锻压机械的壳体基础减振蔡中义，冯肇华摘要提出冲击振动大的锻压机械壳体基础减振方法。采用基 础减振不需加设任何弹性及阻尼减振装置，大大节省基础建设费用。同时，给出壳体基础设计计算 的有限元方法。实际应用表明，用该法设计出的壳体基础强度可靠，减振明显。关键词锻压机械， 减振，壳体基础，有限元方法锻压机械工作时会产生强烈冲击和振动，可采用壳体基础减振。锻锤 可直接安装于基础上，不需增设其他减振元件。由于地基土壤具有良好的阻尼作用，而壳体基础自 身又有一定弹性，只要设计合理，这种基础将具有良好的减振性能。１壳体减振基础及其设计计算 方法１．１壳体基础的几何形状用于受较大冲击动载荷的壳体减振基础，为保证其强度通常应采用 厚壳结构。根据设备类型、负荷、地质情况以及施工条件等的不同，壳体基础可以有种种形状，一 些已成功用于土建承受静载荷的薄壳基础形状可作为参考。图１给出了几种这类用于静载荷的典型 回转壳基础［‘］。这几种形式可以方便地改成厚壳基础。由于其回转壳的母线是由直线或圆弧组 成，常可用土胎作模，不需再支模板，因而降低了施工成本。图１几种典型回转壳基础１．２用有 限元法计算回转壳基础的理论与公式为保证壳体基础有足够的强度并有良好的减振性能，必须考虑 土壤与基础间的相互作用，对壳体基础进行静动态分析。厚壳基础形状比较复杂，用有限元方法计 算比较合适。用于锻压机械的壳体基础不能太薄，因此壳体的横向剪变形不能忽略。用于薄壳的Ｋ ｉｒｃｈｈｏｆｆ假设已不适用，这里采用．Ｎｉｎｄｌｉｎ假设「‘’。土壤对基础的作用在力 学上有多种模型，本文采用Ｗｉｎｋｌｅｒ模型，即土壤仅对壳体表面有法向反力，其大小与法向 位移分量成正比［’］。此模型公式简单，计算量小，参数易于确定，精度能满足工程需要。基于 Ｍｉｎｄｌｉｎ假ｇ与Ｗｉｎｋｌｅｒ模型，利用最小势能原理即可建立厚壳基础单元体，导出其 刚度矩阵、载荷矩阵及其他有关公式和矩阵，从而可进行有限元分析。图２为Ｗｉｎｋｌｅｒ地基 模型上一个厚壳单元体及其有关坐标系统。单元体为环形，各处截面相同。采用的整体坐标系ｒｏ ｚ为圆柱坐标系，对称轴为ｚ轴。ｕ、ｖ为ｒ及Ｚ轴方向的位移。此为三节点等参单元，节点位于 壳的中面。２，司为等参坐标。壳单元的应变能为式中Ｄ——积分区域ＡＢＣＤ（见图２）土壤与 壳体基础作用产生的应变能为式中人——Ｗｉｎｋｌｅｒ地基常数卜」——形函数矩阵图２Ｗｉｎ ｋｌｅｒ基础上的回转厚壳单元体外力势能式中｛Ｆ｝——体力｛Ｓ｝——面力单元体的总势能为 Ｈ一Ｒ。＋Ｈｗ十马按最小势能原理３Ｈ—０得式中［Ｋ」——单元体刚度矩阵〔Ｒ」——载荷向 量各单元组拼后可进行壳体基础动态分析。１．３壳体减振基础的设计步骤锻压机械的壳体减振基 础设计步骤如下：（１）根据锻压机械的结构要求和地质情况确定壳体基础的几何形状。为了便于 施工，一般应尽量选用轴对称形式，为保证强度，壳体基础一般应采用稍高标号的混凝土并应配钢 筋。（２）根据设备传到基础的平均载荷以及地基土壤的承载力，初步计算壳体各部分的基本尺寸 。（３）由地质勘探资料定出地基土壤的Ｗｉｎｋｌｅｒ常数及阻尼等参数，并根据锻压机械作用 于基础上的动载荷Ｆ（ｔ），应用有限元法对壳体基础进行动态分析。Ｆ（ｔ）应由实测结果来确 定，如无实测数据，实践表明，按正弦规律Ｆ（ｔ）一Ｆ。ｓｉｎ告ｔ（ｉＭ”’””””“”” “““””“”””“”—“““７’”””～Ｔ。，Ｔ。为冲击作用持续时间，Ｆ。为载荷幅值 ）来计算动载荷也能得到较好结果。（４）根据动态分析结果检验基础振动的最大位移、速度、加 速度以及频率等是否满足减振要求。