Совпадение частоты колебаний равнодействующих сил инерции и фундамента вызывает

Обновлено: 06.05.2024

9.4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ОТ ФУНДАМЕНТОВ-ИСТОЧНИКОВ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ УМЕНЬШЕНИЮ

Фундаменты машин с динамическими нагрузками являются источниками распространяющихся в грунте волн, оказывающих вредное влияние на расположенные вблизи конструкции зданий и сооружений, объекты с оборудованием и аппаратурой, чувствительной к вибрациям, а также жилые здания.

Вибрации, распространяющиеся от фундаментов машин, могут вызвать неравномерные осадки фундаментов и дополнительные напряжения в расположенных вблизи зданиях и сооружениях, что приводит к образованию в них трещин и даже к их разрушению, влияет на работу некоторых машин (например, точных станков), измерительной аппаратуры и пр.

Наибольшее влияние на колебания конструкций расположенных вблизи зданий и сооружений оказывают волны, распространяющиеся в грунте от фундаментов низкочастотных машин (с частотой 400 мин –1 и менее) и возбуждающие колебания с частотами, близкими к частотам собственных колебаний зданий. Колебания от машин со средней (более 400 мин –1 ) и высокой (более 1500 мин –1 ) частотой являются, как правило, менее опасными для соседних сооружений, что обусловлено, во-первых, отсутствием условий возникновения резонансных колебаний зданий, а во-вторых, более интенсивным затуханием высокочастотных колебаний с расстоянием при их распространении в грунте.

Колебания от машин ударного действия (кузнечных молотов, копров, формовочных машин литейного производства) могут вызвать значительные осадки грунтов, особенно водонасыщенных песчаных, и, как следствие, деформации конструкций, расположенных в непосредственной близости от них.

Вибрации, распространяющиеся от фундаментов машин, в некоторых случаях могут оказаться вредными, даже если амплитуды колебаний фундаментов не превышают допускаемых. Поэтому при составлении планов размещения оборудования машины с динамическими нагрузками следует располагать на максимально возможном расстоянии от объектов, чувствительных к вибрациям (зданий и помещений, оборудованных станками особо высокой точности или точной измерительной аппаратурой), а также от жилых и общественных зданий.

При назначении безопасных расстояний до объектов, чувствительных к вибрациям, уровень вибраций, распространяющихся в грунте от фундаментов машин, может быть приближенно оценен по формуле

(9.33)

где A_v,h — амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии r от оси фундамента-источника волн в грунте; А_0,v,h — амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента-источника в уровне его подошвы; δ = r/r₀ (здесь r₀ — приведенный радиус подошвы фундамента-источника, м, равный , где А — площадь подошвы фундамента-источника, м 2 ).

Частоту волн, распространяющихся в грунте, следует принимать равной частоте колебаний фундамента машины.

Расчет амплитуд колебаний, распространяющихся в грунте от фундамента-источника, по формуле (9.33) производится не только в случаях, когда необходимо оценить влияние колебаний фундаментов машин с динамическими нагрузками на другие объекты, но и в тех случаях, когда требуется определить амплитуду соответствующих кинематическому возбуждению колебаний соседних фундаментов машин при групповой их установке в цехе.

Формула (9.33) получена на основе обобщения имеющихся экспериментальных данных, согласно которым амплитуды распространяющихся колебаний при δ ≤ 3 пропорциональны 1/ δ , а при δ ≥ 3 пропорциональны . Формула является ориентировочной, так как не учитывает многие факторы, в частности свойства грунта (его плотность, влажность), характер динамического воздействия и пр.

При повышенных требованиях к точности определения ожидаемых колебаний грунта и сооружений (участки с прецизионным оборудованием, расположенные близко к фундаментам машин, установка в существующих зданиях новых машин с большими динамическими нагрузками и т.д.) следует прогнозировать ожидаемые колебания грунта на основе экспериментальных исследований или по рекомендациям справочника [9].

