Расчет виброгасяших оснований

При работе большинства машин возникают динамические нагрузки, обу­словленные неуравновешенными силами инерции. Эти силы могут вызвать не­допустимые колебания строительных конструкций и оказать вредное действие на организм человека.

При передаче колебаний машин через фундаменты и грунт наиболее опас­ной является не вибрация агрегатов, а осадка грунта и фундаментов под соору­жениями. Вибрирующий механизм, работая как вибротрамбовка, вызывает не­равномерную осадку грунта, как под фундаментами установок, так и под опо­рами трубопроводов и других коммуникаций, в результате чего возникают до­полнительные напряжения в системах, приводящие к их разрушению.

Для уменьшения колебаний строительных конструкций и расположенных на них рабочих мест машины, возбуждающие динамические нагрузки, устанав­ливают на массивные фундаменты (с амплитудой колебания не более 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений - 0,005 мм) или на массивные пли­ты, а также увеличением жесткости системы путем введения в конструкцию дополнительных ребер жесткости. Массу фундамента подбирают таким обра­зом, чтобы колебания подошвы фундамента не превышали (по виброперемеще­нию) установленных для заданной частоты величин. Допускаемые амплитуды виброперемещения по ГОСТ 12.1.12 приведены в табл. 7.7 [31].

Таблица 7.7 - Допускаемые значения амплитуды виброперемещения

Расчет фундамента под виброплощадки сводится к проверке амплитуд виб­роперемещения вынужденных колебаний фундамента; к определению давле­ний, передаваемых фундаментов на грунт (табл. 7.8, 7.9); к проверке собствен-

ной частоты колебаний фундамента (собственная частота колебаний фундамен­та должна отличаться от частоты вынужденных колебаний не менее чем в 1,5 раза).

Таблица 7.8 - Допускаемые нормативные давления на грунт R

Таблица 7.9 - Основные характеристики фунтов

Нормативная динамическая нагрузка N от виброплощадки, возбуждаемая механическими вибраторами с вращающимися эксцентричными массами (деба-ланса), определяется как центробежная сила (Н)

N = т g- со² r,

(7.29)

где т - масса вращающейся части машины (дебаланса), кг;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

г - эксцентриситет вращающихся масс, м;

со - круговая частота вала машины, с.

При использовании дебалансных вибраторов нормативную динамическую нагрузку определяют по формуле

N=±(M_k-co²/g)

(7.30)

где М_к - кинетический момент одного вибратора, Н-м; М_к = тг

g - ускорение свободного падения, м/с².

Пример 7.4. Рассчитать виброгасящее основание под виброплощадку. Максимальная грузоподъемность площадки 5 т, габарит 6269x1780x1020 мм, вес общий 74200 Н, в том числе подвижных частей Q_m = 62780 Н, мощность привода 28 кВт, частота вращения 3000 мин^-1, максимальный кинетический момент дебалансов М = 29 Нм, амплитуда виброперемещения стола 0,4 мм, частота вибрирования f =50 Гц.

Фундамент устанавливают на суглинок средней пористости с допускае­мым нормативным давлением R=3-\0⁵ Па. Виброплощадка двухвальная, норма­тивная возмущающая сила действует в вертикальном направлении. Виброизо­ляция выполнена в виде 8 цилиндрических стальных пружин.

Решение. Определяем динамическую нагрузку N, возбуждаемую деба-лансными валами виброплощадки, для чего находим круговую частоту вала машины

со = N =M_kco²/g = 29-314² /9,80 = 291760H

Предполагаем, что виброплощадка опирается на фундамент через сталь­ные пружинные амортизаторы, дающие под действием подвижных (подрессо­ренных) частей установки статическую осадку Х_ст= 0,005 м. Схема установки виброплощадки на фундамент показана на рис. 7.11.

Рис. 7.11. Схема установки машины на виброгасящий фундамент Суммарная жесткость всех амортизаторов

К = Q_пч /Лет = 62780/0,005 = 12556000 Н/м.

Рассчитываем собственную круговую частоту вертикальных колебаний подрессоренных частей виброплощадки со о и массу подвижных частей виброп­лощадки

^m_nч =Q_nJg = 62780/9.80 = 6406Н- с²/м;

K 12556000,

J--------- = 44,2^Ч

V 6406

Определяем нормальную динамическую нагрузку, передающуюся на фун-

дамент

N_ф =N/[(co/coJ -lj =291760/[(314/44,2)² -1] = 5906К

Исходя из известного опыта проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками конструктивно принимаем площадь Fф и высоту фундамента так, чтобы вес фундамента примерно в 2 раза был больше общего веса виброплощадки:

Q_Ф = 140000 Н; F_ф = 6,40x1,80=11,52 м2. Масса фундамента

= Qф/g = 140000/9,80 = 14200 Н- /м = 142 кг.

Рассчитываем коэффициент жесткости естественного основания при ранее выбранном грунте - суглинке средней пористости с допускаемым норма­тивным давлением R =3x10⁵ Па, с_z = 50x10⁶ H/M³ (см. табл. 7.8, 7.9)

К_z = F_фс_z = 11,52x50 x10⁶ = 57 6x 10⁶ Н/м

Определяем круговую частоту собственных вертикальных колебаний фундамента

_ф

Ф л1™ V 14200

Рассчитываем амплитуду перемещения фундамента под действием дина­мической силы

a_ф =N/K_z[((o/(d_<p)² -lj = 5906/5760000[(314/20if -1] = 0,0007см = 0,007мм.

Вывод. При работе виброплощадки амплитуда виброперемещения фунда­мента не превышает допускаемой величины 0,007 < адоп ⁼ 0,009 мм (см. ГОСТ 12.1.012).