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1  引言

受市场需求的影响，某水泥厂水泥供过于求，水泥存储仓均已存满，所以只能采取间断式生产，即当储存仓有一定空间时才开始生产，直到储存仓再次被存满为止，依次循环。该水泥厂有两个建在同一块地基上的圆柱形熟料仓，标记为1号熟料仓和2号熟料仓，现场照片如图1所示，位置示意图如图2所示。在水泥生产过程中熟料仓周围场地经常会出现明显的无规律冲击振动，振动传至员工宿舍和水泥厂办公区，震感明显，在员工中形成了一定的恐慌心理，有人疑惑无缘无故为什么会出现振动；有人担心该振动会影响宿舍、办公楼及料仓的安全。为了查明振动原因并对振动进行治理，对该熟料仓及其附近的辊压机房、球磨机房等场地及其内部设备的振动分别进行了测试和分析。

           图1 熟料现场照片图

           图2 振源分布俯视图

2  结构振动调查

为了确定振源，首先应该对所有可能振源进行统计，对该水泥厂进行实地考察后得知，有振动源存在的地方主要有两个：第一个是辊压机房，辊压机房的振源有辊压机电机、辊压机传动轴、辊压机；第二个是球磨机房，球磨机房的振源主要有：球磨机电机、球磨机变速箱、球磨机，在水泥厂中的具体分布如图2所示。

3  现场振动测试

经过结构振动调查，测试人员认为主要振动源有：辊压机电机、辊压机传动轴、辊压机、球磨机电机、球磨机变速箱、球磨机以及熟料仓，故在熟料仓的南广场（即图1中所示的场地）、熟料仓仓顶、辊压机房、球磨机房分别布置测点，整个测试分七批进行，具体测点布置如表1所示，试验用测试分析主要仪器如表2所示。

表1  振源分析测点布置表
测试批次	本批测点号	位置	传感器类型
第一批 熟料仓底测试	1	辊压机东墙根0m处	垂直低频拾振器
	2	距辊压机东墙根13m处	垂直低频拾振器
	3	距辊压机东墙根26m处	垂直低频拾振器
第二批 熟料仓底南北向测试	1	2号仓底0m处垂直向	垂直低频拾振器
	2	2号仓底0m处水平南北向	水平低频拾振器
	3	2号仓底0m处水平东西向	水平低频拾振器
	4	2号仓底南侧33m处垂直向	垂直低频拾振器
	5	2号仓底南侧33m处水平南北向	水平低频拾振器
	6	2号仓底南侧53m处垂直向	垂直低频拾振器
第三批 熟料仓底东西向测试	1	2号仓底0m处垂直	垂直低频拾振器
	2	2号仓底0m处水平南北向	水平低频拾振器
	3	2号仓底0m处水平东西向	水平低频拾振器
	4	2号仓底西侧处28m垂直向	垂直低频拾振器
	5	2号仓底西侧28m处水平南北向	水平低频拾振器
	6	2号仓底西侧46m处垂直向	垂直低频拾振器
第四批 辊压车间测试	1	与第一批测点1同位置垂直向	垂直低频拾振器
	2	与第一批测点1同位置水平东西向	水平低频拾振器
	3	辊压车间二层地面垂直向	垂直低频拾振器
	4	辊压车间二层地面南北向	水平低频拾振器
	5	辊压车间二层地面东西向	水平低频拾振器
	6	辊压机电机台阶面垂直向	垂直低频拾振器
	7	上料皮带护罩南侧	加速度传感器
	8	上料皮带护罩西侧	加速度传感器
	9	辊压机西侧面	加速度传感器
第五批 球磨车间与熟料仓对比测试	1	球磨机房垂直向	垂直低频拾振器
	2	与第三批测点6同位置	垂直低频拾振器
第六批 2号熟料仓仓顶测试	1	2号熟料仓顶垂直向	垂直低频拾振器
	2	2号熟料仓顶水平南北向	水平低频拾振器
	3	2号熟料仓顶水平东西向	水平低频拾振器

 

表2  测试分析主要仪器
传感器或仪器名称	型号	厂家
ICP加速度传感器	INV9828	北京东方振动和噪声技术研究所
水平向低频拾振器	891-II(H)	中国地震局工程力学研究所
垂直向低频拾振器	891-II(V)	中国地震局工程力学研究所
数据采集仪	INV3060S	北京东方振动和噪声技术研究所
数据采集和分析软件	DASP V10	北京东方振动和噪声技术研究所
笔记本电脑	ThinkPad X201	联想

 

4  振源分析

振源的寻找是在初步判断的主要振源分布的基础上进行现场测试，依据振动产生和传播的规律，结合信号处理方法分析获得。

4.1 熟料仓底振动分析

测点1、2、3分别距离辊压机房东墙根0m、13m、26m，垂直方向，如表1所示。其振动时域信号如图3所示，从图3的振动测试结果可以看出熟料库附近地面存在冲击振动，且冲击振动时间差不是固定值，与人的感觉一致，由此可以判断该冲击振动不是由稳态振动引起的。

                    图3熟料仓底振动测试时域信号

 

4.2 二号熟料仓底南北方向振动测试

为了测试冲击振动信号传播方向及来源，按表1中第二批的测点位置布置拾振器，图4中的信号来源于按南北方向布置的3个垂直拾振器，其中1通道和4通道相距33m，和6通道相距53m。分别对1通道和4通道信号，1通道和6通道信号作互相关分析，计算信号传播时间，计算结果如图5所示，由互相关分析结果可知，测点1传播至测点4的时间为0.215417s，测点1传播至测点6的时间为0.368167s，这说明冲击振动信号是由测点1经测点4传播至测点6的，即振动信号传播方向由北向南。