如不满足，修改壳体基本尺寸，重复步骤（３）、（４）。以 上步骤已编成计算机软件，可自动完成。２液压模锻锤的壳体减振基础液压模锻锤是近几年来发展 起来的一种锻锤「‘］。我们为ＣＪ８３七．５型２．５ｔ·ｍ液压模锻锤设计了壳体减振基础。 该基础已经过７年的生产考验，未出现任何破坏迹象，减振效果非常明显。这种锻锤传到基础的载 荷有很好的对称性，适合于建造回转壳基础。为了便于维修，该锤安装时要求基础内留有地坑，因 此采用圆筒和反球壳的组合形式。基础材料为２５０号混凝土，沿经线方向和纬线方向配有直径１ ２ｍｍ一级热轧钢筋。为考察壳体基础的减振效果，对ＣＪ８３－２．５型液压模锻锤的壳体基础 和块式基础进行了振动对比测试。图３给出了６个典型测点的振动加速度最大值的测量结果，测点 到锤中心的距离分别为０．８，２，３，５，７，ｇｍ。其中０．ｓｉｎ测点在基础上，Ｚｍ测点 位于基础边缘，其余测点在土壤表面。测试时工作缸内充气约５８８ｋＰａ（６个大气压），打击 十９０ｍｉｎＸ９２ｍｍ的４０号钢柱，温度为８００Ｃ。图３反映了振动随距离而衰减的情况。 可以看出，在基础附近一个很小范围内，壳体基础振动高于块式基础，但壳体基础传播出的振动衰 减很快，在离开锻锤中心很小一段距离后，壳体基础传出的振动便明显低于块式基础。通过对测试 结果的谱分析可清楚地看到，由于壳体基础弹性大，质量轻，振动中含有较多的高频成分，土壤对 高频阻尼较大，因此采用壳体基础时，振动进入土壤后迅速衰减，被局限于基础周围很小范围内。 而实心块式基础振动的低频成分较多，能够传到较远的地方，造成对外界环境的振动污染。这表明 壳体基础具有良好的应用前景。参考文献｜｜１薄壳基础工程编写组．薄壳基础工程．北京：科学 出版社，１９７５．２ＭｉｎｄｌｉｎＲＤ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＲｏｔａｔｏｒｙＩｎｅｒ ｔｉａａｎｄＳｈｅａｒｏｎＦｌｅｘｕｒａｌＭｏｔｉｏｎｓｏｆＩｓｏｔｒｏｐｉｃＥｌａｓ ｔｉｃＰｌａｔｅｓ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｃｈ，１９５１（１８）：３１－３８３ＣｏｏｋＲＤ ．ＣｏｎｃｅｐｔｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＯｆＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌ ｙｓｉｓ．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＪｏｈｎＷｉｌｌｅｙａｎｄＳｏｎｓ２ｎｄｅｄ．１９８１．４张 天鹏．２．５ｔ·ｍ新型模锻锤．
锻压机械，１９８０（４）：１５～１９（编辑：佳艺）蔡中义 ，冯肇华１３００２５长春市吉林工业大学辊锻研究所锻压机械的壳体基础减振@蔡中义，冯肇华 $吉林工业大学辊锻研究所锻压机械，减振，壳体基础，有限元方法提出冲击振动大的锻压机械壳 体基础减振方法。采用基础减振不需加设任何弹性及阻尼减振装置，大大节省基础建设费用。同时 ，给出壳体基础设计计算的有限元方法。实际应用表明，用该法设计出的壳体基础强度可靠，减振 明显。１薄壳基础工程编写组．薄壳基础工程．北京：科学出版社，１９７５．２Ｍｉｎｄｌｉｎ ＲＤ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＲｏｔａｔｏｒｙＩｎｅｒｔｉａａｎｄＳｈｅａｒｏｎＦｌｅｘ ｕｒａｌＭｏｔｉｏｎｓｏｆＩｓｏｔｒｏｐｉｃＥｌａｓｔｉｃＰｌａｔｅｓ．