ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИМ. В.А. КУЧЕРЕНКО
ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УМЕНЬШЕНИЮ
ВРЕДНЫХ ВИБРАЦИЙ
РАБОЧИХ МЕСТ
НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

 
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

Москва - 1972

Рекомендации по уменьшению вредных вибраций рабочих мест на предприятиях железобетонных изделий. М., Стройиздат, 1972, 100 с. (Госстрой СССР Центр. Науч.-исслед. ин-т строительных конструкций им. В.А. Кучеренко).

В Рекомендациях рассматриваются: общие мероприятия по уменьшению колебаний строительных конструкций заводов железобетонных изделий; динамические нагрузки от технологического оборудования; расчет фундаментов под виброплощадки и стенды; виброизоляция оборудования заводов сборного железобетона и пассивная виброизоляция рабочих мест.

В приложении содержатся: перечень основного технологического оборудования и данные о нормативных динамических нагрузках; пример расчета виброизоляции стендовой силовой виброформы с навесными вибраторами; примеры расчета пассивно-виброизолированных площадок.

Рекомендации предназначены для инженеров-проектировщиков и работников предприятий железобетонных изделий.

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Рекомендации по уменьшению вредных вибраций рабочих мест на предприятиях железобетонных изделий» составлены на основании обобщения опыта применения «Инструкции по устранению вредных воздействий вибраций рабочих мест на предприятиях железобетонных изделий» (СН 190-61), утвержденной Госстроем СССР в октябре 1961 г.

Основное внимание уделяется мероприятиям, которые необходимо предусматривать при проектировании предприятий железобетонных изделий.

Основа этих мероприятий - динамический расчет строительных конструкций, позволяющий составить прогноз уровня вибраций и наметить рациональные способы уменьшения вредных вибраций. Однако в значительной части Рекомендации вполне применимы также и на действующих предприятиях при капитальном ремонте оборудования, его замене и реконструкции.

Приведены сведения о методике динамического расчета фундаментов под виброплощадки и стенды, междуэтажных перекрытий и разгрузочных балок, о виброизоляции некоторых строительных машин, пассивной виброизоляции рабочих мест. Включен небольшой раздел об определении динамических нагрузок от строительного оборудования и машин.

Специализированные организации, проектирующие и изготовляющие строительные машины и механизмы, не уделяют должного внимания определению их динамических нагрузок и других динамических характеристик, а также их виброизоляции. Это обстоятельство отрицательно влияет на возможности учета динамического характера нагрузок при проектировании зданий и сооружений заводов железобетонных конструкций и при разработке мер по уменьшению вибраций.

Приведен перечень динамических характеристик оборудования, необходимых в задании на проектирование, без которых инженер-строитель не может рационально решить вопросы уменьшения вредных вибраций. Приведены также возможные схемы виброизоляции некоторых строительных машин и установок (бетоносмесители, кассеты для формования железобетонных изделий), поскольку виброизоляция является самой эффективной мерой локализации вибраций, препятствующей распространению вредных вибраций на примыкающие конструкции.

В Рекомендациях не излагаются организационно-технические мероприятия по улучшению санитарно-гигиенических условий труда на предприятиях, насыщенных возбуждающим вибрации оборудованием. Однако во многих случаях роль таких мероприятий для сохранения здоровья обслуживающего персонала огромна. Вредное влияние вибраций на здоровье людей часто является результатом нарушения правил техники безопасности и правил эксплуатации вибромеханизмов, неудачного конструктивного выполнения механизмов, обслуживающих площадок и вспомогательных устройств, изменения технологических условий, недостатков организации труда и других причин, приводящих к необходимости пребывания людей на вибрирующих частях механизмов (на виброплощадках и т.п.) и тем самым отрицательно характеризующих культуру данного производства.

Помимо новых сведений о мерах по уменьшению вредных вибраций, включены также отдельные разделы и пункты Инструкции СН 190-61. Рекомендации дополняют Инструкцию СН 190-61, составленную в 1961 г. в лаборатории динамики ЦНИИ строительных конструкций (д-р техн. наук проф. Б.Г. Коренев, канд. техн. наук А.М. Сизов).

«Рекомендации по уменьшению вредных вибраций рабочих мест на предприятиях железобетонных изделий» разработаны в лаборатории динамики Центрального научно-исследовательского института строительных конструкций им. В.А. Кучеренко Госстроя СССР канд. техн. наук А.М. Сизовым. Общее редактирование выполнено засл. деятелем науки и техники РСФСР д-ром техн. наук проф. Б.Г. Кореневым.

