一、引言

機械壓力機加工結束或工件斷裂的瞬間，加工力由最大值突然降至零，曲軸、連桿和立柱因突然失去荷載而回彈，彈性勢能釋放，引起機身上下伸縮振動，并通過機腳施加給基礎、地基以動載荷；壓力機啟動、制動及與工件撞擊的瞬間也會因巨大的慣性力或慣性力矩而激起基礎和地面產生很大振動。當擾力(矩)作用到基礎上時，設備和基礎一起發生振動，并通過土介質以體波和面波的形式將其振動能量不斷向外擴散，同時振動能量又部分被土介質吸收，從而形成與距離有關的幾何阻尼衰減和與土介質有關的粘滯阻尼衰減；隨著傳播距離的增大，振動將不斷衰減直至消失。而體波與面波的合成構成工場的地面振動。

二、機械壓力機車間振動傳播的現場實測

圖1E2S4000—MB型機械壓力機車間平面布置及測點布局

江鈴汽車股份有限公司沖壓車間安裝的E2S4000—MB型機械壓力機，該機器基礎幾何尺寸為16m×10m，車間平面布置如圖1所示。利用CD—7速度傳感器(豎向)和CD—7S速度傳感器(水平向)拾取車間地面振動速度信息，送入CF—920分析儀進行數據處理后經繪圖儀輸出，即可得各測點的各種振動參數(如位移、速度、加速度、頻譜和互相關系等)，測試框圖如圖2。

圖2測試框圖

本次測試時沖壓的工件為汽車縱梁，重55kg，材料為SAPH440，工件厚6.5mm，工件變形力約15000kN左右。測試中，除了測試地面上的振動外，還實測了工作臺上的振動，一共測了22個點，測點布局如圖1所示。為便于分析、比較，每次測試都以基礎上的一固定點作為參考點。

圖3地面振動位移幅值隨距離的衰減曲線

圖4參考點豎向振動速度(下)和測點2的豎向振動位移(上)曲線

圖5參考點豎向振動速度(下)和測點2豎向振動位移頻譜(上)

圖6參考點豎向振動速度(下)和測點20(工作臺上)豎向振動位移(上)

從實測曲線看出，地面豎向振動曲線有三組波峰，表明啟動、折彎工件和校整均引起地面振動，且啟動時地面豎向振動最大，折彎工件和校整時引起的地面振動大致相同，有時折彎工件時的更大，有時校整時的更大。所測得的基礎上的振動與地面上的振動有時差，據此，可計算出波的傳播速度。圖3為豎向及水平向地面振動衰減曲線；圖4和圖5分別為參考點、測點2的豎向振動位移曲線和頻譜；圖6是參考點、測點20(工作臺上)豎向振動速度曲線；圖7是參考點、測點20(工作臺上)水平向振動速度曲線；圖8和圖9分別為參考點、測點2的水平向振動位移曲線和頻譜；表1為部分實測數據。

表1

測點號參考點123456789距振源中心距離(m)89.412.117.723.529.435.45811豎向振幅(μm)34.832.015.49.67.97.16.331.335.222.5振幅比
(Ar/A_{0#p#分頁標題#e#})實測值-0.930.450.280.230.210.180.911.020.65計算值-0.720.610.470.390.330.291.10.80.65頻率(Hz)-10.010.010.010.010.010.010.010.010.0水平向振幅比
(Ar/A₀)實測值-1.00.540.540.090.170.1410.920.7計算值-0.730.630.50.420.370.331.10.810.66Ar頻率(Hz)-111111111
測點號10111213141516171819距振源中心距離(m)141720232629329.49.49.4豎向振幅(μm)29.415.411.610.710.69.89.129.428.829.1振幅比
(Ar/A₀)實測值0.850.450.340.310.310.280.26---計算值0.550.490.440.40.360.340.31---頻率(Hz)10.010.010.010.010.010.010.0---水平向振幅比
(Ar/A_{0#p#分頁標題#e#})實測值0.630.520.370.270.160.130.11---計算值0.570.510.460.430.40.370.35---Ar頻率(Hz)1111111111
注：(1)A0為基礎上參考點的振幅，由實測得出。豎向振動：振幅A0＝34.8(μm)，水平向振動：沿東方向振幅A0＝498，沿南方向振幅A0＝275.07。
(2)表中標“計算值”的數據為按文獻［1］中的衰減公式計算得到，其余為實測值。

圖7參考點豎向振動速度(下)和點20(工作臺上)水平向振動速度(上)

圖8參考點豎向振動速度(下)和測點2處水平向振動位移(上)

按《動力機器基礎設計規范》(GB50040-96)［1］中地面振動衰減公式進行了計算，式中r0為5.7m，ξ0按［1］中附錄E.0.2條規定取為0.27，α0按［1］中附錄E.0.3條規定取為4×10-4，f0按［1］中式(9.3.3-2)計算，豎向為11.86Hz，水平向取為1Hz，計算結果如表1和圖3所示。

從實測數據及其與計算數據的對比中可以看到：

(1)表1、圖4和圖5表明，該壓力機工作時工作臺和地基振動曲線均有三個明顯的振動峰，它們分別對應于啟動、折彎工件和校整工件三階段。地面豎向振動最大振幅主要由啟動階段引起，其振動頻率為10.0Hz左右。

圖9參考點豎向振動速度(下)和測點2處水平向振動位移(上)頻譜

(2)在折彎工件階段，工作臺有一很大的豎向振動位移(圖6(上))，使工作臺產生向下位移，表明立柱產生了較大的彈性變形。

(3)從表1、圖7和圖8可以看出，地面水平向振動最大振幅主要由折彎工件階段引起，其振動頻率為1Hz(圖9)。

(4)從表1和圖3可以看出，沿東方向，豎向和水平向地面振動在距離r大于12m以后，實測值比按96《動規》衰減公式計算得到的值小，這可能是由于沿東方向在距離r大于12m以后的地面堆放了工件，使其振動減小所致。而沿南方向，地面豎向振動衰減實測的與按96《動規》衰減公式計算得出的較一致，這是由于沿南方向地面為自由表面，因而豎向振動實測與按96《動規》衰減公式計算的吻合較好。

(5)從表1和圖3還可以看出，實測地面振動曲線在一定距離范圍內，地面振動位移基本相同(如圖3中沿東方向距離為12m至18m范圍)。這可能是由于地面堆放的工件的剛度比地基土的剛度大得多，可看作剛體，即堆放的工件相當于剛體運動，地基和堆放的工件接觸處地面的變形必須協調一致，因而使堆放工件下的地基土的豎向變形值基本相同。另外，由于堆放工件的不均勻，致使地面振動波動起伏較大。

三、結論

(1)閉式雙點機械壓力機工作時激起地面振動主要為地面豎向振動，地面水平向振動位移幅值較小，可不予考慮。

(2)閉式雙點機械壓力機引起的地面振動隨著離開振源的距離增加迅速衰減，且所引起的地面豎向振動位移的實測值與按96《動規》中衰減公式計算得到的基本一致，可按96《動規》中衰減公式估算。 #p#分頁標題#e#

(3)機械壓力機在沖壓工件結束之前，工作臺均有一較大的向下位移，該位移使立柱彈性伸長，在沖壓結束后，受力伸長的立柱彈性收縮激起基礎和地基振動。

(4)在地面附加壓力作用下(如地面堆放重物或安裝設備后)，振源引起的地面振動位移減小，地面振動頻率也將降低。