Материал: Справочник проектировщика инженерных сооружений

где т — масса системы, включающая массу всей машины, верхней плиты, продольных балок и поперечных ригелей рам, примыкающих к верх­ ней плите, и 30 % массы всех колонн фундамента,

кг; 7ф — момент инерции массы т относительно вертикальной оси, проходящей через центр тя­ жести верхней плиты, кг • м2;

где / — длина верхней плиты, м.

Амплитуды горизонтально-вращательных коле­ баний верхней грани массивных и стенчатых фун­

G)*, соф — круговые частоты колебаний фундамен­

та, с- 1 , соответственно горизонтальных и враща­ тельных относительно горизонтальной оси, про­ ходящей через центр тяжести подошвы фундамен­ та перпендикулярно плоскости колебаний:

/ — момент инерции массы всей установки (фундамента с засыпкой грунта на его обрезах и выступах и машины) относительно оси, проходя­ щей через общий центр тяжести перпендикулярно плоскости колебаний, кг • м2;

G и GM— расчетные значения веса соответствен­ но фундамента с засыпкой грунта на его обрезах

всей установки, кг; Fn — расчетная горизонталь­ ная составляющая возмущающих сил машины, кН; М — расчетное значение возмущающего момента, кН • м, равного сумме моментов от го­ ризонтальных составляющих возмущающих сил при приведении их к оси, проходящей через центр тяжести установки перпендикулярно плоскости колебаний, и возмущающему моменту машины; hi, h2 — расстояния от общего центра тяжести установки соответственно до верхней грани фун­ дамента и до подошвы фундамента, м; со — кру­

п— число оборотов машины в 1 мин.

6.3.Машины

скривошипно-шатунными механизмами

Указания по проектированию. Динамическими нагрузками, возникающими при работе таких машин и вызывающими колебания их фундамен­ тов, являются неуравновешенные силы инерции и моменты сил инерции движущихся частей кри­ вошипно-шатунных механизмов (кривошипа, ша­ туна, штока поршня), зависящие от частоты вра­ щения вала машины.

Задание на проектирование фундаментов, кро­ ме данных, приведенных в разделе 6.1, должны содержать:

нормативные значения равнодействующих не­ уравновешенных (возмущающих) сил и моментов первой и второй гармоники от всех цилиндров машин, места приложения сил и плоскости дейст­ вия моментов или все необходимые данные для их определения;

расстояние от оси главного вала машины до верхней грани фундамента;

характеристику привода (синхронный, асин­ хронный электродвигатель и т. п.);

монтажный вес наиболее крупной детали ма­ шины и значение монтажной нагрузки, передаю­ щейся на фундамент.

Как правило, нормативные значения динами­ ческих нагрузок от машин с кривошипно-шатун­ ными механизмами задаются заводами-изготови­ телями машин и включены в задание на проекти­ рование. При отсутствии этих данных или при необходимости их уточнения значения возму­ щающих сил и их моментов могут быть определе­ ны расчетом.

Фундаменты под машины с кривошипно-шатун­ ными механизмами проектируют массивными или стенчатыми, а в отдельных случаях для машин с вертикально расположенными кривошипно­ шатунными механизмами — рамными.

Массивные фундаменты проектируют в виде сплошного конструктивно армированного бетон­ ного массива с приямками, колодцами и отвер­ стиями для размещения частей машины и комму­ никаций; их применяют под машины, устанавли­ ваемые на уровне пола первого этажа (фунда­ менты бесподвального типа); стенчатые — под машины, устанавливаемые на перекрытии над подвалом (фундаменты подвального типа).

Для некоторых типов машин с кривошипно­ шатунными механизмами, в частности компрес­ соров, массивные фундаменты бесподвального типа могут быть выполнены в виде плит толщи­ ной 0,5...0,8 м в зависимости от глубины заделки фундаментных болтов. Размеры конструктивных элементов стенчатых фундаментов принимают согласно заданию на проектирование и в соот­ ветствии с данными, приведенными ниже.