Приложения 1 и 2 разработаны в Государственном институте по проектированию предприятий промышленности строительных материалов Гипростройматериалы Министерства промышленности строительных материалов СССР инженерами Е.П. Дериченко, Ф.Ф. Пороженко, С.Г. Гершманом.

Дирекция ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации предусматривают проведение мероприятий по уменьшению общих вибраций рабочих мест, возникающих при изготовлении железобетонных изделий на заводах и полигонах.

1.2. Снижение общих вибраций рабочих мест до уровня, допускаемого санитарно-гигиеническими требованиями производится с целью устранения вредного действия вибрации на здоровье людей.¹

_____________

¹ См. «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий» (СН 245-71) Госстроя СССР, Стройиздат, 1972.

Для вновь проектируемых и реконструируемых предприятий железобетонных изделий основными мероприятиями по снижению вредных вибраций являются:

а) выбор технологической схемы производства, типа оборудования и его компоновка, при которых эффект динамического действия нагрузок на рабочие места и конструкции здания был бы наименьшим, ограниченным участками, примыкающими к машине; более широкое применение автоматизации технологических процессов; использование оборудования, виброизоляция которого предусмотрена при его изготовлении на заводе-изготовителе; применение оборудования с дистанционным управлением;

б) учет характера динамического воздействия нагрузок при проектировании с целью обеспечения необходимого конструктивного решения здания (динамический расчет несущих конструкций);

в) разработка способов уменьшения колебаний конструкций, воспринимающих динамические нагрузки (виброизоляция оборудования, уравновешивание и др.).

Для действующих предприятий железобетонных изделий основными мерами по устранению вредных вибраций являются:

а) организационно-технические мероприятия, обеспечивающие нормальный режим эксплуатации оборудования, его планово-предупредительный ремонт с сохранением паспортных характеристик, выполнение требований технологического процесса и правил техники безопасности;

б) виброизоляция оборудования, являющегося источником возбуждения колебаний;

в) устройство пассивно-виброизолированных площадок на рабочих местах с повышенной вибрацией.

Примечание. Пассивная виброизоляция рабочих мест вблизи формовочных установок, а также установок, которые могут быть виброизолированы, применяется лишь как временная мера до устройства активной виброизоляции.

1.3. Уменьшение колебаний строительных конструкций возможно следующими путями:

а) изменением жесткости конструкций;

б) изменением массы фундамента машины и площади его подошвы;

в) виброизоляцией оборудования;

г) изменением расположения оборудования;

д) уравновешиванием, балансировкой и изменением числа оборотов машины, а также устройством гасителей колебаний.

1.4. Амплитуды колебаний несущих конструкций зданий и фундаментов под оборудование с динамическими нагрузками определяются соответствующим динамическим расчетом по действующим нормативным документам проектирования конструкций; в случаях превышения вычисленных амплитуд колебаний, допускаемых санитарно-гигиеническими требованиями, надлежит принимать меры по уменьшению колебаний.

В числе нормативных документов, кроме настоящих Рекомендаций и Инструкции СН 190-61, которыми следует руководствоваться при проектировании и расчете, следующие:

а) для виброизоляции оборудования - «Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования» (ЦНИИСК им. Кучеренко. М. Стройиздат, 1972);

б) для перекрытий, площадок и здания в целом - «Инструкция по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки» (ЦНИИСК им. Кучеренко. М. Стройиздат, 1970);

«Инструкция по мерам борьбы с вибрационными воздействиями технологического оборудования при проектировании зданий и сооружений промышленности нерудных строительных материалов» (ЦНИИСК им. Кучеренко. Стройиздат, 1968);

в) для фундаментов - СНиП глава II-Б.7-70 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования».

1.5. Виброплощадки и формующие машины должны иметь габариты (без выступов в стороны) по ширине, не превышающие размеры формы изготовляемых изделий более чем на 30 - 50 см; в противном случае формы должны устанавливаться на виброплощадки таким образом, чтобы обслуживающий персонал мог свободно подходить к формуемому изделию, не касаясь при этом вибрирующих частей установки.

Расположение виброплощадки должно назначаться с таким расчетом, чтобы рабочий мог работать, не поднимаясь на виброплощадку.

Приямки у виброплощадки должны быть минимальными по ширине.

