§ 12. Расчет виброизоляции машин с динамическими

НАГРУЗКАМИ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ИХ ВИБРАЦИОННОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Воздействие вибраций на окружающую среду происходит вследствие передачи вибраций от источников опорным конструкциям (полам, опорным плитам, фундаментам) и далее непосредственно по грунту фундаментам рядом расположенных жилых и административных зданий. Основные источники вибраций для жилой застройки и общественных зданий - кузнечно-прессовое оборудование, насосные и компрессорные станции, транспортные магистрали (особенно метрополитен).

Допустимые уровни вибрации в жилых домах регламентируются санитарными нормами [24] , а в административных зданиях - ГОСТ 12.1.012-78. Нормируемые параметры — среднеквадратичные величины уровней виброскорости. Для жилых домов при нормировании используются уровни виброускорения или вибросмещения. Формула для уровня вибросмещения

где А – среднеквадратичная величина вибросмещения, м; А₀ -пороговая величина вибросмещения, равная 810^-12м.

Допустимые величины уровней вибрация в жилых помещениях приведены в табл. 12.1, а в табл. 12.2 даны поправки к нормам, учитывающие характер, время и длительность воздействия.

Постоянной считается вибрация, уровень которой при измерении прибором с характеристикой "медленно" в течение не менее, чем 10 мин изменяется не более чем на 3 дБ.

При проектировании жилых и промышленных комплексов проводят оценку ожидаемого снижения уровня вибрации при их распространении по грунту от фундаментов машин к фундаментам жилых домов и общественных зданий. Расчет амплитуд смещения грунта A_mr на произвольном расстоянии r от источника вибрации ведется в соответствии с зависимостью

(12.1)

где- амплитуда смещения грунта под фундаментами машин, равная амплитуде смещения фундамента машины – источника вибраций:;

r₀- приведенный радиус фундамента машины: S - площадь подошвы фундамента.

Амплитуда колебаний фундамента машины определяется по формуле

- амплитуда возмущающей силы; - суммарная масса машины и ее фундамента;- угловая частота колебаний машины;- жесткость системы "машина-фундамент-основание (грунт)" в вертикальном направлении, определяемая коэффициентом упругого равномерного сжатия грунтаG_z (табл. 12.3) и площадью подошвы фундамента машины

Варьируя значения, рассчитывают значения, после чего находят величинуr , при которой A_mrA_норм , где А_норм- нормативное значение амплитуды смещения в помещениях жилых и общественных зданий (для административных зданий на территории предприятий используются нормы для промышленности по ГОСТу 12.1.012-78),определяемое по формуле

- нормативное значение уровня вибросмещения (см. табл. 12.1).

Для удобства расчета используют номограмму (рис. 12.1), по которой определяется потребное значение r в зависимости от соотношения =А_mr/A_m или для заданного значения r фактиче­ской значение .

При создании новых производственных участков на территории' предприятий рядом со сложившейся жилой застройкой обеспечить не­обходимое для снижения вибраций расстояние от машин с динамическими нагрузками до ближайших жилых и административных зданий часто не представляется возможным. При этом предусматривается виброизоляция машин - источников вибрации от фундаментов или виброизоляция фундаментов этих машин от грунта.

В качестве средств виброизоляции фундаментов машин с динамическими нагрузками используются цилиндрические пружины, рессоры, прокладки, пневматические системы и комбинированные виброизоляторы. Виброизоляция в этом случае выполняется по опорному варианту (рис. 12.2а). При виброизоляции фундаментов, как правило, используются виброизоляторы рессорного типа, позволяющие, как и пружины, изолировать колебания низких частот. Система виброизоляции в последнем случае может быть выполнена по опорному и по подвесному вариантам (рис. 12.2 б,в).

Расчет потребной виброизоляции фунда­ментов машин с динамическими нагрузками проводится по следующей методике.

1. По формуле (12.4) определяется нормативное значение амплитуда смещения-грунта под фундаментом жилых зданий А_норм

2. По номограмме рис. 12.1 для известных значений r и r₀ определяется фактическая величина ослабления вибраций =А_mr/A_m при их передаче по грунту от фундаментов машин к фундаментам жилых зданий,

3. Исходя из условия A_mr = А_норм , рассчитывается допустимая величина амплитудыгрунта пор фундаментами машин А_{m доп}

4. По формуле (12.2) определяется фактическая величина ампли­туда колебаний фундамента машин .