Размеры элементов стенчатых фундаментов, м (СНиП Н-19-79)

Поскольку машины с кривошипно-шатунными механизмами низкочастотные, для них применяют фундаменты с дорезонансным режимом колеба­ ний, для которых частоты собственных колебаний превышают наивысшую частоту возмущающих сил. При выборе размеров конструктивных эле­ ментов фундаментов учитывают, что собственная частота колебаний фундамента может быть уве­ личена за счет увеличения площади подошвы и уменьшения массы фундамента.

На фундаменты машин допускается свободно опирать отдельные площадки и стойки, не соеди­ ненные с конструкциями здания, и устанавливать несколько однотипных машин на общей фунда­ ментной плите толщиной не менее 0,6 м. Уст­ ройство общей фундаментной плиты со значитель­ ной жесткостью в горизонтальном направлении, превосходящей суммарную жесткость отдельных фундаментов, приводит к уменьшению амплитуд колебаний фундаментов машин с горизонтальны­ ми возмущающими нагрузками, работающих в дорезонансном режиме. Для фундаментов машин с вертикальными возмущающими нагрузками применение общей плиты, ввиду ее малой жест­ кости в вертикальном направлении, может быть неэффективно.

При установке нескольких однотипных машин на общей фундаментной плите участки плиты между смежными фундаментами должны арми­ роваться понизу и поверху из расчета минималь­ ного процента армирования для железобетонных конструкций.

Общие случаи определения возмущающих на­ грузок. При движении кривошипно-шатунного механизма возникают возмущающие нагрузки первых гармоник, а также неуравновешенные си­ лы и моменты, зависящие от удвоенного, учетве­ ренного, ушестеренного и так далее значений ос­

новной частоты. Эти составляющие возмущающих нагрузок носят названия вторых, четвертых, шестых и так далее гармоник, размеры которых по сравнению с размерами первых гармоник малы. Как правило, в расчете учитываются первая

ивторая гармоники.

Суммарные возмущающие нагрузки, действую­

щие на фундамент многоцилиндровых машин, определяются геометрической суммой возмущаю­ щих сил, развиваемых каждым цилиндром, и их моментов, зависящих от расположения машины на фундаменте.

Возмущающие силы первых двух гармоник, развиваемые каждым цилиндром, могут быть раз­ ложены на составляющие Fи — по направлению

скольжения поршня и Fп — перпендикулярно к

где i — номер цилиндра; t — время, с; со — круго­

длина шатуна, м; ft/ — угол заклинивания, рад, рассматриваемого i-го цилиндра, составленный кривошипом рассматриваемого цилиндра с кри­ вошипом первого цилиндра, угол заклинивания которого принимается равным нулю; т1у т2 — массы частей кривошипно-шатунного механизма, кг, приведенные соответственно к пальцу криво­ шипа и к крейцкопфу;

, Gx — вес кривошипа, кН; G2 — вес возвратно­ поступательно движущихся частей — поршня, штока, крейцкопфа и т. д., кН; G3 вес шатуна, кН; G4 — вес противовеса, кН; гг — расстояние от оси вращения до центра тяжести кривошипа, м; 1г — расстояние от центра тяжести шатуна до пальца кривошипа, м; г2 — расстояние от центра тяжести противовеса до оси вращения; g — уско­ рение силы тяжести, 9,81 м/с2.

В многоцилиндровой машине суммарные со­ ставляющие возмущающих сил при линейном го­ ризонтальном расположении цилиндров F^ (.х, z) и линейном вертикальном расположении цилинд­ ров Fv (х , z) и соответственно их моменты, приве­ денные к точке, относительно которой вращается кривошип первого цилиндра, определяются по формулам:

n

тальном (h) и вертикальном (v) расположении ци­ линдров; M h x , M Ü X — моменты возмущающих

сил относительно горизонтальной оси, перпенди­ кулярной оси главного вала; при этом за ось у принята ось главного вала машины; оси z и х соответственно вертикальная и горизонтальная, перпендикулярные оси главного вала.

