摘要：振动控制技术在工业工程系统中是多学科的综合应用，并且基于为设备的正常运行提供一个可靠的振动环境所形成的复杂系统，包括振动控制建筑物的地基、结构、工业设备等。本研究在理论研究成果、大量实测数据和工程实践经验的基础上，提出了工业工程振动控制设计的概念方法。这种方法的核心是多道防线、渐进的能量消耗和各种控制技术。
关键词：工业工程；振动控制；概念设计；方法
前言
振动危害在工业工程领域广泛存在，分为结构安全性危害、仪器装备功能性危害、人员舒适性3种类型危害。
1 工业工程振动特征
工业工程振动控制的主要目的是为敏感振动设备的运行提供安全有效的环境。工业工程振动的特点是振动源的复杂性、工艺布置的特殊要求和允许振动值的范围广。确定振动控制设计方法的指导原则是采用多种技术逐步减小振动的影响，直到最终满足振动要求。工业技术中振动控制的重点如下：（1）震源组成：震源组成相对复杂，包括道路交通、机械操作、施工、地面脉动等。（2）频率和振幅特性：振动结构复杂，振幅范围宽。（3）测量规模：指基础、建筑物结构、控制装置、工业设备等。（4）精度要求：振动控制精度极高，如纳米位移控制精度高，控制指标具有频率和振幅限制高的特点。（5）即时验证：工业设备投入使用后，立即验证振动控制的有效性。
2 工业工程振动控制概念设计方法
研究小组“工业工程中振动控制关键技术的研究与应用”对工业工程中多级振动控制的设计方法和技术应用进行了研究。它还提出了一种综合的方法来控制工业振动，包括多道防线、逐级耗能、多种技术。图1为工业工程中振动控制概念设计方法的实现示意图。
图1 工业工程振动控制概念设计方法实施流程图
可以从图中可以看出3个部分的目的不同是工业工程中振动控制概念。设计多道防线的重点是经济和项目的初步设计、项目设计分步能耗是注重量化目标、措施和可靠性和分步能源消费、理性和技术项目设计题重点在于精度和效率的具体技术措施。整个设计过程本质上是将一个复杂的振动项目逐步分解成一个过程，该过程可以通过现有的技术手段直接实现。设计概念在工业工程振动控制系统和更全面地覆盖复杂的项目中所有可能性并将离散信息通过三个核心方法用于促进工程技术人员直接进行操作和实施。
2.1 控制多通道防线的振动设计方法
多防线振动控制的设计方法是工业工程中振动控制的重要原理。她主要通过几种方法设计不同时间段之间的选址和调试，并针对震源与附近的距离，设计多种空间方法中降低或抑制敏感设备振动的措施。在工业工程中，振动控制应作为一项重要的环境保护技术，贯穿于项目立项、科研、环境评价、设计、施工和监测的全过程，而不是作为问题的解决方案。工业工程振源组成复杂，需要在大量研究成果和实测数据的基础上，在全球范围内设计新的振源。多线防御的主要原则如下：（1）规避原则：对于现有的振敏设备，当附近有新的振敏源时，最好将振敏项目放置在远离振敏设备位置的地方。对于现有的振动源环境，当附近有新的振动检测设备时，最好将振动检测设备项目定位在远离振动源的地方。如果是同时建造的，最好进行过程研究和经济分析，以便两个地点都尽可能远。（2）若干空间防线：第一，对震源采取积极的减振措施；第二，阻断或减少振动在传输路径上传播的屏障；第三，振动敏感设备的各种振动控制技术。（3）时间上的多道防线：对于振动源、传递途径和振动敏感设备，应全面评估和预测振动环境的历史；这种分析的结果将使各种振动控制技术随着时间的推移具有一定的有效性。至于多重防线，在空间和时间上，主要目的是研制规划措施来控制整个工业工程振动和评估它们的有效性，在时间上，以期制定项目初步可行性和经济的角度。科一个项目因国防制造精度要求的级别在0-100赫兹的振动，振动控制小于5×10-5m/S，但为了保证时效性和振动水平振动环境每况愈下，小于1×10-5m/S的设计，设计出密集桩、大块基础、多种措施的减振装置。
