Jiří Máca - katedra mechaniky - B325 - tel. 2 2435 4500 maca@fsv.cvut.cz V. Zatížení stavebních konstrukcí stroji 1. Typy základových konstrukcí 2. Budicí síly 3. Výpočet odezvy 4. Zmenšování dynamických účinků 5. Přenos zatížení
1. Typy základových konstrukcí a) Blokové základy zapuštěné, pružně uložené, zavěšené, se základovou vanou, deskou 2
1. Typy základových konstrukcí 3 b) Stěnové základy stěnový/stěnodeskový systém + základová deska c) Deskové základy soustava dvou tuhých desek spojených sloupy
1. Typy základových konstrukcí d) Rámové základy příčné rámy, podélné rámy, prostorový rám, s pružně uloženou horní deskou 4
2. Budicí síly a) Periodické nejčastěji harmonické - vznikají pohybem nevyvážených hmot stroje ustálené kmitání např. základy turbosoustrojí, blokové základy točivých strojů obecné periodické zatížení např. základy papírenských strojů 5 b) Rázové síly v lisech nebo válcovacích strojích, buchary, zkratové momenty u točivých strojů apod.
2. Budicí síly 6 Údaje od výrobců strojů a) velikost a časový průběh budicích sil při normálním provozu b) vliv provozu a opotřebení stroje na změnu budicích sil (ve výpočtu se zohlední pomocí součinitele zatížení n dyn ) c) údaje o mimořádných zatíženích (havárie, zkraty) d) maximální parametry kmitání základu, které ještě neovlivní správnou funkci stroje O tom, jestli stroj vyvozuje dynamické účinky na konstrukce (tj.vliv setrvačných sil nelze zanedbat), rozhodují kromě charakteru a velikosti budicích sil i dynamické vlastnosti konstrukce. Obecně neplatí, že každé v čase proměnném zatížení je též dynamické zatížení.
3. Výpočet odezvy Posouzení účinků dynamického zatížení a) na stavební konstrukce - vnitřní síly a napětí - výchylky, rychlosti, zrychlení - stavy rezonance b) na stroje a technologické procesy c) na zdraví a práci obsluhy 7 Zásady výpočtu odezvy (podle normových ustanovení) v provozním stavu se uvažuje, že budicí frekvence je postupně totožná se všemi vlastními frekvencemi v pásmu kolem provozních frekvencí stroje (šířka pásma je cca ± 10% u rámových konstrukcí, cca ± 25% u blokových základů)
3. Výpočet odezvy 8 Zásady výpočtu odezvy (podle normových ustanovení) v přechodových stavech při najíždění a odstavování stroje je nutno vyšetřit stavy rezonance s tzv. vybranými vlastními tvary (kmitání základu jako tuhý celek, velké lokální účinky na stroj apod.) frekvence vybraných vlastních tvarů kmitání základů nemá být v rezonanci s provozní frekvencí stroje ani s kritickými frekvencemi rotorů (opět se uvažuje šířka pásma) fázové posuny mezi složkami budicích sil se uvažují vždy tak, aby na konstrukci vyvolaly nejnepříznivější účinky
3. Výpočet odezvy 9 Zásady výpočtu odezvy (podle normových ustanovení) dynamická interakce základu s podložím - u základů blokových se uvažuje vždy - u rámových pouze při provozní frekvenci stroje 25 Hz (podloží působí jako pružné uložení, zvyšuje hmotnost systému a podstatně zvyšuje celkový útlum) dynamická interakce turbosoustrojí se základem doporučuje se uvažovat pouze výjimečně, vždy je však nutné zahrnout hmotnost stroje do celkové kmitající hmoty
3. Výpočet odezvy 10 Základ turbosoustrojí - rezonanční křivka