Перекрытия приямков рекомендуется устраивать из достаточно жестких железобетонных плит. Практика перекрытия приямков рифленкой или деревянным настилом показала, что такие перекрытия имеют повышенные, часто недопустимые, колебания.

1.6. Обслуживающие площадки, устраиваемые для удобства работы вокруг виброагрегатов, рекомендуется выполнять из сборного железобетона. Перекрытия площадок следует делать из сборных железобетонных плит (см. п. 1.5).

1.7. Крепление обслуживающих площадок к вибрирующим частям машин не допускается. Между конструкциями зданий и обслуживающими площадками, с одной стороны, и вибрирующими механизмами, с другой, необходимо устройство разделяющих швов.

1.8. Ремонт машин и оборудования, возбуждающих вибрации рабочих мест, должен производиться без изменения их проектных динамических характеристик (без изменения величины дебалансов, жесткостей пружин и т.п.). После ремонта машины и оборудование не должны возбуждать вибрации рабочих мест, превышающие допускаемые.

1.9. Разравнивание бетонной смеси при вибрировании должно производиться с помощью автоматизированных устройств, исключающих непосредственное участие рабочих в этой операции.

Разравнивание вибрируемой бетонной смеси в форме лопатами в процессе вибрации запрещается.

На действующих неавтоматизированных виброагрегатах допускается разравнивание вибрируемой бетонной смеси с помощью специальных скребков снабженных виброизолированными рукоятками.

1.10. Пребывание рабочих на вибрирующих частях машин и установок, вибрации которых необходимы по технологическим условиям производства, запрещается. Уровень вибраций рабочих площадок, устраиваемых на машинах и различных механизмах, также не должен быть вредным для здоровья людей.

1.11. Применение для упругих опор виброплощадок и виброизоляции оборудования кусков конвейерных лент как отдельными листами, так и в виде пакета не обеспечивает необходимой степени виброизоляции и приводит, как правило, к повышенным недопустимым вибрациям рабочих мест.

В связи с указанным применение кусков конвейерных лент в качестве упругих опор виброплощадок, а также для виброизоляции другого оборудования не допускается (см. п. 4.1).

2. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ОТ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

2.1. На заводах железобетонных изделий применяется большое количество разнообразных машин и механизмов (виброплощадки, бетоносмесители, раздаточные бункера, дозаторы, транспортеры и др.).

В настоящем разделе приводятся некоторые рекомендации по определению динамических нагрузок от строительных машин, а также перечисляются характеристики машин, необходимые для динамического расчета строительных конструкций и виброизоляции машин¹.

_____________

¹ См. также «(Рекомендации по экспериментальному определению динамических характеристик машин предприятиями машиностроительной промышленности» ЦНИИСК, 1972.

Сведения о необходимых характеристиках машин позволят проектировщикам зданий и сооружений получить у заводов-изготовителей машин данные о них для динамического расчета конструкций и решения вопроса о рациональных методах уменьшения вредных вибраций.

2.2. Для возможности динамического расчета строительных конструкций и разработки рациональных мероприятий по уменьшению вредного действия вибраций на здоровье людей, прочность и устойчивость сооружений, нормальное прохождение технологического процесса (для технологических процессов, предъявляющих определенные ограничения к уровню вибраций) необходимы следующие динамические характеристики машин:

1) краткая характеристика режима работы машины и вида динамического воздействия;

2) величина, направление и точка приложения динамической нагрузки (средней или нормативной) от машины при различных режимах ее работы в условиях нормальной эксплуатации, отвечающей техническим требованиям (при полной и частичной загрузке, при холостом ходе и т.п.);

3) закон изменения нагрузки во времени при стационарном и пуско-остановочном режимах работы машины;

4) число оборотов вращающихся частей машины или число циклов возвратно-поступательно движущихся деталей;

5) вес машины, веса и основные размеры движущихся частей;

6) значения наибольшей динамической нагрузки при аварийных и особых условиях работы машины с учетом возможности отклонения от принятых средних значений, действительных весов и размеров движущихся частей, эксцентрицитетов, рабочего числа оборотов машины и т.п.;

7) положение центра тяжести машины;

8) моменты инерции машины относительно центральных осей;

9) скорость нарастания и убывания числа оборотов машины при ее пуске и остановке;

10) основные габариты машины и габариты опорных частей.

Примечания: 1. Динамические нагрузки от оборудования составляются на основании анализа работы машины, расчетов по данным о кинематике движения деталей машины и их массах, а также экспериментального определения на специальных стендах.