2.2 逐步耗能振动控制的设计方法
逐级能耗的原理主要是为了降低能耗，例如通过扩展振动传递路径的屏障，传递振动能量，从而降低并最终影响振动对象等精密设备的振动灵敏度。传统的振动监测方法主要采用合理的动力设备设计来抑制振动。分期能耗计算方法应能根据项目实际情况确定能耗指标，特别是通过实际试验、数值模拟分析和经验数据分析。
2.3 各种振动控制技术方法
工业工程中的振动控制方法可分为隔振、抑振、减振和消振四大类。隔振是通过改变隔振方式，消除或减少隔振，将隔振源与较窄的振动敏感物体之间的传递路径进行隔振。通过改变振动的传播速度，限制振动的放大来实现对振动的抑制。利用能量耗散机制降低振动水平，达到减振的目的。采用TMD、TLD和主动伺服控制技术对源振动进行抑制。从工程角度看，常用的振动控制技术有等效闭合能体的设计方法、高通滤波器和低通滤波器的设计方法、有源带伺服控制装置的设计方法。（1）等效闭能体的设计方法。振动工业项目中的某些问题，传输介质振动的工业项目通常主导的基础结构，工业设备，定期不同振动的每个组件来缓解，但有一定的法律，也就是说，振动逐渐减少，与最遥远的振动激励源的平衡。根据这一性质，根据saint-venant原理，远端介质的变化对近端介质没有影响，即局部传播路径的变化对研究对象（包括源）没有影响。在振动敏感物体的情况下，其圆周可以看作是能量封闭的物体。在这样一个封闭的物体中，外部能量的输入是恒定的。对于能量封闭体，有效震源和振动激波点分布在能量封闭体中。由封闭体的能量守恒导出振动动能和的计算公式：
（1）其中W为能量封闭体中振动源产生的动能之和；M j（I）为模I在质点j处的振动质量，v j（I）为模I在质点j处的振动速度；S是模型中粒子的总数。为使闭体质量点k的第一模态振动速率有效满足允许振动控制标准，可由式（1）等价建立该点的速度控制方程：
（2）由式（2）可知，在工业工程中振动控制的设计中，有必要降低振动对安装位置的影响v k（ωi）。大m k（ωi）的值可以增加，工程中采用的方法是增加设备基础的有效质量。合理地确定了设计参数、主要原则的基础上，身体能量的封闭和减轻振动分析的结论，并且影响振动传感设备，大大降低。（3）将高通/低通滤波器与设计方法相结合。在工业工程设计中，振动控制常采用频域内的特征振动传递路径和振动源。在振动领域，等效低通滤波器的设计方法可以使低频信号正常通过，而超过设定值的高频信号则被阻塞或衰减。同样设计等效高通滤波器，通过设定临界值的高频振动信号，使低频和高频信号正常阻塞或衰减。（4）主动伺服控制的设计方法。主动隔振控制系统的主要技术部件是执行机构、传感器、信号控制器和控制算法。在精密仪器和精密加工领域，主动隔振技术取得了重要进展，性能指标和关键技术也取得了新的成果。例如，使用压电驱动器主动控制半导体加工单元的体振动，可以将印刷精度提高2微米到0.1微米。主动振动控制采用空气弹簧，具有良好的绝缘性能，可防止任意地面扰动，使振动幅值降低70%以上。本文在理论研究成果、大量实测数据和工程实践经验的基础上，提出了工业工程振动控制设计的概念方法。核心思想包括多重防御线、逐级耗能和各种技术。
参考文献：
［1］李 艳．工业工程振动控制关键技术研究与应用［M］．北京：中国建筑工业出版社，2017．
［2］吴 涛． 隔振设计规范理解与应用［M］．北京：中国建筑工业出版社，2017．
论文作者:蒋瑶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/9
标签：工业工程论文; 方法论文; 技术论文; 设备论文; 项目论文; 能量论文; 防线论文; 《基层建设》2019年第21期论文;