            图4  2号仓底南北方向振动时域信号

 

                图5 2号仓南北方向通道1和4及1和6互相关分析结果

  4.3  二号熟料仓底东西方向振动测试

按表1第三批各测点位置布置拾振器，图6中的信号来源于按东西方向布置的3个垂直拾振器，其中1通道和4通道相距28m，和6通道相距46m。分别对1通道和4通道信号、1通道和6通道信号作互相关分析，计算信号传播时间，计算结果如图7所示，由互相关分析结果可知，测点1传播至测点4的时间为0.113583s，测点1传播至测点6的时间为0.180167s，这说明冲击振动信号是由测点1经测点4传播至测点6的，即振动信号传播方向由东向西。

由东西和南北方向冲击振动传播规律即可得到冲击振源位于1号传感器附近，即1、2号熟料库，其位置示意图如图2所示。为了排除其它可能性，对辊压机房和球磨机房等安装有较大激振设备的地方也进行了测试并进行了对比。

  

            图6 2号仓底东西方向振动时域信号

        图7 2号仓东西方向通道1和4及1和6互相关分析结果

4.4辊压机房振动测试

辊压机房振动测试按表1第四批测点位置布置各传感器，测试时域信号如图8所示。从图8中可以看出前6个通道均有冲击振动特征，而且第一通道“0m垂直”要比第三通道“二层垂直”达到最大值的时间早，同样，“0m水平东西”和“二层水平东西”也具有相同的特征，这说明冲击信号是由地面传播至辊压机厂房二层的；后面三个加速度信号无冲击特征，这说明地面冲击振动与辊压机及提升皮带的振动无关，从而排除辊压机房设备引起冲击振动的可能性。

对3至6通道信号作频谱分析，如图9所示，信号能量主要集在24.8712Hz，这与辊压机电机工作频率（1472/60=24.53Hz）比较吻合，这说明辊压机房的振动主要是由辊压机电机引起的稳态振动。

                    图8  辊压机房振动测试时域信号

                    图9  辊压机房振动测试3至6通道信号频谱

4.5  球磨机房与熟料仓振动对比

球磨机房与熟料仓振动对比测试按表1第五批测点布置各传感器，测试时域信号如图10所示，图10上部为球磨机房垂直振动，下部为熟料仓外垂直振动，由上、下对比可以看出料仓外有冲击振动时而球磨机房里却不明显，这说明冲击振动不是由球磨机房引起的；将图10中270s至272s的数据进行局部放大如图11所示，由图11可以看出冲击振动先传至料仓外传感器再传至球磨机房传感器，这也说明冲击振动不是由球磨机房引起的，与球磨机房机器振动无关。

                图10  球磨机房与熟料仓振动对比测试时域信号

            图11 球磨机房与熟料仓振动对比测试时域信号270s-272s局部放大

4.6 2号熟料仓顶振动测试

熟料仓顶在垂直方向、水平南北方向和水平东西方向均呈现出自由衰减振动的特点，其时域波形和频谱图如图12和图13所示。这其实是冲击振动激励起了熟料仓的固有频率，如果熟料仓长期处于这种工作环境中，有可能会发生疲劳，引起结构破坏。

                        图12 熟料仓顶振动时域波形

                    图13 熟料仓顶振动频谱分析结果

5  结论与建议

5.1 结论

冲击振动振源为两个熟料仓，由于熟料仓的仓位比较高，熟料堆积起来料仓底部熟料被压实，当熟料仓底部出料时，形成中空，当中空达到一定的程度时，仓位突然下落形成冲击振动向外传播，图14和图15分别是只有1号熟料仓下料时辊压机车间振动测试结果和只有2号熟料仓下料时辊压机车间振动测试结果（测点面布置见表1第四批辊压车间测试），由图14和图15对比可以看出：两个熟料库单独工作时均会产生冲击振动，但1号熟料仓单独工作时产生的冲击振动要比2号熟料库单独工作时产生的冲击振动小，并且也没有2号熟料仓单独工作时产生的冲击振动频繁，这可能与两个熟料库内当时的熟料状态有关，如堆积时间长短、仓位高低（测试时1号仓熟料距仓顶20m，2号仓熟料距仓顶9m）等，但总的规律是一致的，都会产生冲击振动向外传播。

         

                图14 仅1号熟料仓下料时辊压机房振动时域信号

                    图15 仅2号熟料库下料时辊压机房振动时域信号

5.2  治理建议

熟料仓冲击振动会激励起熟料仓的固有频率，如果熟料仓长期处于这种工作环境中，有可能会发生疲劳，引起结构破坏，建议利用年检的机会清空熟料仓进行彻底检查；另外可以考虑在熟料仓顶部测量仓位的孔中加一根能伸到仓底的搅拌杆，用电机带动，这样可以彻底消除冲击振动。

 

参考文献

[1]  何正嘉.现代信号处理及工程应用[M].西安:西安交通大学出版社,2007.

[2]  丁阳,沈斌.长期设备振动对已建钢结构厂房承载力影响的分析[J].建筑结构,2007,37(3).

[3]  刘超英.机器振动对厂房结构影响的检测及分析[J].安全与环境学报,2004,4(1).