Фундаменты под машины

Фундаменты под машины

Основные требования к таким фундаментам:

• · Фундаменты должны обеспечить стабильную работу машины, механизма, расположенного на них.
• · Динамические воздействия от машин не должны угрожающе влиять на фундаменты зданий, сооружений.

По динамическому воздействию машин и механизмов их можно разделить на следующие виды:

• 1. Машины и механизмы с уравновешивающим воздействием (обычно вращательного типа: электромоторы, центробежные насосы и т. п. — динамические воздействия возникают в пусковой период или из-за износа отдельных частей).
• 2. Машины и механизмы с не уравновешивающим воздействием (поступательно-вращательное движение — поршневые насосы, пилорамы, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания). Наиболее опасно — совпадение частот колебаний с собственными частотами сооружений (резонансные явления).
• 3. Ударного действия (молоты, быстродействующие прессы, копры и т. д.).
• 4. Прочие (станы, станки и т. д.).

Фундаменты проектируются из условия ограничения амплитуды (А) колебания системы машина+фундамент:

фундамент колебание возмущающий, А? А_доп,.

где А_доп = 0,1…0,3 мм — предельно допустимые амплитуды колебаний, назначаются в зависимости от вида машины, её обслуживания, возможности безопасной работы человека.

В первом приближении, при условии совмещения центра тяжести фундамента и машины, данную систему можно принять за одну материальную точку. Тогда, в плоской постановке, данная система будет иметь 3 вида колебаний: вертикальное, горизонтальное и вращательное.

Рассмотрим данные условия.

1. Если определяющими являются вертикальные колебания, то дифференциальное уравнение колебаний может быть записано следующим образом (см. схему):

Расчётная схема системы (фундамент и машина) при вертикальных возмущающих колебаниях.

При решении данного уравнения получим амплитуду вертикальных (А_z) колебаний:

.

• · где Р_z — вертикальная составляющая возмущающих сил;
• · К_z — коэффициент жёсткости основания при упругом равномерном сжатии [т/м];

Кz = Сz x F;

• · C_z — коэффициент упругого равномерного сжатия, определяется испытаниями [т/м³] (в первом приближении может быть определён по табл. СНиП);
• · m — масса фундамента и машины;
• · w — угловая скорость (частота колебаний) [рад./сек];
• · F — площадь фундамента.
• 2. При горизонтальной возмущающейся силе (в случае распластанного фундамента, L/h > 3) получим решение дифференциального уравнения с определением амплитуды горизонтальных (А_x) колебаний в следующем виде (см. схему):

Расчётная схема системы (фундамент и машина) при горизонтальных возмущающих колебаниях.

• · где К_x = C_x x F — коэффициент жёсткости основания при сдвиге фундамента по подошве;
• · С_x = 0,7 С_z — коэффициент упругого равномерного сдвига;
• · Р_x — горизонтальная составляющая возмущающих сил.
• 2. При горизонтальной возмущающейся силе (в случае высокого фундамента L/h < 2) получим решение дифференциального уравнения с определением амплитуды вращательных (А_j) колебаний в следующем виде (см. схему):

.

где K_ц — коэффициент жёсткости основания при упругом повороте; I — момент инерции подошвы фундамента; Q — момент инерции массы фундамента и машины; С_ц — коэффициент упругого поворота фундамента; М — возмущающий момент относительно центра тяжести подошвы фундамента и машины.; А_z, А_x, А_ц — амплитуды, соответственно вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний (поворота).

Если по результатам расчётов, вычисленные значения амплитуд (А_z, А_x, А_ц) колебаний фундамента и машины окажутся выше предельно допустимых значений (А_доп), то необходимо выполнить перерасчёт данной конструкции. Обычно поступают следующим образом:

• 1. Задаются предельно допустимой величиной амплитуды колебаний (А_доп), в зависимости от вида машины, грунтовых условий и условий эксплуатации.
• 2. По заданной величине амплитуды находят необходимую массу машины и фундамента, на котором она располагается.
• 3. По вычисленной величине массы фундамента находят его размеры.

Следует отметить, что значения коэффициентов C_z, С_{x ,} С_ц могут быть определены по таблицам или аналитическим выражениям, более подробное описание которых дано в книге Савинова О. А. «Современные конструкции фундаментов под машины и их расчёт». Л., Стройиздат, 1979.