Расчет фундамента штамповочного паровоздушного молота

Содержание

9.5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КОЛЕБАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ (ч. 2)
Расчет фундамента штамповочного паровоздушного молота
Содержание материала
Рисунок 1 — Классификация фундаментов молотов
Конструкции фундаментов
Рисунок 2 — Виброизолированный фундамент с инерционным блоком
Рисунок 3 — Виброизолированный фундамент

9.5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КОЛЕБАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ (ч. 2)

Пример 9.2. Рассчитать колебания фундамента штамповочного молота. Штамповочные молоты относятся к типу машин с импульсными нагрузками, по этому необходимо обеспечить допустимый уровень вибраций путем рационального подбора площади подошвы и массы фундамента. Исходные данные: молот паровоздушный, штамповочный модели 17 КП, масса падающих частей (с учетом массы верхнего штампа) = 5 т, масса молота m_h = 40 т; масса шабота m_an = 100 т, максимальная энергия удара E_sh = 191,9 кДж, площадь шабота A_аn = 5,6 м 2 ; отметка подошвы шабота от уровня пола цеха 2,125 м, материал штампуемых изделий — сталь.

Площадка строительства на глубину 1,5—2 м сложена насыпными грунтами, далее, на глубину 8—10 м залегают суглинки полутвердые, подстилаемые глинами тугопластичной консистенции (толщина изученного слоя 5—6 м). Подземные воды не обнаружены. Следовательно, основанием фундамента молота будут служить суглинки с расчетным сопротивлением R = 250 кПа и модулем деформации E = 1,6·10 4 кПа.

Материал фундамента — бетон класса по прочности на сжатие M 200, марки по морозостойкости F50. Арматура — сталь круглая, горячекатаная классов A-I и A-II. Подшаботная прокладка из дубовых брусьев I сорта по ГОСТ 2695-83.

Решение. Высота фундамента при отметке низа шабота относительно пола цеха 2,125 м, толщине подшаботной прокладки (предварительно принимается из трех рядов дубовых брусьев площадью сечения 10×15 см) t_ω = 0,45 м и толщине подшаботной части фундамента 2,25 м (для молотов с массой падающих частей 4 m₀ ≤ 6 т) должна быть не менее: h_f = 2,125 + 0,45 + 2,25 = 4,825 м. Размеры подошвы фундамента предварительна принимаются равными 6,5×8 м.

Окончательные размеры фундамента назначаются после проверки динамического давления на подшаботную прокладку, среднего статического давления на основание, амплитуд колебании фундамента с учетом инженерно-геологических условий площадки строительств и конструктивного решения соседних фундаментов зданий и оборудования.

Скорость падающих частей молота в момент удара

м /с.

Расчетное динамическое давление на подшаботную прокладку определяем по формуле

где E_ω = 5·10 5 кПа — модуль упругости древесины из дуба,

2583,3 кПа σ_adm = 3600 кПа.

Принятая толщина подшаботной прокладки достаточна.

Принимаем высоту фундамента 4,9 м. Масса подшаботной прокладки m_ω = 0,45·2,5·3,2 — 0,85 = 3,1 т.

Масса фундамента m_f = (6,5 · 8,0 · 4,9 – 3,2 · 2,5 · 2,575)2,4 = 562,1 т.

Проверяем условие (9.1) при γ_с0 = 0,5 и γ_с1 = 1:

135,6 кПа > 0,5·1·250 = 125 кПа.

Следовательно, необходимо увеличить площадь фундамента, уменьшить массу фундамента или принять фундамент свайным.

По периметру фундамента принимаем уступ шириной 1 м, высотой 1 м (рис. 9.2).

Тогда масса фундамента

а масса грунта на уступах фундамента

Проверяем условие (9.1):

= 119,5 кПа ε = 0,5 — коэффициент восстановления скорости удара при штамповке стальных изделий.

Вычисляем необходимые для расчета параметры: по формуле (9.6)

кН/м 3 ;

кН/м;

с –1 ;

Гц.

Подставляя найденные значения в формулу, получаем:

= 0,00079 м = 0,79 мм A_adm = 1,2 мм.

Пример 9.3. Рассчитать колебания рамного фундамента электрической машины. Исходные данные: масса машины m_m = 32,6 т ( m₁ = 8,4 т, 2 m₂ = 24,2 т); нормативная горизонтальная динамическая сила F_n = 13,5 кН; частота вращения главного вала n_r = 600 мин –1 ; допускаемая амплитуда колебаний фундамента A_adm = 0,15 мм

В основании фундамента залегают тугопластичные глины, имеющие модуль деформации E = 1,5×10 4 кПа, расчетное сопротивление на основание R = 250 кПа.