Для уменьшения уровня распространяющихся колебаний используют различные мероприятия: выбирают наиболее рациональные размеры и конфигурации фундамента, изменяют жесткость основания, соединяют общей плитой несколько фундаментов, применяют активную и пассивную виброизоляцию, динамические гасители колебаний и присоединенные плиты, уравновешивающие противовесы, изменяют частоту вращения машин, регулируют по фазе пуск синхронных двигателей и пр.

Для уменьшения передачи вибраций фундаменты машин с динамическими нагрузками, как правило, должны отделяться от смежных фундаментов здания, сооружения и оборудования сквозным швом. Расстояние между боковыми гранями фундаментов машин и смежных фундаментов конструкций должно быть не менее 100 мм. Устройство зазора между фундаментами машин и фундаментами (надземными конструкциями) здания или фундаментами смежного оборудования особенно важно для низкочастотных машин периодического действия и машин с ударными нагрузками. Для уменьшения амплитуд колебаний фундаментов низкочастотных машин могут быть использованы также следующие мероприятия:

– повышение жесткости основания фундамента увеличением его подошвы в направлении действия горизонтальной нагрузки, устройством свайного фундамента (при вертикальных нагрузках), химическим закреплением грунта, устройством подушки из более жесткого грунта;
– устройство общего фундамента под несколько машин, соединение фундамента машины с бетонной подготовкой пола и пр.

При технико-экономическом обосновании для уменьшения вибраций фундаментов под машины, создающие горизонтальные низкочастотные (с частотой колебаний менее 6 Гц) динамические нагрузки, возможно применение железобетонных плит, соединенных с фундаментом.

Виброизоляция может быть применена для фундаментов с импульсными нагрузками — кузнечных молотов (для молотов с массой падающих частей более 10 т она является обязательной), прессов, для фундаментов высокочастотных машин периодического действия, а также некоторых средне- и низкочастотных машин, за исключением горизонтальных компрессоров, лесопильных рам и некоторых других.

Для уменьшения колебаний зданий и сооружений, расположенных вблизи фундаментов машин с динамическими нагрузками, следует стремиться к тому, чтобы основные частоты собственных колебаний зданий и их несущих конструкций отличались от частот колебаний, распространяющихся в грунте, не менее чем на 20 %. Частоты собственных колебаний зданий могут быть рассчитаны при этом в соответствии с существующими нормативными документами по расчету конструкций зданий на динамические нагрузки [4].

С целью предотвращения развития осадок и деформаций фундаментов зданий и сооружений, расположенных вблизи источников колебаний, в результате длительного действия вибраций при проектировании фундаментов зданий и сооружений рекомендуется выполнять следующее условие:

p ≤ γ_c1R

(9.34)

где р — среднее статическое давление на основание фундаментов зданий или сооружений; γ_c1 — коэффициент условий работы грунтов основания, принимаемый по табл. 9.1; R — расчетное сопротивление основания фундаментов здания или сооружения.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Частота собственных колебаний фундамента была увеличена с 236 до 346 пер / мин, а амплитуда колебаний значительно уменьшена. Влияние удельных нагрузок на частоту собственных колебаний позволяет объяснить часто наблюдающиеся вибрации высоких или глубоких фундаментов. [1]

Частота собственных колебаний фундамента должна быть выше частоты собственных колебаний станка - не менее 20 %, иначе существует опасность резонанса. [2]

Частота собственных колебаний фундамента дг - 258 ко л / мин. [3]

Если частота собственных колебаний фундамента превышает собственные колебания станка более чем на 40 %, то происходит ослабление колебаний; в противном случае колебания усиливаются, а при их равенстве наступает явление резонанса. [4]

Методика определения частот собственных колебаний фундамента была описана в предыдущем параграфе. Однако знание только одних частот собственных колебаний не дает еще возможности полностью проанализировать динамическую работу фундамента и определить степень его надежности. Поэтому дополнительно были проведены определение напряжений в сборном железобетонном фундаменте и измерение амплитуд и фаз колебаний при различных условиях работы турбогенератора. [5]