При угловом расположении цилиндров суммар­ ные составляющие возмущающих сил и моментов определяются по формулам:

п п

где ф/ — угол между осью i-го цилиндра и вер­ тикалью; остальные обозначения те же, что в формулах (6.47)...(6.54).

Следует учитывать, что в формулах (6.51)...

...(6.58) возмущающие силы и моменты приведены к точке, относительно которой вращается криво­ шип первого цилиндра, а не к центру тяжести установки (фундамента и машины).

Расчет фундаментов. Для массивных и стенчатых фундаментов машин с кривошипно-шатунны­ ми механизмами производят расчет амплитуды вынужденных колебаний и проверку среднего статического давления на основание; для рамных фундаментов, кроме того, прочности элементов верхнего строения фундамента (ригелей, колонн, плиты).

При расчете прочности элементов конструкций рамного фундамента в формуле (6.3) принимают: Fn — нормативную динамическую нагрузку, соот­ ветствующую наибольшей амплитуде первой или

второй гармоник возмущающих нагрузок маши­ ны, устанавливаемой в задании на проектирова­ ние; — 2; г) = 1.

При определении амплитуды колебаний фун­ даментов горизонтальных машин расчет можно ограничить только вычислением амплитуды коле­ баний в направлении, параллельном скольжению поршней, и не учитывать влияние вертикальной составляющей возмущающих сил.

При расчете амплитуд колебаний фундаментов вертикальных машин допускается:

расчет амплитуд горизонтальных колебаний только для направления, перпендикулярного главному валу машины;

расчет амплитуд вертикальных колебаний толь­ ко с учетом влияния вертикальной составляющей

где Fvn — нормативная вертикальная составляю­

щая возмущающих сил машины, H; kz — коэф­ фициент жесткости основания при упругом рав­

Для фундаментов машин с угловым расположе­ нием цилиндров амплитуды вынужденных коле­ баний определяют с учетом вертикальной и гори­ зонтальной составляющей возмущающих сил и моментов фашины для плоскости фундамента, пендикулярной главному валу машины.

Расчет колебаний фундаментов машин с криво­ шипно-шатунными механизмами производят по формулам (6.16), (6.32)

Для машин с количеством оборотов в 1 мин меньше 500 в зависимости от соотношения высоты фундамента h и размера его подошвы 1Х в направ­ лении скольжения поршней для горизонтальной машины, а для вертикальной — в направлении, перпендикулярном к ее главному валу, при оп­ ределении амплитуд горизонтальных колебаний верхнего обреза фундамента машины допускается

фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести площади по­ дошвы фундамента;

где ht — расстояние от оси вращения вала маши­ ны до подошвы фундамента, м; Fhn — норматив­

ное значение горизонтальной составляющей воз­ мущающих сил, H; h2 — расстояние от общего центра тяжести установки до подошвы фундамен­

та, м; kXy &ф, ш, 7 — по формулам (6.9), (6.10),

(6.44) и (6.59).

Если из двух гармоник возмущающих сил и моментов одна составляет менее 20 % другой и ее частота отличается более чем на 25 % от собст­ венной частоты колебаний фундамента, то при расчете амплитуд вынужденных колебаний ее не учитывают; в остальных случаях расчет амплитуд

производят для каждой из первых двух гармоник возмущающих сил и моментов.

Для второй гармоники возмущающих сил и мо­ ментов размеры амплитуд горизонтальных и вер­ тикальных колебаний определяют по тем же фор­ мулам, что и для первой гармоники, заменив в формулах значение круговой частоты вращения со на 2со.

* Для фундаментов высотой более 5 м.

Расчетные значения Амплитуд колебаний фун­ дамента для каждой гармоники не должны пре­ вышать максимальных предельно допускаемых значений, приведенных в табл. 6.5.

