，转速为1050r/min—1100r/min(设计时取18Hz)。复合减隔振装置设计的主要参数有：打麸机下部安装4个橡胶隔振器，设置4个钢弹簧隔振器，每个橡胶隔振器设计刚度为1.3×105N/m；在满足隔振要求又不增加设备附加质量前提下，隔振钢板质量设计为240kg，同时，单个钢弹簧设计刚度为2.0×105N/m。计算方法同应用实施例1，此处不再赘述，最终得到：激振力幅值P＝2401kg，一次隔振传递给基础动荷载幅值P1＝2327N，两自由度系统固有圆频率ω1＝25.1rad/s，ω2＝77.5rad/s，则对应的f1＝4.0Hz，f2＝12.3Hz，二次隔振传给楼板的动载荷幅值为P2＝1114N，二次隔振动载荷幅值与未隔振动载荷之比P'＝P2/P＝4.73％。
调谐质量阻尼器设计：调谐质量阻尼器的质量所有调谐质量阻尼器等频率时的最佳频率f2＝12.2Hz，安装4台调谐质量阻尼器(两对双悬臂梁)，频率分别设置为11.6Hz、11.8Hz、12.0Hz、12.2Hz，设计刚度Ki分别为4781N/m、4947N/m、 5116N/m、5288N/m。由计算出调谐质量阻尼器悬臂长度li分别为180mm、178mm、176mm、174mm，最终两根双悬臂梁长度分别为l1＝384mm、l2＝384mm。在本发明中，n台调谐质量阻尼器的振动频率一般以调谐质量阻尼器等频率时的最佳振动频率fopt上限，向下等频率间距设置，例如当设4台调谐质量阻尼器时，与设为一组(公用一个双悬臂梁)，与设为一组(公用一个双悬臂梁)。

Claims (10)

1.一种打麸机双调谐质量阻尼器，包括双悬臂梁和调谐质量块，其特征在于：所述的调谐质量块设在双悬臂梁两端。
2.根据权利要求1所述的打麸机双调谐质量阻尼器，其特征在于：所述双悬臂梁两端分别开设沿双悬臂梁长度方向布置的腰形孔；调谐质量块通过螺栓组件安装在双悬臂梁两自由端，螺栓穿过调谐质量块和腰形孔，并通过螺母锁紧。
3.一种含有权利要求1或2所述的打麸机双调谐质量阻尼器的打麸机复合减隔振装置，其特征在于：还包含隔振系统，所述隔振系统由橡胶隔振器、隔振钢板和钢弹簧隔振器组成，所述隔振钢板上表面上安装橡胶隔振器，其下底面上设有钢弹簧隔振器，所述橡胶隔振器设在打麸机的底板四角处；双调谐质量阻尼器设在隔振钢板两端，并沿隔振钢板中心线对称设置。
4.根据权利要求3所述的打麸机复合减隔振装置，其特征在于：所述的双调谐质量阻尼器包括双悬臂梁和调谐质量块，所述双悬臂梁两端分别开设腰形孔，所述腰形孔的长度方向中心线与双悬臂梁长度方向中轴线重合；调谐质量块通过螺栓组件安装在双悬臂梁两自由端，螺栓穿过调谐质量块和腰形孔，并通过螺母锁紧。
5.根据权利要求3所述的打麸机复合减隔振装置，其特征在于：所述的双调谐质量阻尼器通过高强螺栓安装在隔振钢板上，所述高强螺栓下端穿过开设在双悬臂梁中部开设的腰形孔，并拧入隔振钢板内。
6.根据权利要求5所述的打麸机复合减隔振装置，其特征在于：所述的双悬臂梁与隔振钢板之间设有垫块，垫块套装在高强螺栓杆上。
7.根据权利要求3所述的打麸机复合减隔振装置，其特征在于：所述的钢弹簧隔振器含有上、下护筒和设在上下护筒内的钢弹簧，上护筒固定在隔振钢板上，下护筒嵌在开设在底座上的凹槽内，所述底座固定在楼板上。
8.一种如权利要求3所述的打麸机复合减隔振装置的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)确定打麸机的自振频率f：首先，收集打麸机基本运行参数，确定打麸机质量m1和额定转速r，然后通过额定转速r换算得到自振频率f，或者采用振动测试的方法频谱分析得到自振频率f。
(2)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的橡胶隔振器的设计：首先，确定橡胶隔振器的隔振频率ω橡胶，然后，根据打麸机质量m1和隔振频率ω橡胶确定橡胶隔振器的数量和刚度k1。