4. Zmenšování dynamických účinků 1. Omezení dynamických zatížení - řádné seřízení stroje, zmenšení nevyvážené hmoty - účelné rozmístění strojů po konstrukci (např. do uzlů kmitání) - změna provozního režimu, rozfázování strojů - navrhnout aerodynamický tvar konstrukce, rozrážeče apod. 2. Omezení rezonancí Je nutné je vyhnout rezonanci zejména při nízkých vlastních tvarech (malý útlum) - nejspolehlivějším způsobem k redukci kmitů je rozladění vlastní a budicí frekvence (min. o 20-30%) - změna frekvence budicího účinku - změna hmotnosti nebo tuhosti (vlastní frekvence) konstrukce - změna konstrukčního systému - zvýšení útlumu Při širokopásmovém buzení nebývá změna vlastní frekvence účinná 11
4. Zmenšování dynamických účinků 12 3. Zvýšení útlumu - samotná konstrukce má většinou malý útlum - útlum zvyšují podružné konstrukce, vestavby, vyzdění příček - betonové a zděné konstrukce jsou tlumené více než ocelové - spoje z obyčejných šroubů mají větší útlum než svary - spolupůsobení se zeminou útlum výrazně zvětšuje - tlumicí prvky z pryže vložené do míst velkých vzájemných deformací průřezů - vložení tlumicích prvků mezi konstrukci a základy - propojení konstrukcí pomocí pohlcovačů kmitů - připojení kotevních lan do bloků přes tlumicí prvky
4. Zmenšování dynamických účinků 4. Vibroizolace Odpružení se umísťuje: - mezi stroj a základ (konstrukci) - mezi základový blok a zákl. vanu (např. u rázových zatížení) - sama konstrukce, dostatečně poddajná, tvoří odpružení Způsoby provedení vibroizolace: - pružné vrstvy (ocelová plsť, korek - proti vysokým frekvencím) - ocelové pružiny (spirálové - malý útlum, talířové, prstencové) - pryžové odpružení (plošné, bodové - velký útlum, i proti hluku) 5. Dynamické tlumiče (pohlcovače) kmitů - energie dodávaná buzením se převede na pohyb přidané hmoty (pohyb v protifázi, tlumení pomocí setrvačných sil) - při vyšších frekvencích je pohlcovač přibližně v klidu a tlumení se realizuje pomocí tlumicích čl. mezi konstr. a pohlcovačem - aktivní vs. pasivní tlumiče 13
5. Přenos zatížení 14 F( t) F sint F ( t) F ( t) S F ( t) kw( t) F sin( t ) S A D A ustálené harmonické kmitání F A w( t) sin( t ) k 1 2 2 2 (1 ) (2 ) 2 arctg 1 2 0 FA FA FD ( t) cw( t) c cos( t ) 2 km cos( t ) k k 2 F cos( t) A
5. Přenos zatížení 15 F ( t) F ( t) F sin( t ) 2 F cos( t ) S D A A F sin( t ) max 2 Fmax FA 1 2 arctg 2 TR Fmax 1 2 F A 2 TR TR 2 1 (2 ) (1 ) (2 ) 2 2 2 součinitel přenosu zatížení
5. Přenos zatížení Příklad: Elektromotor o hmotnosti m =100 kg je uložen na ocelových pružinových izolátorech, jejichž stlačení vlivem vlastní tíhy stroje je =1,2 mm. Pracovní frekvence stroje je f = 50 Hz, amplituda budicí síly F A = 360 N. a) Jaká je maximální svislá síla přenášená do podloží při ustáleném kmitání, je-li útlum zanedbatelný? b) Jak se změní tato síla, budou-li pružinové izolátory nahrazeny pryžovou vibroizolací o stejné tuhosti, bude-li součinitel útlumu 0,2. 16 mg 1009,81 817,510 k 0 3 3 1 1 817,5 10 Nm 3 0 90,4 s 1,2 10 100 250 3, 475 2 90,4
5. Přenos zatížení a) 0 1 1 TR 0,090 2 2 1 13, 475 17 Fmax TR F A 0,090 360 32, 4 N w A b) 0,2 FA 360 k 817,510 6 0,090 39,6 10 m 3 2 2 1 (2 ) 1 (20,2 3,475) TR 2 2 2 2 2 2 (1 ) (2 ) (1 3,475 ) (20,2 3,475) 0,153 TR 0,153 2 2 1 (2 ) 1 (20,2 3,475) 0,089 Fmax TR F A 0,153 360 55,1 N w A FA 360 k 817,510 6 0,089 39, 2 10 m 3 do podloží se přenáší větší síla!