Для номинально уравновешенных машин (электродвигатели, вентиляторы и другие сбалансированные машины) определение динамических нагрузок расчетом производится по допускам для балансировки с учетом реальной возможности разбалансировки при эксплуатации. Для неуравновешенных машин (виброплощадки, бетоносмесители, вибрационные центрифуги и т.п.) расчет динамической нагрузки производится по данным о подвижных массах с учетом возможных допусков.

2. По вопросам определения динамических нагрузок от промышленного оборудования см. «Инструкцию по определению динамических нагрузок от машин, устанавливаемых на перекрытиях промышленных зданий», разработанную ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР (Стройиздат, 1966).

2.3. При проектировании специализированными организациями механизмов и установок (например, виброформ, кассет, индивидуальных виброплощадок и т.п.), возбуждающих динамические воздействия, нельзя допускать распространения вибраций на опорные и примыкающие строительные конструкции, а также на рабочие места операторов этих механизмов. В процессе опытной доводки механизмов и установок необходимо обращать особое внимание на уменьшение динамических воздействий, передающихся на примыкающие строительные конструкции и рабочие места, а также определять динамические характеристики механизмов и установок.

В паспорта указанных машин и механизмов проектная организация, ведущая разработку, должна включать данные о динамических нагрузках и характеристиках в соответствии с п. 2.2 настоящих Рекомендаций.

2.4. При динамическом расчете конструкций различают нормативные и расчетные значения динамических нагрузок.

Нормативные величины динамических нагрузок от машин принимаются по среднестатистическим значениям параметров, определяющим динамические нагрузки, или по проектным значениям масс и геометрических размеров движущихся частей машины в соответствии с ее кинематической схемой и режимом движения.

Таблица 1

Значения коэффициента перегрузки К_д

Расчетная динамическая нагрузка вычисляется путем умножения нормативной динамической нагрузки на коэффициент перегрузки К_д, значение которого приведено в табл. 1.

2.5. Для большинства машин динамические нагрузки изменяются во времени по гармоническим и периодическим негармоническим законам. Однако некоторые строительные машины и механизмы наряду с указанными видами динамических воздействий на отдельных этапах работы возбуждают импульсивные нагрузки, например, в результате достаточно быстрого загружения или разгружения, свободного падения материалов, толчков и ударов.

Равномерно вращающиеся и возвратно-поступательно движущиеся части машин возбуждают гармонические динамические нагрузки, амплитуда которых определяется центробежной силой

N = тrω²,                                                                  (1)

где т - масса вращающихся или возвратно-поступательно движущихся частей машины;

r - эксцентрицитет вращающихся масс или амплитуда поступательного перемещения центра масс;

ω = πn₀/30 - круговая частота вращения вала машины в сек^-1;

п₀ - число оборотов вала машины в 1 мин.

При периодическом негармоническом законе изменения во времени динамическая нагрузка равна:

P(t) = P(t + T),                                                             (2)

где Т - период изменения силы P(t). Эффект действия силы P(t) определяется суммарным эффектом действия гармонических составляющих:

 k = 1, 2, 3, ..., n.                             (3)

Гармонические составляющие определяются из разложения периодической силы P(t) в тригонометрический ряд Фурье

                                        (4)

Здесь:

Действие каждой составляющей силы  в пределах упругой стадии работы конструкции при линейных колебаниях можно рассматривать независимо друг от друга.

2.6. Схема действия инерционных сил на несущие строительные конструкции принимается по монтажным чертежам оборудования. Характеристики и численные значения динамических нагрузок определяются типом машины и характером связи ее с поддерживающими конструкциями (при жесткой связи динамические нагрузки передаются полностью, а при гибкой связи с применением виброизоляции динамические нагрузки передаются частично).

Нагрузки от механических вибраторов

2.7. Нормативная динамическая нагрузка (центробежная сила), возбуждаемая механическими вибраторами с вращающимися эксцентричными массами (дебалансами) без сдвига фазовых углов между массами, определяется выражением

                                                              (5)

где K_i = q_ir_i - кинетический момент¹ i-го вибратора в кгс·см;

_____________

¹ В литературе называется также иногда статическим моментом дебаланса.

q_t - вес эксцентрично насаженной i-й массы (дебаланса) в кгс;

r_i - расстояние от оси вращения до центра тяжести дебаланса в см;

п - число вибраторов;

g = 981 см/сек² - ускорение силы тяжести;

ω = 2πf₀ = 0,105п₀ - угловая скорость вращения вибратора в сек^-1 (круговая частота);

n₀ - число оборотов вибратора в 1 мин;

f₀ - число оборотов вибратора в 1 сек.