Схема фундамента приведена на рис. 9.3. где Q₁ =m₁g ; Q₂ = m₂g . Составляющими частями фундамента являются нижняя плита из монолитного железобетона, сборные железобетонные колонны и ригели (три поперечные рамы) и верхняя плита из сборного железобетона (базовая конструкция).

Бетон нижней плиты марки M 200, сборных элементов M 300. Сечение колонн 400×400 мм, ригелей 300×500 мм.

Решение. Упругие характеристики основания фундамента определяем следующим образом; но формуле (9.6) при A = 3,6·6,0 = 21,6 м 2

кН/м 3 ;

кН/м;

по формуле (9.10) при м 4

кН/м;

по формуле (9.11) при м4

кН/м.

Коэффициенты относительного демпфирования основания определяются, если угловая частота вращения машины отличается менее чем на 25 % от собственных угловых частот колебаний установки.

Коэффициенты жесткости конструкции фундамента с учетом упругости основания в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси вала машины, и при повороте в горизонтальной плоскости находим по формулам:

; .

где h = 6,5 м — высота фундамента.

(сумма коэффициентов жесткости всех поперечных рам в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси вала машины) и (то же, при повороте верхней плиты в горизонтальной плоскости относительно ее центра тяжести) необходимо вычислить дополнительные параметры:

;

кПа;

;

м 4 ;

м ;

;

кН/м.

Подставляя найденные значения, получаем:

кН/м;

кН·м.

Теперь находим коэффициенты жесткости:

кН/м;

кН·м.

Угловая частота собственных горизонтальных колебаний фундамента

где — масса системы, включающая массу машины, верхней плиты m₁ , ригелей m₂ и 30 % массы всех колонн фундамента m ( m₁ = 2,4·0,4·3,0·5,5 = 15,84 т; m₂ = 3·2,4·0,3·3,0 = 3,24 т; m₃ = 6·2,4·0,4·0,4·4,6 = 10,6 т)

= 32,6 + 15,84 + 3,24 + 0,3·10,6 = 56 т.

Подставляя в формулу значение , получаем:

с –1 .

Угловая частота собственных вращательных колебаний фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести верхней плиты,

с –1 ,

где т·м 2 (здесь l = 5,5 — длина верхней плиты).

Для определения амплитуды горизонтально-крутильных колебаний верхней плиты фундамента,

где l_max = 2,5 м (расстояние от центра тяжести верхней плиты до оси наиболее удаленного подшипника машины), следует вычислить:

;

Находим дополнительные параметры для расчета по этим формулам:

с –1 ;

м ;

где кН;

рад,

где кН·м.

Поскольку угловая частота вращения машины ω = 63 с –1 отличается более чем на 25 % от угловых частот собственных колебаний λ_x = 17,9 с –1 и λ_ψ = 28 с –1 , принимаем ξ’_x = 0 и ξ’_ψ = 0.

Подставляя найденные значения в соответствующие формулы, получаем:

м;

рад.

Вычисляем значение амплитуды:

A_h = 0,066·10 –3 + 0,031·10 –3 ·2,5 = 0,144·10 –3 м = 0,144 мм A_adm = 0,15 мм.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Расчет фундамента штамповочного паровоздушного молота

Пример 9.2. Рассчитать колебания фундамента штамповочного молота. Штамповочные молоты относятся к типу машин с импульсными нагрузками, по этому необходимо обеспечить допустимый уровень вибраций путем рационального подбора площади подошвы и массы фундамента. Исходные данные: молот паровоздушный, штамповочный модели 17 КП, масса падающих частей (с учетом массы верхнего штампа)
= 5 т, масса молота m_h = 40 т; масса шабота m_an = 100 т, максимальная энергия удара E_sh = 191,9 кДж, площадь шабота A_аn = 5,6 м 2 ; отметка подошвы шабота от уровня пола цеха 2,125 м, материал штампуемых изделий — сталь.

Скорость падающих частей молота в момент удара

м /с.

Расчетное динамическое давление на подшаботную прокладку определяем по формуле

где E_ω = 5·10 5 кПа — модуль упругости древесины из дуба,

2583,3 кПа σ_adm = 3600 кПа.

Принятая толщина подшаботной прокладки достаточна.

Принимаем высоту фундамента 4,9 м. Масса подшаботной прокладки m_ω = 0,45·2,5·3,2 — 0,85 = 3,1 т.

Масса фундамента m_f = (6,5 · 8,0 · 4,9 – 3,2 · 2,5 · 2,575)2,4 = 562,1 т.

Проверяем условие (9.1) при γ_с0 = 0,5 и γ_с1 = 1:

135,6 кПа > 0,5·1·250 = 125 кПа.