При возведении нескольких фундаментов на од­ ной общей плите последнюю условно разбивают на участки, приходящиеся на отдельные фунда­ менты, и расчет колебаний производят в предпо­ ложении, что каждый фундамент устанавливается отдельно; при этом значение допускаемой ампли­ туды колебаний принимают на 30 % больше, чем для отдельных фундаментов.

6.4. Кузнечные молоты

Указания по проектированию. Задание на про­ ектирование фундаментов под молоты содержит материалы, указанные в п. 6.1, кроме того:

чертежи габаритов молота; паспортные данные; тип молота (штамповочный, ковочный), его марка и наименование завода-изготовителя;

нормативное значение номинального и действи­ тельного (с учетом веса верхней половины штам­ па) веса падающих частей;

нормативное значение веса шабота и станины; размеры подошвы шабота и отметки ее относи­ тельно пола цеха, а также размеры опорной пли­

ты станины; размеры в плане, толщина и материал подша-

ботной прокладки; рабочая высота падения ударяющих частей мо­

лота; размеры внутреннего диаметра цилиндра и ра­

бочее давление пара или воздуха (энергия удара); число ударов молота в 1 мин.

В конструкцию кузнечного молота входят си­ стема падающих частей, осуществляющих удар, стальной массив (шабот), поддерживающий боек или штамп, на который укладывают обрабаты­ ваемую деталь, и станина с подъемным механиз­ мом и приспособлениями для управления мо­ лотом.

У ковочных молотов станину и шабот устанав­ ливают раздельно, станину штамповочных моло­ тов размещают непосредственно на шаботе. Су­ ществуют кузнечные молоты одиночного дейст­ вия, у которых рабочий ход падающих частей осуществляется исключительно под действием собственного веса, и двойного, у которых падаю­ щие части получают добавочные ускорения от до­ полнительных сил (давление пара или воздуха). В настоящее время применяют молоты двойного действия.

При рассмотрении задания следует иметь в ви­ ду, что указываемый в нем номинальный вес па­ дающих частей, характеризующий мощность мо­ лота, совпадает с фактическим только у ковочных молотов, у которых в состав этих частей входит баба, шток и поршень. В штамповочных молотах к бабе присоединяют, кроме того, верхний штамп, вес которого не входит в номинальный, указанный в характеристике молота. При отсутствии в зада­ нии сведений о фактическом весе падающих час­ тей разрешается принимать его в расчетах на 20 % больше номинального. Однако необходимо учитывать, что иногда верхние штампы могут достигать значительного веса, доходящего до 100 % номинального веса падающих частей, и оговаривать это в заданиях.

Т а б л и ц а 6.6. Толщина подшаботной части фундамента и количество арматурных сеток, укладываемых в верхней части (СНиП 11-19-79)

Для фундаментов под молоты применяют бе- 'тон класса не ниже В10, для устройства деревян­ ных подшаботных прокладок — брусья из дуба. При отсутствии дуба для молотов с весом падаю­ щих частей до 10 кН подшаботную прокладку допускается изготовлять из лиственницы или со­ сны. Фундаменты под молоты проектируют в виде жестких железобетонных плит или монолитных блоков. Для молотов с весом падающих частей до 30 кН включительно допускается устройство одного общего фундамента под несколько молотов при их расположении в линию. При этом толщи­ ну боковых стен подшаботных приямков прини­ мают на 30 % больше, чем у фундаментов под один молот. Толщина подшаботной части фунда­ мента должна быть не меньше значений, приве­ денных в табл. 6.6.

Фундаментам штамповочных молотов придается простейшая форма прямоугольного параллелепи­ педа с невысокими выступами сверху, фиксирую­ щими положение прокладки и поддерживающими стены ограждения ямы для шабота.

Для установки ковочных молотов применяют фундаменты двух видов. В первом станину уста­ навливают на горизонтальную раму прямоуголь-

ного сечения, свободно опирающуюся через про­ кладки из досок или нескольких слоев рубероида на фундаментную плиту. Фундаменты второго ви­ да, наиболее распространенные как более простые и оправдавшие себя на практике, проектируют в виде монолитных блоков.