5. Рассчитывается величина потребного коэффициента передачи

системы виброизоляции фундамента машины по формуле

•(12.6)

6. Принимая во внимание, что , где f -основная частота возмущающей силы; f₀ - собственная частота колебательной системы, включая виброизоляцию, для заданного зна­чения f рассчитывают значение f₀ по формуле

(12.7)

7. Исходя из суммарной величины массы машины и ее фундамента m_ определяют потребную суммарную жесткость системы виброизоляции фундаментов машин в вертикальном направлении

где ₀ - значение собственной угловой частоты виброизолированной системы.

8. Тип виброизоляторов выбирается с учетом частоты вибра­ций, а их геометрия по стандартам на виброизоляторы, выборки из которых даны в табл. 12.4. Виброизоляторы должны обеспечивать требуемую суммарную жесткость системы виброизоляции и гарантировать прочность и устойчивость виброизоляционной системы в целом.

В табл. 12.4 P_g-- допустимая рабочая нагрузка на пружину; f₀ - собственная частота вертикальных колебаний установки при нагрузке P_g , Гц; K_z - жесткость пружины в вертикальном направлении, Н/м² ; D - диаметр пружины, м; H_н - высота пружины в нагруженном состоянии, м; Н - полная высота пружины в ненагруженном состоянии, м; h - шаг ненагруженной пружины; d - диаметр проволоки пружин, м.

9. Определяется потребное число виброизоляторов N=K_/K₁ ,где К₁ - жесткость одного виброизолятора.

10. Проверяется условие прочности

P₁  P_g (12.9)

где ; P₁- нагрузка на один виброизолятор (определяется по табл. 12.4).

11. Проверяется система виброизоляции на устойчивость. Для пружин выполняется условие

H_н/D 2 (12.10)

здесь Нн - высота пружины в нагруженном состоянии; D - сред­ний диаметр пружины (см. табл. 12.4)

Н- высота ненагруженной пружины; X_ст - статическая осадка пружины.

Пример. Рассчитать пружинные виброизоляторы под двуцилиндровый компрессор, установленный на расстоянии r = 100м от жилой застройки. Число оборотов компрессора n = 330 об/мин, вертикаль­ная составляющая неуравновешенных сил инерции первого порядка F = 67708 К,

Масса компрессора m =8.63 10³ кг, масса фундамента m₁ = 5,79 10⁴ кг. Компрессор работает в ночное время. Вибрация по харак­теру постоянна. Основание фундамента - мощный слой среднезернистого песка. Опорная площадь фундамента S = 15,1 м².

I.Определяем нормативное значение амплитуды вибраций для жилых зданий при частоте колебаний компрессораПо табл. 12.1 находим значение уровня колебательного смещения душ соотзетствущей октавной полосы частот, в нашем случаеЛа = 121 дБ, С учетом ночного времени работы компрессора и непостоянного характера вибраций в соответствии с табл. 12.2 вносим в норматив­ное значение поправкидБ. По формуле (12.4) находим

2. По номограмме I определяем величину ослабления вибраций  = 0,0999 при и распространении их на расстоянии r = 100 м.

3. С учетом (12.5) определяем величину допустимой амплитуды колебания грунта под фундаментом компрессора, считая, что

4. Исходя из формулы (12.8), рассчитываем жесткость системы "машина-фундамент-основание" K_z в вертикальном направлении для случая среднезернистого песка

5. По формуле (12.2) находим значение фактической амплитуды колебаний фундамента компрессора

6. По формуле (12.6) находим потребное значение коэффициента передачи системы виброизоляции фундамента компрессора

7. По формуле (12.7) определяем собственную частоту виброизолированного компрессора

8. По формуле (12.8) определяем потребную суммарную жесткость системывиброизоляции фундамента компрессора

9. Учитывая низкочастотный характер вибрации, выбираем в качестве виброизоляторов цилиндрические пружины.

По табл. 12.4 выбираем стальные дружины со следующими характеристиками: диаметр прутка d =0,019 м; высота пружины в свободном состоянии Н = 0,3 м; средний диаметр пружины D = 0,12м; число витков i = 6,5; допустимая нагрузка P_g = 1,43710⁴ Н; жесткость пружины q = 1,5010⁵ H/м.

10. Определяем потребное число пружин

11. Проверяем условие прочности виброизоляции (12.9)

12. По формуле (12.11) находим высоту пружин в нагруженном состоянии