По периметру фундамента принимаем уступ шириной 1 м, высотой 1 м (рис. 9.2).

Тогда масса фундамента

а масса грунта на уступах фундамента

Проверяем условие (9.1):

= 119,5 кПа ε = 0,5 — коэффициент восстановления скорости удара при штамповке стальных изделий.

Вычисляем необходимые для расчета параметры: по формуле (9.6)

кН/м 3 ;

кН/м;

с –1 ;

Гц.

Подставляя найденные значения в формулу, получаем:

= 0,00079 м = 0,79 мм A_adm = 1,2 мм.

Пример 9.3. Рассчитать колебания рамного фундамента электрической машины. Исходные данные: масса машины m_m = 32,6 т ( m₁ = 8,4 т, 2 m₂ = 24,2 т); нормативная горизонтальная динамическая сила F_n = 13,5 кН; частота вращения главного вала n_r = 600 мин –1 ; допускаемая амплитуда колебаний фундамента A_adm = 0,15 мм

Бетон нижней плиты марки M 200, сборных элементов M 300. Сечение колонн 400×400 мм, ригелей 300×500 мм.

кН/м 3 ;

кН/м;

по формуле (9.10) при
м 4

кН/м;

по формуле (9.11) при
м4

кН/м.

;
.

где h = 6,5 м — высота фундамента.

(сумма коэффициентов жесткости всех поперечных рам в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси вала машины) и
(то же, при повороте верхней плиты в горизонтальной плоскости относительно ее центра тяжести) необходимо вычислить дополнительные параметры:

;

кПа;

;

м 4 ;

м ;

;

кН/м.

Подставляя найденные значения, получаем:

кН/м;

кН·м.

Теперь находим коэффициенты жесткости:

кН/м;

кН·м.

Угловая частота собственных горизонтальных колебаний фундамента

где
— масса системы, включающая массу машины, верхней плиты m₁ , ригелей m₂ и 30 % массы всех колонн фундамента m ( m₁ = 2,4·0,4·3,0·5,5 = 15,84 т; m₂ = 3·2,4·0,3·3,0 = 3,24 т; m₃ = 6·2,4·0,4·0,4·4,6 = 10,6 т)

= 32,6 + 15,84 + 3,24 + 0,3·10,6 = 56 т.

Подставляя в формулу значение
, получаем:

с –1 .

с –1 ,

где
т·м 2 (здесь l = 5,5 — длина верхней плиты).

Для определения амплитуды горизонтально-крутильных колебаний верхней плиты фундамента,

;

Находим дополнительные параметры для расчета по этим формулам:

с –1 ;

м ;

где
кН;

рад,

где
кН·м.

Подставляя найденные значения в соответствующие формулы, получаем:

м;

рад.

Вычисляем значение амплитуды:

A_h = 0,066·10 –3 + 0,031·10 –3 ·2,5 = 0,144·10 –3 м = 0,144 мм A_adm = 0,15 мм.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

С точки зрения возможности получения определенной штампованной поковки правильность выбора необходимого по энергии удара молота не имеет существенного значения. Это объясняется тем, что штамповка на молотах происходит за несколько ударов. Чем меньше энергия удара используемого молота, тем больше ударов требуется для получения поковки на данном молоте, а с увеличением энергии удара молота число ударов для получения поковки резко уменьшается. В обоих случаях поставленная задача будет решена. Однако если подходить к этому вопросу с точки зрения производительности труда, точности штамповки, стойкости штампов, расхода металла и энергозатрат, то к рациональному выбору оборудования можно предъявить определенные требования.

В настоящее время применяют эмпирические формулы и графики (формулы Г. Гофмейстера), а также теоретически обоснованный расчет необходимой для штамповки энергии удара или связанной с этим параметром массы падающих частей молота.

На основании многочисленных опытов по штамповке поковок на молотах простого действия Г. Гофмейстер пришел к заключению, что работа молота, затрачиваемая на штамповку в чистовом ручье штампа, примерно пропорциональна полной поверхности штампуемой поковки, т.е.

где G _д — масса падающих частей молота простого действия, кг; Н_б — высота падения бабы молота; п_{м ц} — число ударов молота в чистовом ручье; F — полная площадь поверхности поковки, см 2 ; а_уд — работа, затрачиваемая на 1 см 2 полной поверхности поковки, кг • м.

