3. Методика оценки устойчивости элементов оборудования и техники

Действие ударной волны на небольшие предметы, элементы оборудования и техники может привести:

– к смещению предметов относительно оснований или к их отбрасыванию;

– опрокидыванию предметов;

– ударной перегрузке, то есть мгновенному инерционному разрушению элементов объекта.

3.1. Смещение предметов

Предмет (станок, прибор, трансформатор, автомашина и т. п.) сдвинется со своего места, если смещающая сила Р_см будет превосходить силу трения F_тр и горизонтальную составляющую силы крепления Q (рис. 3), то есть

Р

Рис. 3. Силы, действующие

на предмет при смещении:

1 – центр давления;

2 – центр тяжести

_см  F_тр + Q, (8)

где F_tp = f ∙ G = f ∙ m ∙ q;

f – коэффициент трения (прил. 4);

G – вес оборудования, Н;

m – масса оборудования, кг;

q – ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с;

Q – суммарное усилие болтов, работающих на срез, Н.

Для незакрепленного оборудования (Q = 0) смещение наблюдается при Р_см ≥ F_тр. Зная силу трения, можно найти давление скоростного напора воздуха ∆Р_ск:

Р_см ∙ С_x ∙ S  f ∙ G,

отсюда

. (9)

По величине ∆Р_ск, используя формулу (5) или график (рис. 2), находим предельное избыточное давление ∆Р_фlim, при котором предмет ещё не смещается относительно основания. При ∆Р_ф ≥ ∆Р_фlim предмет смещается относительно основания. Смещение предмета может сопровождаться слабыми, а порой и средними повреждениями, поэтому необходимо решать вопрос об обеспечении неподвижности предмета, то есть закреплении его к фундаменту или основанию.

В случае, когда смещающая сила значительно превосходит силу трения (Р_см >> F_тр), незакрепленные предметы могут отбрасыватъся набольшие расстояния, что может сопровождаться соударениями с другими предметами и резким повышением степени повреждений.

Пример 2.

Определить ∆Р_фlim(см), не вызывающее смещение незакреплённого вертикально-фрезерного станка относительно бетонного основания.

Длина станка L = 1000 мм, ширина b = 900 мм, высота h = 1800 мм, масса m = 800 кг.

Решение.

1. Определяют предельное значение скоростного напора, не приводящее к смещению станка, по формуле (9)

,

где S = b ∙ h; f = 35 (по прил. 4), С_х =1,3 (по прил. 3), тогда

= 1300 Па = 1,3 кПа.

2. По величине ∆Р_ск =1,3 кПа по графику (рис. 2) находят

∆Р_фlim(см) = 20 кПа.

Вывод: При Р_ф >20 кПа ударная волна вызовет или отбрасывание станка, соответствующее слабым, средним, сильным или полным его разрушением (прил. 2).

3.2. Опрокидывание оборудования

В

Рис. 4. Силы и реакции,

действующие на предмет при

его опрокидывании

ысокие предметы (башенные краны, вертикальные станки, высокие приборы, опоры ЛЭП, дымовые трубы и т.п.) под воздействием ударной волны могут опрокидываться (сваливаться) и сильно разрушаться.

Смещающая сила Р_см, действуя на плечо Z, будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования G на плече L/2 и реакция крепления Q на плече L – стабилизирующий момент (рис. 4).

Условием опрокидывания закрепленного оборудования является превышение опрокидывающего момента над стабилизирующим, то есть

, (10)

а для незакрепленного предмета:

, (10а)

Считаем, что точка приложения силы Р_см находится в центре площади стороны S предмета. Реакция крепления Q определяется как суммарное усилие болтов, работающих на разрыв. Из неравенства (10) определяем смещающую силу

, (11)

Определяем давление скоростного напора воздуха Р_ск ещё не вызывающее опрокидывания оборудования, с использованием формул (6) и (11):

∆P_ск ∙ С_х ∙ S = ,

отсюда

∆P_ск  .

Для незакрепленного предмета Q = 0, тогда

∆P_ск  . (12)

По значению ∆Р_ск на графике (рис. 2) находим ∆Р_фlim, при котором предмет ещё не опрокинется. При ∆Р_ф >∆Р_фlim предмет опрокинется и получит сильные повреждения.

Пример 3.

Найти предельное значение избыточного давления ∆Р_фlim(оп), при котором незакреплённый вертикально-фрезерный станок не опрокинется.

Длина станка L = 1000 мм, ширина b = 900 мм, высота h = 1800 мм, масса m = 800 кг.

Решение.

∆P_{ск lim(оп)} = = = =

= =207 Па = 2,7 кПа,

По величине ∆Р_{ск lim(оп)} = 2,07 кПа из графика (рис. 2) находим ∆Р_{ф lim(оп)} = 25 кПа.

Вывод. При ∆Р_ф > 25 кПа ударная волна опрокинет станок что приведёт к сильным или полным его разрушениям (рис. 2).