После определения частот собственных колебаний фундамента ( в соответствии с предложенными расчетными схемами) и возмущающих сил необходимо отыскать амплитуды его вынужденных колебаний. [7]

Если вибрации являются следствием совпадения частот собственных колебаний фундамента и машины, то единственно радикальным способом устранения вибрации является увеличение веса фундамента. [8]

Мы рассмотрели основной случай, когда частота собственных колебаний фундамента не попадает в резонансную зону, к которому следует стремиться при проектировании. Однако в практике проектирования может получиться, что одна из частот спектра собственных колебаний фундамента независимо от направления колебаний попадает в резонансную зону, равную по ширине 10 % рабочего числа оборотов машины, и вывести фундамент из этого состояния не представляется возможным. [9]

Такое разделение обусловливается тем, что частоты собственных колебаний фундаментов изменяются в пределах от 400 до 800 колебаний в минуту. С точки зрения вибраций фундаментов ( а также близкорасположенных объектов) наиболее целесообразной является установка высокочастотных машин вместо низкочастотных там, где это оказывается возможным по техническим требованиям. Кроме относительно более высокой уравновешенности ( см. значения максимальных эксцентрицитетов), в этом случае устраняется возможность возникновения резонансных колебаний. [10]

Если беспокоиться только о там, чтобы частоты собственных колебаний фундаментов были далеки от рабочих чисел оборотов машины, то вполне можно запроектировать фундамент, у которого частоты собственных колебаний будут далеки от рабочих чисел оборотов машины, но по своей жесткости фундамент будет неудовлетворительным. Казалось бы, что у такого фундамента все должно быть в порядке, ибо частоты собственных колебаний лежат намного ниже рабочего числа оборотов машины. [11]

Для установления полной картины необходимо было выяснить спектр частот собственных колебаний фундаментов . [12]

В конструктивном отношении желательно также предусматривать возможность изменения частоты собственных колебаний фундамента в случае необходимости. [13]

Рауш считает недопустимым совпадение критического числа оборотов ротора и частоты собственных колебаний фундамента . В противоположность ему Дитц, тщательно исследовавший этот вопрос, считает, что это совпадение не отражается иа работе фундамента. [14]

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Фундамент должен быть так спроектиро-в ан, чтобы по возможности избежать близо-с ( ги к резонансу. Для этого необходимо стрс-м иться к тому, чтобы частота собственных колебаний фундамента ( Ne) была намного меньше самой низкой частоты возмущающей СДАЫ ( Nm); это достигается применением фундамента большой массы, имеющего податливые опоры ( например, винтовые пружины); если же это сделать невозможно, то необходимо, применяя фундаменты с уменьшенной массой ( например, стеновые) и обеспечивая им жесткое опирание с большой площадью основания, достигнуть того, чтобы частота собственных колебаний была значительно вы -, ше наивысшей частоты возмущающей силы. [32]

Следует иметь в виду, что чем больше площадь подошвы фундамента, тем меньше удельное давление на грунт и тем выше частота собственных колебаний фундамента. Это важно потому, что для низкочастотных машин необходимо, чтобы частота собственных колебаний фундамента была значительно больше рабочих частот машины. На величину частоты собственных колебаний фундамента оказывает влияние не только абсолютное значение массы фундамента, но и ее распределение в пространстве. Необходимо стремиться распределить массу фундамента так, чтобы момент инерции фундамента относительно главной оси был как можно меньше. Для этого нужно выполнять фундамент с возможно меньшей высотой. [33]

Третья машина, смонтированная на отдельной плите, подвержена сильным вибрациям. Форма кривой А показывает, что вибрации вызываются силами инерции второго порядка: частота собственных колебаний фундамента составляет 836 пер / мин. Двигатель развивает 4QQ об / мин; частота изменений сил инерции второго порядка 800 пер / мин, в результате чего возникают интенсивные колебания фундамента. [34]

Таким образом, быстро один за другим следуют два равновеликих, но противоположно направленных ударных импульса. Их влияние на амплитуды колебания фундамента ( и на напряжения в его подошве) зависит от частоты собственных колебаний фундамента . [35]