Величина а, была определена опытным путем для поковок с а_в = 50СН-550 МПа и оказалась равной 254 МПа. Для приблизительных расчетов принято п_и =4, Н_б= 1,75 м, что позволило вывести следующую формулу:

Вывод этой формулы основывался на предположении, что в среднем все поковки в чистовом ручье требуют одинаковой работы на деформирование единицы площади поверхности поковки. Здесь не учтена степень подготовки заготовки перед штамповкой в чистовом ручье. Принятое число ударов в чистовом ручье п _ч = 4 является усредненным. В действительности число ударов колеблется от 2 до 12 (и даже больше), в результате чего формула может давать значительную погрешность.

Формула не учитывает также размеры мостика облойной канавки (главным образом — толщину облойной канавки), прочность материала и температуру окончания штамповки.

Позднее в формуле Гофмейстера сложная для вычисления величина полной площади поверхности поковки F была заменена площадью проекции поковки в плане F , которую в среднем для различных поковок определяют по формуле F_noi = 2,3F , см 2 . Кроме этого, для молотов простого действия было принято, что Н_б составляет 1,4 м и п равно 4. В результате формула получила вид, чаще всего используемый для подсчета массы падающих частей молота простого действия G_nd, кг:

Учитывая, что масса падающих частей молота двойного действия G_dd эквивалентна 1,7G _д, была получена формула для молотов двойного действия:

Последние формулы являются еще менее точными, так как к отмеченным недостаткам исходной формулы прибавляется отсутствие учета сложности формы поковки вследствие замены F_noi усредненным значением 2,3F.

Учитывая, что формулы очень просты и удобны, их можно рекомендовать для ориентировочных расчетов.

Как уже отмечалось, штамповку на молотах проводят за несколько ударов. За каждый последующий удар поковка осаживается на меньшую высоту, площадь ее сечения увеличивается, и поэтому возрастают усилия деформирования. Это приводит к снижению КПД удара молота, росту потерь на сотрясение шабота и фундамента, упругую деформацию штампа и т.п. При этом последний удар оказывается самым неэкономичным, так как характеризуется наибольшим усилием деформирования и минимальной величиной осадки. Поэтому расчет необходимой для штамповки энергии удара или массы падающих частей молота ведут по параметрам последнего удара при штамповке.

Полезную работу А , затрачиваемую при последнем ударе молота, определяют по формуле

где Р — необходимое усилие деформирования в течение последнего удара молота; h_()H — начальная высота облоя; И_ок — конечная высота облоя; h_{o т} — текущая высота облоя.

При штамповке круглых в плане поковок в открытых штампах необходимую для штамповки массу, кг, падающих частей паровоздушного молота G_n вычисляют по формуле

где D_n — диаметр поковки, мм; о_{0 2} — предел текучести материала поковки при данной температуре, МПа; b — ширина мостика об- лойной канавки, мм; /?₀ — толщина мостика облойной канавки, мм.

При штамповке некруглых в плане поковок необходимую массу, кг, падающих частей паровоздушного молота находят по формуле

где D — приведенный диаметр поковки, мм,
;

F_n — площадь проекции поковки в плане, мм; Ь_ср — средняя ширина

поковки в плане
, мм.

Значения G и G можно также определить по номограмме по методике, описанной в 18, 13].

Для определения массы падающих частей молота при штамповке в закрытых штампах значения, полученные по формулам или номограмме, следует уменьшать на 2(Н-25%.

Для упрощенных расчетов используют формулу

где G — масса падающих частей молота, кг; F — площадь проекции поковки в плане, см 2 .

Энергию удара молота W можно найти по формуле

Формулы используют при расчете молотов для крупносерийного и массового производства поковок. В мелкосерийном производстве можно применять молоты с меньшей массой падающих частей, но с увеличенным количеством ударов при штамповке. Формулы пригодны в тех случаях, когда минимальная толщина поковки превышает (4-^5)/?₀. В других случаях необходимо учитывать повышенную неравномерность распределения деформации и температуры, увеличивая полученные значения массы падающих частей или энергии удара в 1,2—1,3 раза.

8.8. ПЛАНИРОВКА УЧАСТКА МОЛОТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Производительность штамповочного молота зависит от правильного расположения оборудования в агрегате и механизации процессов штамповки.

Организация рабочего места при молотовой штамповке поковок средней массы показана на рис. 194, а. Полуметодическая печь 1 расположена слева от молота 8 под углом 90° к нему. Бригада состоит из трех человек — нагревальщика, штамповщика и прессовщика, обрезающего облой. Нагревальщик загружает заготовки из тары 3 в печь и выдает нагретые заготовки на стол 2 к молоту. Штамповщик выполняет штамповку и сбрасывает поковки на пластинчатый или цепной конвейер 4, установленный за молотом. Поковка по конвейеру попадает к обрезному прессу 6, на котором прессовщик обрезает облой и (при необходимости) пробивает отверстие. Облой скидывается в тару 5, а поковки по склизу или по конвейеру, установленному под прессом, попадают в тару 7. Так как молотовой штамп расположен значительно ниже обрезного пресса, то конвейер выполняют наклонным (под соответствующим углом).

