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:

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]; К_z = С_z 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_φ - коэффициент жёсткости основания при упругом повороте; I – момент инерции подошвы фундамента; Q – момент инерции массы фундамента и машины; С_φ – коэффициент упругого поворота фундамента; М – возмущающий момент относительно центра тяжести подошвы фундамента и машины.; А_z, А_x, А_φ - амплитуды, соответственно вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний (поворота).

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

Если по результатам расчётов, вычисленные значения амплитуд (А_z, А_x, А_φ) 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_φ 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.