Ｊ．Ａｐｐｌ． Ｍｅｃｈ，１９５１（１８）：３１－３８３ＣｏｏｋＲＤ．ＣｏｎｃｅｐｔｓａｎｄＡｐｐｌｉ ｃａｔｉｏｎｓＯｆＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ．ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｊｏｈｎ ＷｉｌｌｅｙａｎｄＳｏｎｓ２ｎｄｅｄ．１９８１．４张天鹏．２．５ｔ·ｍ新型模锻锤．锻压 机械，１９８０（４）：１５～１９基础传出的振动便明显低于块式基础。通过对测试结果的谱分 析可清楚地看到，由于壳体基础弹性大，质量轻，振动中含有较多的高频成分，土壤对高频阻尼较 大，因此采用壳体基础时，振动进入土壤后迅速衰减，被局限于基础周围很小范围内。而实心块式 基础振动的低频成分较多，能够传到较远的地方，造成对外界环境的振动污染。这表明壳体基础具 有良好的应用前景。参考文献｜｜１薄壳基础工程编写组．薄壳基础工程．北京：科学出版社，１ ９７５．２ＭｉｎｄｌｉｎＲＤ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＲｏｔａｔｏｒｙＩｎｅｒｔｉａａｎ ｄＳｈｅａｒｏｎＦｌｅｘｕｒａｌＭｏｔｉｏｎｓｏｆＩｓｏｔｒｏｐｉｃＥｌａｓｔｉｃＰｌ ａｔｅｓ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｃｈ，１９５１（１８）：３１－３８３ＣｏｏｋＲＤ．Ｃｏｎｃ ｅｐｔｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＯｆＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ． ＮｅｗＹｏｒｋ：ＪｏｈｎＷｉｌｌｅｙａｎｄＳｏｎｓ２ｎｄｅｄ．１９８１．４张天鹏．２． ５ｔ·ｍ新型模锻锤．锻压机械，１９８０（４）：１５～１９（编辑：佳艺）蔡中义，冯肇华１ ３００２５长春市吉林工业大学辊锻研究所锻压机械的壳体基础减振@蔡中义，冯肇华$吉林工业 大学辊锻研究所锻压机械，减振，壳体基础，有限元方法提出冲击振动大的锻压机械壳体基础减振 方法。采用基础减振不需加设任何弹性及阻尼减振装置，大大节省基础建设费用。同时，给出壳体 基础设计计算的有限元方法。实际应用表明，用该法设计出的壳体基础强度可靠，减振明显。１薄 壳基础工程编写组．薄壳基础工程．北京：科学出版社，１９７５．２ＭｉｎｄｌｉｎＲＤ．Ｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅｏｆＲｏｔａｔｏｒｙＩｎｅｒｔｉａａｎｄＳｈｅａｒｏｎＦｌｅｘｕｒａｌＭ ｏｔｉｏｎｓｏｆＩｓｏｔｒｏｐｉｃＥｌａｓｔｉｃＰｌａｔｅｓ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｃｈ， １９５１（１８）：３１－３８３ＣｏｏｋＲＤ．ＣｏｎｃｅｐｔｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＯｆＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＪｏｈｎＷｉｌｌｅｙａｎｄＳｏｎｓ２ｎｄｅｄ．１９８１．４张天鹏．２．５ｔ·ｍ新型模锻锤．锻压机械，１９８０（４）：１５～１９
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