Рис. 194. Схема организации рабочего места при штамповке на молотах поковок средней массы (а) и крупных поковок (б):

1 — нагревательное устройство; 2 — стол; 3,5,7 — тара;
4 — конвейер; 6 — пресс; 8 — штамповочный молот; 9 — монорельс

На участке легких молотов обрезные прессы, как правило, отсутствуют, так как обрезку холодного облоя выполняют на отдельном участке. При штамповке поковки от прутка для нагрева заготовок используют щелевые печи. Поковки, отрубаемые в штампе на ноже, падают или скатываются по желобу в тару. При штамповке крупных поковок наилучшие условия обеспечиваются при расположении оборудования в линию. Заготовки передаются от печи к молоту и далее к обрезному прессу с помощью подвесного монорельса 9 (рис. 194, б). В этом случае бригада пополняется подручными рабочими, необходимыми, например, для загрузки печи, и состоит из четырех-пяти человек. При штамповке очень тяжелых поковок, например коленчатых валов, используют манипуляторы. Для подкатки заготовок массой 80—100 кг и выше применяют напольные полуавтоматические кантователи.

Термомеханическая система тепловой машины

Для тепловых машин типично взаимное преобразование термической и механической энергии, поэтому эти машины можно считать термомеханическими или системами с двумя степенями свободы.

У большинства тепловых машин, в том числе у паровоздушных и газовых молотов, термомеханическая система в качестве поверхностей раздела содержит цилиндр и поршень, а в качестве рабочего тела — находящийся в цилиндре газ или водяной пар (далее пар). Подвижность поршня определяет механическую внешнюю степень свободы, а ввод (отвод) газом или паром теплоты (термическая работа) в систему (из системы) — термическую внешнюю степень свободы. В этом смысле газ или пар исполняет функции переносчика энергии, поэтому его часто называют энергоносителем.

Если энергоносителю (газу) придают идеальные свойства: 1) силы взаимодействия между молекулами газа отсутствуют, а сами молекулы — это материальные точки, не имеющие геометрического объема и 2) свойства идеального газа в любой точке термомеханической системы идентичны, то равновесную систему считают идеальной. Равновесное состояние такой системы описывается уравнением Клапейрона

где р — давление газа в системе, Па; V — объем газа, м ; К — масса газа, кг; R -газовая постоянная, Дж/(кгК); Т- абсолютная температура, К.

принимает вид

Преобразование энергии в системе, безусловно, подчинено закону сохранения энергии (первый закон термодинамики):

согласно которому поступившая в систему теплота dQ расходуется на изменение внутренней энергии (dU и совершение механической работы в связи с изменением объема системы: АрdV (где А — тепловой эквивалент механической работы). В удельных величинах уравнение (17.1) примет вид

В общем случае в координатах р — V произвольный термодинамический процесс можно представить в виде политропы с показателем степени п:

изотермический (п = 1). Процесс без теплообмена с внешней средой (dQ = 0) совершается по модифицированной политропе, называемой адиабатой, уравнение которой имеет вид

)

Показатель адиабаты к равен отношению удельных теплоемкостей при изобарном и изохорном процессах:

Для двухатомных газов и их смесей (воздух) к= 1,4.

Разность указанных теплоемкостей определяет другую термодинамическую константу:

Сообщение термомеханической системе двух связанных между собой степеней свободы само по себе не делает процесс преобразования одной энергии в другую определенным. Например, нельзя без конца подогревать газ в цилиндре, повышая его давление — рано или поздно поршень выйдет из цилиндра или произойдет поломка. Для того чтобы преобразование энергии продолжалось неопределенно долго, систему необходимо периодически возвращать в исходное состояние.

Такое повторяющееся состояние термомеханической системы можно осуществить, если подвод и отвод теплоты, вызывающие соответствующие изменения объема газа, производить при различных положениях системы. Графики, отображающие эти процессы в координатах p — V или Т-S, образуют замкнутые кривые (рис. 17.1). Подобные процессы называют круговыми или циклами. В зависимости от направления цикла термомеханическую систему можно использовать в качестве теплового двигателя либо холодильной машины.

Понятие энтропии S ясно из определения теплоты Q как термической работы, совершенной системой:

где Q — в Дж; S — в Дж/К. Температура Т здесь — качественный фактор интенсивности протекания процесса теплового взаимодействия между системой и средой (сравните с понятием силы, перемещающей тело в пространстве), а элементарное изменение энтропии dS является количественной мерой (фактором экстенсивности) состояния взаимодействующей системы (сравните с длиной пути, пройденного телом под действием силы).

