V. Zatížení stavebních konstrukcí stroji

© Jiří Máca - katedra mechaniky - B325 - tel. 2 2435 4500 – [email protected] ___________________________________________________________________________________________________________________________________________

V. Zatížení stavebních konstrukcí stroji

1. Typy základových konstrukcí 2. Budicí síly 3. Výpočet odezvy 4. Zmenšování dynamických účinků 5. Přenos zatížení

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

132DY01 Dynamika stavebních konstrukcí 1

V. Zatížení stavebních konstrukcí stroji ___________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Typy základových konstrukcí a) Blokové základy – zapuštěné, pružně uložené, zavěšené, se základovou vanou, deskou

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________


2


1. Typy základových konstrukcí

b) Stěnové základy – stěnový/stěnodeskový systém + základová deska

c) Deskové základy – soustava dvou tuhých desek spojených sloupy

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________


3


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 b) Rázové – síly v lisech nebo válcovacích strojích, buchary, zkratové momenty u točivých strojů apod.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________


5


2. Budicí síly

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 ndyn) 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. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________


6


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 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) _____________________________________________________________________________________________________________________________________________


7


3. Výpočet odezvy

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

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________


8


3. Výpočet odezvy

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

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________


9


10

___________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Výpočet odezvy

Základ turbosoustrojí - rezonanční křivka

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________



11

___________________________________________________________________________________________________________________________________________

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 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________



4. Zmenšování dynamických účinků

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

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________


12


13

___________________________________________________________________________________________________________________________________________

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 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________



14

___________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Přenos zatížení

F (t )  FA sin t

ustálené harmonické kmitání

FA w(t )   sin(t   ) k 1  (1   2 ) 2  (2 ) 2 FS (t )  FD (t )

 2    arctg   2   1  

  0

FS (t )  kw(t )  FA sin(t   ) FA FA FD (t )  cw(t )  c  cos(t   )  2 km  cos(t   ) k k  2 FA cos(t   ) _____________________________________________________________________________________________________________________________________________



15

___________________________________________________________________________________________________________________________________________


FS (t )  FD (t )  FA sin(t   )  2 FA cos(t   )  Fmax sin(t     )

Fmax  FA 1   2 

F 2 TR  max   1   2  FA

2

  arctg 2

TR

1  (2 ) 2 TR  (1   2 ) 2  (2 ) 2

součinitel přenosu 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 FA = 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. mg 100  9,81 817,5 103 3 1 1 k   817,5  10 Nm     90, 4 s 0  1, 2 103 100  2 50    3, 475  2 0 90, 4 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________


16


17

___________________________________________________________________________________________________________________________________________


a)   0 1 1   0,090 1   2 1  3, 4752

TR   

Fmax  TR  FA  0,090  360  32, 4 N wA   

FA 360  0,090   39,6 106 m 3 k 817,5 10

b)   0, 2

1  (2 ) 2 1  (2  0, 2  3, 475) 2 TR    0,153 2 2 2 2 2 2 (1   )  (2 ) (1  3, 475 )  (2  0, 2  3, 475)



TR 1  (2 )

2



0,153 1  (2  0, 2  3, 475)

Fmax  TR  FA  0,153  360  55,1 N

2

 0,089 do podloží se přenáší větší síla !

FA 360  0,089   39, 2 106 m 3 k 817,5 10 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________ wA   


V. Zatížení stavebních konstrukcí stroji

Recommend Documents