Механические вибраторы с вращающимися эксцентричными массами (дебалансами) возбуждают центробежную силу, изменяющую свое направление в плоскости вращения дебаланса.

Рис. 1. Схема установки дебалансов (эксцентриков) механических вибраторов

а - вибратор с односторонним дебалансом ненаправленного действия; б - вибратор направленного действия с синхронно вращающимися в противоположные стороны валами, возбуждающими вертикальную гармоническую возмущающую силу

Вертикальная и горизонтальная составляющие возмущающей центробежной силы вибратора с односторонними дебалансами изменяются по гармоническому закону, а именно: горизонтальная составляющая N_н = Ncosωt; вертикальная составляющая N_v = Nsinωt, где t - время в сек (рис. 1, а). Такие вибраторы, называемые одновальными, возбуждают колебания центра тяжести установки в плоскости вращения дебаланса по эллиптической или круговой траектории.

Расчет производится на максимальное (амплитудное) значение возмущающих сил

N_v = N; N_н = N,

при этом сила N_н сдвинута по фазе относительно силы N_v на π/2.

Для получения направленного действия вибраций устраивают часто двухвальные вибраторы с дебалансами, синхронно вращающимися в противоположные стороны. При расположении дебалансов согласно рис. 1, б горизонтальные составляющие центробежных сил уравновешиваются, а вертикальные складываются. Такие вибраторы часто применяются в виброплощадках для возбуждения вертикальных гармонических колебаний всей площадки. В этом случае центр тяжести установки, центр жесткости упругих опор и центр тяжести площади подошвы фундамента должны находиться на вертикальной линии, совпадающей с линией действия возмущающей силы. В противном случае помимо поступательных вертикальных колебаний возникают также вращательные колебания относительно центра тяжести установки.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ВИБРАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

а) Общие указания

3.1. Настоящий раздел составлен в дополнение СНиП II-Б.7-70^* и распространяется на проектирование фундаментов под виброплощадки и формовочные установки, возмущающие силы которых изменяются по синусоидальному закону. При этом предполагается, что фундамент симметричен относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось машины.

_____________

^* См. СНиП часть II, раздел Б, глава 7. Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования, § 1. Общие положения § 6. Фундаменты формовочных машин для производства сборного железобетона. Стройиздат, 1971.

При различной жесткости опорных пружин в вертикальном и горизонтальном направлениях возникают не круговые, а эллиптические, колебания центра тяжести установки с большей амплитудой колебаний в направлении меньшей жесткости пружин.

Наиболее широкое применение для формования бетонных и железобетонных изделий в настоящее время получили установки с вертикально направленными колебаниями, с круговыми колебаниями¹ и с горизонтально направленными продольными колебаниями.

Вертикально или горизонтально направленные колебания центра тяжести установки возбуждаются при синхронном вращении в противоположные стороны одинаковых дебалансов. Такие колебания характерны для двухвальных виброплощадок с синхронизатором и площадок с горизонтальными колебаниями.

Круговые колебания центра тяжести установки обычно возбуждаются при вращении одного или нескольких дебалансов в одну сторону. Круговые колебания характерны для одновальных виброплощадок и двухвальных без синхронизатора.

Примечания: 1. При негармоническом законе изменения вертикально направленной периодической силы функцию, выражающую зависимость возмущающей силы от времени, следует разложить в ряд Фурье и учитывать первый член этого ряда.

2. При вибрировании изделия виброщитом или вибровкладышами, на которых обычно устанавливаются вибраторы ненаправленного действия с вращающейся возмущающей силой, следует иметь в виду, что горизонтальная составляющая возмущающей силы вибраторов виброщита передается на подъемную раму щита, а вертикальная составляющая - на вибрируемое изделие. В первом приближении можно считать, что горизонтальные составляющие возмущающих сил вибраторов вибровкладышей формовочной установки или виброплощадки гасятся в теле бетона и на опорные конструкции не передаются, а вертикальные составляющие возмущающих сил полностью передаются на вибрируемое изделие и опорные конструкции.

3.2. Фундаменты виброагрегатов должны удовлетворять условиям прочности, устойчивости и экономичности, причем амплитуды вынужденных колебаний их не должны превосходить величин, устанавливаемых санитарно-гигиеническими условиями.