. Для выполнения этого условия формально необходимо, чтобы на координатной плоскости линия расширения цикла лежала выше линии сжатия. В этом случае работа расширения, соответствующая площади abcfga, превышает работу сжатия edfge (см. рис. 17.1, а), и в целом система совершает положительную работу против сил внешней среды.

Значит, должен существовать не только источник (нагреватель), передающий теплоту рассматриваемой термомеханической системе, но и определенная система, воспринимающая неиспользованную в процессе преобразования энергии теплоту (холодильник).

Поскольку в круговом процессе не должно быть приращения внутренней энергии (все параметры и функции состояния системы в конце цикла равны первоначальным), по закону сохранения энергии теплота Q эквивалентна механической работе. Тогда термический КПД цикла

Содержание материала

СНиП 2.02.05-87 ФУНДАМЕНТЫ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
1. Общие положения исходные данные для проектирования фундаментов
Общие требования к проектированию фундаментов
Общие указания по расчету оснований и фундаментов
Особенности проектирования свайных фундаментов
Особенности проектирования фундаментов машин на вечномерзлых грунтах
2. Фундаменты машин с вращающимися частями
3. Фундаменты машин с кривошипно-шатунными механизмами
4. Фундаменты кузнечных молотов
5. Фундаменты формовочных машин литейного производства
6. Фундаменты формовочных машин для производства сборного железобетона
7. Фундаменты оборудования копровых бойных площадок
8. Фундаменты дробилок
9. Фундаменты мельничных установок
10. Фундаменты прессов
11. Фундаменты прокатного оборудования
12. Фундаменты металлорежущих станкков
13. Фундаменты вращающихся печей
Приложение 1 расчет колебаний фундаментов машин с периодическими нагрузкамим
Приложение 2 расчет колебаний фундаментов машин с импульсными нагрузками
Приложение 3 расчет колебаний фундаментов машин на случайные динамические нагрузки
Приложение 4 расчет колебаний массивных и стенчатых фундаментов машин при кинематическом возбуждении
Приложение 5 основные буквенные обозначения
Все страницы

4. ФУНДАМЕНТЫ КУЗНЕЧНЫХ МОЛОТОВ

4.1. В состав исходных данных для проектирования фундаментов кузнечных молотов, кроме материалов, указанных в п. 1.1, должны входить:

чертежи габаритов молота с указанием типа молота (штамповочный, ковочный) и его марки;

номинальная и действительная (с учетом массы верхней половины штампа) масса падающих частей; высота их падения;

масса шабота и станины;

размеры подошвы шабота и отметки ее относительно пола цеха, а также размеры опорной плиты станины;

значение коэффициента восстановления скорости удара при штамповке изделий из цветных металлов или их сплавов;

внутренний диаметр цилиндра и рабочее давление пара или воздуха (или энергия удара).

4.2. Фундаменты молотов следует проектировать в виде жестких плит или монолитных блоков. Для молотов с массой падающих частей до 3 т включительно. Допускается устройство одного общего фундамента под несколько молотов при их расположении на одной линии.

4.3. Толщина подшаботной части фундамента должна быть не менее указанной в табл. 10.

Номинальная масса падающих частей молота т_о, т	Толщина подшаботной части фундамента, м, не менее	Число арматурных сеток в верхней части фундамента
т_о £1	1	2
1 10	Свыше 3	Свыше 5

4.4. Фундаментов кузнечных молотов должны иметь конструктивное армирование в соответствии с требованиями п. 1.15.

Верхнюю часть фундамента, примыкающую к подшаботной прокладке, следует армировать горизонтальными сетками с квадратными ячейками размерами 100х100 мм из стержней диаметром 10-12 мм; сетки следует располагать рядами с расстоянием между ними по вертикали 100-120 мм в количестве, принимаемом по табл. 10 и зависящем от массы падающей части молота т_о.

Часть фундаментов ковочных молотов, расположенную под подошвой станины молота, следует армировать горизонтальными сетками с квадратными ячейками из стержней диаметром 12-16 мм с шагом в продольном и поперечном направлениях 200-300 мм. Аналогичные арматурные сетки следует устанавливать у граней выемки для шабота всех видов кузнечных молотов, причем вертикальные стержни этих сеток необходимо доводить до подошвы фундамента.

4.5. Деревянные подшаботные прокладки следует изготавливать из дубовых брусьев; для молотов с массой падающих частей до 1 т подшаботную прокладку допускается изготовлять из лиственницы или сосны.