Истинное поведение фундамента и турбогенератора может быть установлено только при учете достаточно большого числа действующих масс. Однако расчеты при числе масс более трех затруднительны, причем результаты получаются практически одинаковыми. Задача расчетчика и состоит в том, чтобы из всего разнообразия форм колебаний выделить те, которые позволяют сопоставить частоты собственных колебаний фундамента с частотами колебаний машин. [36]

Для избежания резонанса при работе станков с динамическими нагрузками необходимо подсчитать частоту собственных колебаний станка и фундамента. Эта частота должна отличаться от частот периодических сил, действующих на станок. Частота собственных колебаний фундамента зависит от жесткости грунта, которая характеризуется коэффициентом равномерного сжатия грунта. [38]

Анализ амплитудно-частотных характеристик и спектра частот собственных колебаний показал, что в вертикальной плоскости в диапазоне от нуля до рабочих чисел оборотов турбогенератора отмечено возникновение одного резонансного пика, связанного с частотой собственных колебаний фундамента. Этот пик обычно находится вблизи рабочих чисел оборотов машины. Изменяя частоту собственных колебаний фундамента , мы можем изменять положение этого пика относительно рабочего числа оборотов. На фундаменте возможно появление еще одного резонансного пика, который значительно удален от рабочих чисел оборотов машины и основного резонансного пика фундамента. Он имеет частоту колебаний около 10 гц, соответствующую колебаниям фундамента как массива, находящегося на упругом основании. При этой частоте колебаний возмущающие силы весьма незначительны и резонансная амплитуда очень мала. [39]

Это легко сделать путем изменения жесткости или массы элементов. При этом нет опасения, что выведение & - й частоты колебания из резонансной зоны может вызвать попадание в резонанс k или k - 1 - й частоты колебаний, так как эти частоты, как показывает практика, значительно удалены друг от друга и в диапазоне между ними может поместиться несколько резонансных зон. Например, спектр частот собственных колебаний фундамента турбогенератора мощностью 1 50 тыс. кет имеет следующие значения частот: ( 02 329 кол / мин; со.з. 87б кол [ мин и со4: 2892 кол / мин, а ширина резонансной зоны составляет всего 300 кол / мин. Следовательно, когда спектр частот собственных колебаний фундамента в заданном направлении расположен так, что ни одна из его частот не попадает в резонансную зону, систему со многими степенями свободы следует рассчитывать на вынужденные колебания без учета затуханий. [41]

На фундамент действуют вертикальная и горизонтальная составляющие центробежной силы. Частота приложения этих сил соответствует скорости вращения ротора компрессора. При конструировании машины необходимо учитывать частоту собственных колебаний фундамента и его частей. Если эта частота будет близка к частоте возбуждающих колебаний, вызванных неуравновешенностью вращающихся масс, то произойдет резонанс и повышение вибраций до недопустимой величины. [42]

В немецкой литературе ей уделяется серьезное внимание. Существуют конструктивные мероприятия, позволяющие изменять частоты собственных колебаний фундамента без его реконструкции. [43]

В случае, если вычисленная частота собственных колебаний фундамента меньше рабочего числа оборотов машины, нужно увеличить ее, приблизив к резонансу. Если же вычисленная частота собственных колебаний фундамента больше рабочего числа оборотов машины, то нужно уменьшить ее, с тем чтобы приблизить к резонансной зоне. Таким образом, введение расчетного значения частоты собственных колебаний фундамента идет в запас прочности и создает уверенность в надежности расчета. [44]

Проверка на резонанс не является формальной. При правильном определении частот собственных колебаний проверка на резонанс также гарантирует надежную работу фундамента. В самом деле, если известен весь спектр частот собственных колебаний фундамента , то по расположению его относительно зоны рабочих чисел оборотов можно определить, возможен ли резонанс колебаний при работе машины. Совершенно ясно, что работа фундамента в зоне резонанса, нежелательна, так как сопровождается повышенными вибрациями и затрудняет балансировку машины. [45]

Читайте также: