一种用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，包括：(a)采用双工字钢悬臂梁作为安装在隧道侧壁上的支撑结构，用于支撑隧道轴流风机；(b)获取与轴流风机相关的参数，包括质量、转数、安装位置以及隔振效率；(c)不计悬臂梁的自重，根据步骤(2)中的参数，计算悬臂梁横截面惯性矩I

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法


[0001]本专利技术涉及交通设计
，特别是涉及一种用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法。

技术介绍

[0002]在高速公路、铁路以及地铁等的隧道里，通常安装有隧道轴流风机，它们的作用是增强隧道空气流通性、改善隧道空气质量。隧道轴流风机在隧道里的安装方式有两种：一种是将风机悬吊在隧道天花板上；另一种是侧墙壁三角支架安装(参见图1)。侧墙壁三角支架安装时，首先，在隧道侧墙壁上固定一个三角形型钢支架；然后，在三角形支架的水平横梁上固定经隔振设计选取的隔振器；最后，将风机安装在支架水平横梁的隔振器上。
[0003]隧道轴流风机侧墙壁三角支架安装方式完全将隔振设计与安装设计分离开来。风机安装的高度、风机到侧墙的距离以及安装结构的安全性能均由三角形型钢支架来承担，与隔振设计无关；由于风机运转时激发的强烈振动不仅会传递给隧道，降低车辆行驶的舒适性；而且还会加速风机自身磨损、降低使用寿命，因而同时还需要对风机进行隔振，以大幅降低风机的振动，隔振设计主要考虑在三角形支架水平横梁与风机之间设置的隔振器的选型，一般不考虑风机安装位置及安装的安全性能问题。
[0004]因此，需要新的技术方法，以至少部分解决现有技术中存在的不足。