Деревянные прокладки следует предусматривать из пиломатериалов 1-го сорта по ГОСТ 2695-83 и ГОСТ 8488-86 Е.

При обосновании расчетом и по согласованию с заводом — изготовителем машины допускается заменять деревянные подшаботные прокладки на резинотканевые.

4.6. Амплитуды вертикальных колебаний фундаментов молотов при центральной установке а_z, м, следует определять по формуле (1) обязательного приложения 2, в которой импульс вертикальной силы J_z, кН×с(тс×с), определяется по формуле

где m_o — масса падающих частей молота, т(тс×с 2 /м);

n — скорость падающих частей молота в начале удара, м/с, принимаемая по заданию на проектирование или, при отсутствии таких данных, определяемая по формулам:

для молотов, свободно падающих (фрикционных и одностороннего действия),

для молотов двойного действия

В формулах (43)-(45):

h_o — рабочая высота падения ударяющих частей молота, м;

А_р — площадь поршня в цилиндре, м 2 ;

р_т — среднее давление пара или воздуха, кПа (тс/м 2 );

Е_sh — энергия удара, кДж (тс×м);

g — ускорение свободного падения, g=9,81м/с 2 .

Коэффициент восстановления скорости удара Î в формуле (1) обязательного приложения 2 следует принимать: при штамповке стальных изделий для молотов штамповочных Î=0,5; для ковочных молотов Î=0,25; при штамповке изделий из цветных металлов и их сплавов коэффициент Î следует принимать по заданию на проектирование.

4.7. Амплитуду вертикальных колебаний фундамента при установке молота с эксцентриситетом следует определять по формулам (2)-94) обязательного приложения 2, в которых значение Î — то же, что в п. 4.6, а значение импульса момента J_j определяется по формуле

где Î — эксцентриситет удара, м.

При устройстве общей плиты под несколько молотов в соответствии с п. 4.2 и при нескольких отдельно стоящих фундаментах в цехе амплитуды вертикальных колебаний фундамента следует определять с учетом указаний п. 1.30.

4.8. Для уменьшения колебаний фундаментов молотов и вредного влияния их на обслуживающий персонал, технологические процессы, вблизи расположенное оборудование и конструкции зданий и сооружений следует, как правило, предусматривать виброизоляцию фундаментов молотов.

Применение виброизоляции является обязательным для фундаментов молотов с массой падающих частей 1т и более, если основания фундаментов молотов и несущих строительных конструкций зданий кузнечного цеха сложены мелкими и пылеватыми водонасыщенными песками.

4.9. Сумма статического и динамического давлений на подшаботную прокладку не должна превышать расчетного сопротивления древесины при сжатии поперек волокон.

Расчетное динамическое давление на подшаботную прокладку s, кПа (тс/м 2 ), вычисляется по формуле

где Е_w — модуль упругости материала подшаботной прокладки, кПа (тс/м 2 );

— суммарная масса шабота и станины для штамповочных мо лотов и масса шабота для ковочных молотов, т (тс×с 2 /м);

А₁ — опорная площадь шабота, м 2 ;

Фундаменты выполняют в виде массивных железобетонных блоков. Они служат основаниями, на которых устанавливают молот. Фундаменты молотов подразделяют на опорные, предназначенные для восприятия статических и небольших динамических нагрузок, и шаботные, предназначенные для восприятия ударных, динамических нагрузок (рисунок 1). Шаботный фундамент воспринимает часть эффективной энергии, которая передается на него при ударе.

Рисунок 1 — Классификация фундаментов молотов

Шаботные фундаменты разделяются на жесткие и виброизолированные. Жесткие фундаменты выполняются сплошными, раздельными и ленточными, предназначенными для нескольких молотов. Смещение шабота молота, установленного на жесткий фундамент, во время нагрузочного этапа удара вызывает упругую деформацию подшаботной прокладки и грунта под фундаментом. Во время последующего разгрузочного этапа потенциальная энергия упругой деформации переходит в кинетическую. Возникают колебания фундамента. Упругие волны распространяются в грунте, вызывая его неравномерное уплотнение, вибрации строительных сооружений и оборудования.

Виброизолированные фундаменты выполняются подвесными, опорными и подвижными. Виброизолированные фундаменты значительно снижают вибрации. В их конструкции массивный железобетонный блок или непосредственно шабот изолирован.

Качество фундамента влияет на работоспособность молота, на состояние и работу другого оборудования, расположенного поблизости, а также непосредственно на персонал, находящийся вблизи работающего молота.