Прокладку под шаботом устраивают из де­ ревянных брусьев, уложенных из одного или не­ скольких щитов, толщину каждого принимают в зависимости от мощности молота, но не менее 100 мм. Болты, стягивающие брусья подшаботной прокладки, располагают в щите через 0,5... 1 м. При устройстве прокладки из нескольких щитов последние укладывают крест-накрест.

Минимальная толщина дубовых прокладок при­ нимается в зависимости от веса падающих частей:

Фундаменты кузнечных молотов должны иметь конструктивное армирование в соответствии с требованиями, приведенными в п. 6.1.

Верхнюю часть фундамента, примыкающую к подшаботной прокладке, армируют горизонталь­ ными сетками с квадратными ячейками размером 100 мм из стержней диаметром 10..Л2 мм; сетки располагают рядами с расстоянием между ними по вертикали 100...120 мм в количестве, принимае­ мом по табл. 6.6. Верхнюю сетку укладывают на расстоянии 30 мм от поверхности фундамента, примыкающей к подшаботной прокладке. У по­ дошвы фундамента укладывают нижнюю гори­ зонтальную арматурную сетку с квадратными ячейками размером 100...200 мм, из стержней диаметром 16...20 мм.

Часть фундаментов ковочных молотов, распо­ ложенную под подошвой станины молота, арми­ руют горизонтальной сеткой с квадратными ячей­ ками размером 200...300 мм, из стержней диамет­ ром 12...16 мм. Аналогичные арматурные сетки устанавливают у граней выемки для шабота всех видов кузнечных молотов, причем вертикальные стержни этих сеток доводят до подошвы фунда­ мента.

Для уменьшения колебаний фундамента молота и вредного влияния их на обслуживающий персо­ нал, технологические процессы, вблизи располо­ женное оборудование и конструкции зданий и сооружений предусматривают виброизоляцию фундаментов молотов.

Для фундаментов молотов с весом падающих частей 100 кН и более, а также в том случае, если основания молотов и несущих строительных кон­ струкций здания кузнечного цеха сложены мел­ кими и пылеватыми водонасыщенными песками, применение виброизоляции для фундаментов мо­ лотов обязательно.

Расчет. Вес и площадь подошвы фундамента подбирают с учетом требований, приведенных в 6.1; при этом для определения среднего статиче­ ского давления на основание в качестве норма­ тивных статических нагрузок принимают вес

фундамента и грунта, расположенного на его об­ резах, станины, падающей части, шабота и подша­ ботной прокладки.

Максимальная предельно допускаемая амп­ литуда колебаний фундамента не должна превы­ шать 1,2 мм, за исключением случаев возведения фундаментов на водонасыщенных, а также мелких и пылеватых маловлажных песках, где амплитуда не должна превышать 0,8 мм.

Ориентировочные площадь подошвы и вес фун­ дамента определяют по формулам:

Амплитуды вертикальных колебаний фунда­ ментов молотов при центральной установке ма­ шины определяют по формуле

(1 + е) vGn

(6.65)

z (1 4- 1,67|2) (Ù2G

где <?п — расчетное значение веса падающих час­ тей молота, кН; G — расчетное значение общего веса фундамента, шабота, станины и грунта, рас­ положенного на обрезах фундамента; Gx — вес шабота станины, кН; 8 — коэффициент восста­ новления скорости удара; для молотов штампо­ вочных 8 == 0,5 — при штамповке стальных изде­

удара, м/с, принимаемая по данным завода-изго- товителя, или при отсутствии таковых, опреде­ ляемая по формулам:

для молотов свободно падающих (фрикционных

коэффициент относительного демпфирования для вертикальных колебаний; со2— круговая частота

свободных вертикальных колебаний, с- 1 ;

в которой а2 определяется по формуле (6.65);

(1 + в) uGnel$

(6.71)

2 0 / ^ ( 1 + р ) (1 + 1 ,6 7 ^ )’