技术实现思路

[0005]为了克服现有方法和设备中存在的问题，本专利技术提供一种用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，改变目前隧道轴流风机侧墙壁三角支架安装、隔振方式，用双工字钢悬臂梁替代双三角支架和四个隔振器，进行隧道风机悬臂梁式隔振、安装一体化设计。既保证风机安装位置、隔振效率不变，又验证隔振理论所需的梁为线弹性变形，同时，校核悬臂梁的强度，确保风机的安全性能。本专利技术中的双悬臂梁结构比双三角支架结构简单，而且不需另行匹配专门的隔振器。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供一种用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，其特征在于，包括：
[0007](a)采用双工字钢悬臂梁作为安装在隧道侧壁上的支撑结构，用于支撑隧道轴流风机；
[0008](b)获取与轴流风机相关的参数，包括质量、转数、安装位置以及隔振效率；
[0009](c)不计悬臂梁的自重，根据步骤(2)中的参数，计算单根工字钢悬臂梁横截面惯性矩Iz；
[0010](d)基于隔振效率以及悬臂梁横截面惯性矩Iz，利用工字钢型号表来确定工字钢型号；以及
[0011](e)分析双工字钢悬臂梁的最大正应力和最大剪应力，并将最大正应力与悬臂梁材料的拉伸比例极限、屈服极限进行比较，以确保最大正应力不超过悬臂梁材料的拉伸比
例极限、屈服极限。
[0012]根据本专利技术的实施方案，其中，步骤(e)还包括分析双工字钢悬臂梁最大剪应力，将最大剪应力与悬臂梁材料的容许剪应力进行比较，以确保最大剪应力不超过悬臂梁材料的容许剪应力。
[0013]根据本专利技术的实施方案，其中，步骤(e)还包括将最大正应力与悬臂梁材料的容许正应力进行比较，以确保最大正应力不超过悬臂梁材料的容许正应力。
[0014]根据本专利技术的实施方案，其中，步骤(e)还包括分析悬臂梁的受力、弯矩以及剪力。
[0015]根据本专利技术的实施方案，其中，步骤(c)中，根据以下公式计算臂梁横截面惯性矩I
z
：
[0016][0017][0018]其中，I为预定的隔振效率，ω为风机工作频率，ω
n
为风机
‑
双工字钢悬臂梁隔振系统的固有频率，E为钢材料弹性模量，m为风机质量，l为风机作用于悬臂梁上的第一点至隧道壁的距离，l0为风机作用于悬臂梁上的第二点至隧道壁的距离。
[0019]根据本专利技术的实施方案，其中，步骤(e)中，利用下式计算最大正应力：
[0020][0021]其中，σ
tmax
为最大拉应力，σ
cmax
为最大压应力，M
max
为最大弯矩，h为工字钢横截面高度。
[0022]根据本专利技术的实施方案，其中，步骤(e)中，利用下式计算最大剪应力τ
max
：
[0023][0024]其中，Q
max
为最大剪力，S*
zmax
为截面静力矩，b为工字钢腹板厚度，这些参数可以通过查表获得。
[0025]根据本专利技术的实施方案，其中，步骤(d)中，还包括利用以下公式来确定m'，m'为位于无自重悬臂梁的梁端且与梁自重在振动特性上等效的等效质量：
[0026][0027]其中，l0为悬臂梁的梁端至隧道壁的距离，也即，悬臂梁上的第二受力点至隧道壁的距离，ρ
l
为工字钢理论线密度。
[0028]根据本专利技术的实施方案，其中，风机
‑
双工字钢悬臂梁隔振系统的固有频率ω
n
利用下式(6)替代式(2)来计算：
[0029][0030]根据下文结合附图对本专利技术具体实施示例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。
[0031]附图的简要说明
[0032]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施示例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本专利技术的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
[0033]图1为根据现有技术的隧道轴流风机侧墙壁三角支架安装示意图；
[0034]图2为根据专利技术实施方案的双工字钢悬臂梁结构侧面和截面示意图；
[0035]图3为根据专利技术实施方案的双22b号工字钢悬臂梁的受力、弯矩、剪力示意图；
[0036]图4为根据专利技术实施方案的双工字钢悬臂梁与隧道壁相交处的梁横截面应力分布示意图；以及
[0037]图5为根据专利技术实施方案的低碳钢静态拉伸应力
‑
应变曲线。
具体实施方式
[0038]下面结合附图、具体实施例对本专利技术进行进一步的详细说明，但实施例或者说明并不用来限制本专利技术的保护范围。
[0039]图1是现有技术中的隧道轴流风机侧墙壁三角支架方式安装的示意图，其中：纯风机质量为3050kg，匹配的电机质量为2920kg，风机总质量为5970kg；电机型号为Y4003
‑
8，转速为750r/min；支架水平横梁上受到风机作用力的点到隧道侧墙壁的距离分别为2.55m、0.55m；四个隔振器的受力可近似视为相等，且隔振效率不低于81％。相关数据请见表1：
[0040]表1隧道轴流风机侧墙壁三角支架安装的已知参数
[0041][0042]下面基于上述现有设计的风机质量、转数、安装位置以及隔振效率等参数，基于本专利技术的方法，用双工字钢悬臂梁替换双三角形型钢支架和四个隔振器，以实施例的方式对本专利技术进行进一步的说明。
[0043]首先，不计梁自重，计算梁横截面惯性矩I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，其特征在于，包括：(a)采用双工字钢悬臂梁作为安装在隧道侧壁上的支撑结构，用于支撑隧道轴流风机；(b)获取与轴流风机相关的参数，包括质量、转数、安装位置以及隔振效率；(c)不计悬臂梁的自重，根据步骤(2)中的参数，计算悬臂梁横截面惯性矩I
z
；(d)基于隔振效率以及悬臂梁横截面惯性矩I
z
，利用工字钢型号表来确定工字钢型号；以及(e)分析双工字钢悬臂梁的最大正应力和最大剪应力，并将最大正应力与悬臂梁材料的拉伸比例极限、屈服极限进行比较，以确保最大正应力不超过悬臂梁材料的拉伸比例极限、屈服极限。2.根据权利要求1所述的用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，其特征在于，步骤(e)还包括分析双工字钢悬臂梁最大剪应力，将最大剪应力与悬臂梁材料的容许剪应力进行比较，以确保最大剪应力不超过悬臂梁材料的容许剪应力。3.根据权利要求1所述的用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，其特征在于，步骤(e)还包括将最大正应力与悬臂梁材料的容许正应力进行比较，以确保最大正应力不超过悬臂梁材料的容许正应力。4.根据权利要求1所述的用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，其特征在于，步骤(e)还包括分析悬臂梁的受力、弯矩以及剪力。5.根据权利要求1所述的用于隧道轴流风机支撑及隔振的支架设计方法，其特征在于，步骤(c)中，根据以下公式计算臂梁横截面惯性矩I
z
：：其中，I为预定的隔振效率，ω为风机工作频率，ω
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志远，赵娜，赵阳，邬玉斌，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：