Конструкции фундаментов

Опорные фундаменты. Такие фундаменты применяют для бесшаботных молотов. Они представляют собой железобетонную массу в форме прямоуголь-ного параллелепипеда, залитую в глубокую яму. В фундаменте предусматривают отверстия для анкерных болтов, с помощью которых крепят стойки станины молота. Если грунт в месте закладки фундамента слабый (песчаный, водянистый и т.д.), то его укрепляют более прочным материалом или забивают железобетон-ные сваи.

Шаботные жесткие фундаменты. Для ковочных одностоечных и двухстоечных молотов применяют жесткие шаботные сплошные фундаменты под стойки станины и шабот. Под шабот и фундаментные плиты, на которые устанавливают стойки станины, укладывают прокладки из строганных брусьев сухой древесины твердых пород (дуба, бука) или тонкие прокладки из транспортерной тканевой прорезиненной ленты. Чтобы предохранить шабот от смещения, по прокладке между ним и стенками фундамента также помещают брусья из древесины твердой породы.

Жесткий шаботный фундамент под пневматический ковочный молот представляет собой сплошной бетонный блок с углублением, предназначенным для установки шабота. Чтобы предотвратить разрушение массива фундамента от ударов бабы молота, фундамент армирован в продольном и поперечном направлениях двумя-тремя сетками из стальных прутьев диаметром 8-10 мм с квадратными ячейками (сторона квадрата 15-20 см). Между шаботом и фундаментом предусматривают деревянную прокладку.

Жесткие шаботные фундаменты штамповочных паровоздушных молотов выполняют в виде цельных бетонных массивов, армированных стальной арматурой. Находят применение сдвоенные и ленточные фундаменты для установки двух или нескольких расположенных рядом легких паровоздушных, гидравлических, а также электромеханических молотов с доской, ремнем, канатом и цепью.

На фундамент под шабот настилают амортизирующую деревянную подушку, состоящую из трех рядов дубовых брусьев. В верхнем и нижнем рядах брусья расположены в продольном, а в среднем – в поперечном направлениях. Брусья каждого ряда стянуты стальными болтами. Общая толщина амортизирующей подушки от 0,4-0,6 м для легких и до 1,5-1,8 м для тяжелых молотов с массой рабочих частей 16000-25000 кг.

Основным недостатком деревянных амортизирующих подушек является сравнительно, малый срок их службы (3-5 лет). Вместо деревянных подушек можно применять прокладки толщиной 10-80 мм из прорезиненной ткани. Допускаемое давление на прорезиненную ткань в 3 раза больше давления на дубовую подушку.

Шаботные виброизолированные фундаменты. Опорные и подвесные виброизолированные фундаменты предназначены для снижения ударного воздействия на грунт и демпфирования упругих волн. В виброизолированных фундаментах с изолированным инерционным блоком применяют амортизаторы и виброгасители 2, устанавливаемые в опорном варианте под железобетонным инерционным блоком фундамента 3 и опирающиеся на железобетонный короб 1 (рисунок 2), а в подвесном варианте – на концах подвесных тяг.

Рисунок 2 — Виброизолированный фундамент с инерционным блоком

В качестве амортизаторов применяют жесткие кольцевые и тарельчатые пружины, а также резину. Для рассеивания энергии (демпфирования) вибраций применяют виброгасители из резины (динамический модуль упругости Ед=11÷11,5МПа), обладающей большим внутренним трением (коэффициент неупругого сопротивления 0,23).

Фундаменты с изоляцией инерционного блока сложны в изготовлении, в опорных конструкциях затруднено обслуживание упругих и демпфирующих элементов, работа системы виброизоляции нарушается с проникновением грунтовых вод.

Подшаботная виброизоляция (опорная и подвесная) проще в изготовлении. Имеется возможность применять пакеты листовых рессор (рисунок 3), обладающих хорошими демпфирующими свойствами. Шабот 1 опирается на две балки 2 двутаврового сечения, которые подвешены на тягах 3 с гайками 4 и замками 5 на концах. Рессоры концами вставлены в пазы опорных плит 6, приваренных к подкладкам 7, которые залиты в тумбах фундамента. Шабот молота закреплен на балках 2 с помощью шпонок. Рессоры расположены под настилом пола и доступны для обслуживания.

Рисунок 3 — Виброизолированный фундамент

Виброизолированные фундаменты хорошо зарекомендовали себя в отечественной промышленности для молотов с мпч=1÷5 т. Для крупных штамповочных молотов рекомендуются опорные пружинно-рессорные системы виброизоляции, а также пневматические или гидравлические виброгасящие устройства, которые, будучи связанными с педалью управления, приподнимают весь молот вместе с железобетонным блоком фундамента навстречу подвижным частям. При этом происходит гашение удара внутри системы, так же, как у бесшаботных молотов.

Источник