(3)进行打麸机复合减隔振装置的隔振系统的隔振钢板和弹簧隔振器的设计。首先，确定隔振钢板的质量m2，隔振钢板的质量m2为打麸机质量m1的0.5～0.8；钢弹簧的刚度k2使两自由度系统固有圆频率ω1、2均小于打麸机运行频率ω的弹簧隔振器的隔振频率ω弹簧为打麸机运行频率ω的0.5～0.6。
(4)对步骤(2)和(3)得到的结果进行验算：①计算橡胶隔振器传递给隔振钢板的动载荷幅值P1；②计算弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2；③检验P2和隔振效率η是否符合要求，符合要求进行步骤(5)；不符合要求，则重复步骤(2)和(3)重新设计，并将重新设计的结果重新进行步骤(4)，直至步骤(2)和(3)的设计结果经步骤(4)的验算符合P2和隔振效率η的要求，进行步骤(5)。
(5)调谐质量阻尼器的设计：①确定调谐质量块的质量mTMD；②确定单台调谐质量阻尼器的振动频率其中，i＝1、2…n，n为调谐质量阻尼器的数量(n为偶数)；③确定单台调谐质量阻尼器的设计刚度Ki，其中，i＝1、2…n；④确定每一对(共设n/2对)双悬臂梁的长度ln/2。
(6)根据步骤(2)中得到的橡胶隔振器的数量和刚度k1，步骤(3)中得到的隔振钢板质量m2和钢弹簧刚度k2，以及步骤(5)得到的调谐质量块的质量mTMD、振动频率、设计刚度Ki和双悬臂梁的长度ln/2，绘制打麸机复合减隔振装置设计图纸，按照设计图纸进行制作，制作完成后按照设计图纸进行安装。
9.根据权利要求3所述的打麸机复合减隔振装置的实现方法，其特征在于：步骤(4)中①计算橡胶隔振器传递给隔振钢板的动载荷幅值P1的方法具体为：首先，计算出未隔振时打麸机的激振力幅值其中，g为重力加速度，A为设计振动幅值；然后，根据公式计算出橡胶隔振器的隔振幅值B1，橡胶隔振器传递给隔振钢板的动荷载幅值P1＝k1×B1；步骤(4)中②计算弹簧隔振器传递给楼板的动载荷幅值P2的具体方法为：首先，由两自由度系统固有圆频率公式 ω 2,1 = { 1 2 [ k 1 + k 2 m 2 + k 1 m 1 ± ( k 1 + k 2 m 2 + k 1 m 1 ) 2 - 4 k 1 k 2 m 1 m 2 ] } 1 2 确定钢弹簧两自由度系统的第一、二阶频率ω1、ω2，其次，根据计算公式计算出弹簧隔振器的隔振幅值B2，计算公式为其中，质量比λ＝m2/m1，再次，由公式P2＝k2×B2计算出弹簧隔振器传给楼板的动载荷幅值P2。
10.根据权利要求3所述的打麸机复合减隔振装置的实现方法，其特征在于：步骤(5)中①确定调谐质量块的质量mTMD的具体方法为：调谐质量块的总质量m总与二阶模态质量的比值为μ，μ取值范围为0.005～0.05，其中，二阶模态质量然后，根据公式计算出调谐质量块的总质量m总和单台调谐质量块的质量mTMD，其中，n为调谐质量阻尼器的数量(n为偶数)；步骤(5)中②确定单台调谐质量阻尼器的振动频率的方法具体为：根据计算公式其中f2＝ω2/2π，计算出调谐质量阻尼器等频率时的最佳振动频率fopt，n台调谐质量阻尼器的最佳振动频率分别为其中i＝1、2…n；步骤(5)中③确定调谐质量阻尼器的设计刚度Ki的方法具体为：根据公式Ki＝mTMD(2πfopti)2计算出每台调谐质量阻尼器的设计刚度Ki；步骤(5)中④确定双悬臂梁的长度的具体方法为：根据公式计算出双悬臂梁两侧的悬臂长度l左、l右(每侧对应一台调谐质量阻尼器)，其中，EI为双悬臂梁的竖向抗弯刚度，双悬臂梁的长度ln/2为双悬臂梁两侧的悬臂长度l左、l右与l'之和，其中l'指的是双悬臂梁在实际制作与安装中的附加长度。
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