3.3. Определенные по расчетным формулам амплитуды вынужденных колебаний строительных конструкций а_к, на которых находятся люди, не должны превышать допускаемой величины амплитуды колебаний [а_к]

а_к £ [а_к] = α[а_р],                                                           (6)

где [а_к] - допускаемая амплитуда колебаний строительной конструкции (пола, междуэтажного перекрытия, фундамента виброплощадки и др.);

[а_р] - допускаемая амплитуда общих вибраций на рабочем месте по санитарным нормам;

α - коэффициент, учитывающий ряд условностей расчетных схем и вычисления нагрузок, определяемый по табл. 2. При этом, если возмущающая нагрузка возбуждает чисто вертикальные колебания, а также при расчете без учета вращательных колебаний значения коэффициента а принимаются по первому случаю. При расчете с учетом вращательных колебаний фундамента - по второму случаю (табл. 2).

Таблица 2

Значения коэффициента α

Задание на проектирование

3.4. Для проектирования фундаментов под формовочные установки и виброплощадки, а также оснований стендов для уплотнения бетона с помощью вибровкладышей, навесных вибраторов и т.п. необходимы следующие сведения:

а) технические характеристики установки, в том числе чертежи с указанием расположения анкерных болтов, закладных деталей, упругих опор, вибраторов, коммуникаций и др.; данные о весе неподвижных и подвижных частей, вспомогательных механизмов и оборудования (двигателей, виброщита, пустотообразователей, формы), а также бетона изделия; данные о числе вибраторов виброщита, вибровкладышей, наибольших амплитуд колебаний виброплощадки в рабочем режиме, жесткости упругих опор в вертикальном направлении и наименьшей частоте вибрирования бетона (при поличастотных установках);

б) технологические и эксплуатационные требования к фундаменту установки (необходимость устройства тоннеля или приямка для доступа к установке снизу, доступа к анкерным болтам и другим закладным деталям и т.п.);

в) данные о геологии и гидрогеологии участка и физико-механических свойствах грунтов основания;

г) привязка проектируемого фундамента к зданию и, в частности, к фундаментам последнего.

Указания по проектированию

3.5. Фундаменты под формовочные машины и виброплощадки проектируются массивными в виде плит или блоков, заглубленных в грунт¹, из бетона проектной марки не ниже 150, с необходимыми выемками, колодцами и отверстиями для размещения частей машины, оборудования и коммуникаций.

______________

¹ В случае применения виброизоляции и соответствующего обоснования расчетом допускается установка виброплощадок на междуэтажных перекрытиях или при установке на первом этаже на усиленную бетонную подготовку без устройства фундаментов, заглубленных в грунт.

Основные размеры фундамента определяются: размерами установки и расположением опорных устройств; длиной анкерных болтов, расположением и размерами тоннелей и каналов, проходящих в фундаменте; высотой надземной части фундамента и глубиной заложения его подошвы.

Размеры фундамента, определенные конструктивно, проверяются расчетом.

3.6. Глубину заложения фундаментов под виброагрегаты назначают в зависимости:

а) от размеров и конструкции фундамента, расположенных рядом с фундаментом каналов и приямков, глубины заложения фундаментов примыкающих установок и др.;

б) от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки; при этом в случае установки машин под навесами или в неотапливаемых помещениях учитывают глубину промерзания грунта в соответствии с указаниями действующих норм проектирования естественных оснований.

Примечание. Глубину заложения фундаментов виброагрегатов назначают независимо от влияния вибраций основания на конструкции здания; расположение подошв фундаментов установок и здания на разных отметках практически не оказывает влияния на интенсивность передачи вибраций через грунт на здание, вызываемых работой установок (виброплощадок, формовочных машин, стендов).

3.7. Между фундаментами под виброплощадки, фундаментами под формовочные установки и конструкциями здания (фундаментами, площадками, полами и т.п.) следует устраивать осадочные швы.

3.8. Коммуникации, примыкающие к установке, не следует крепить жестко к фундаменту и конструкциям здания; в случае жесткого крепления необходимо предусматривать компенсирующие устройства.

3.9. Устройство рабочих мест непосредственно на фундаменте должно выполняться в виде жестких постаментов без гибких настилов (дощатых, из рифленой стали и т.п.). Однако, если колебания рабочих мест будут превышать допускаемые санитарными нормами, следует устраивать пассивно-виброизолированные площадки.

Устройство обслуживающих площадок допускается только в порядке исключения: при отсутствии связи с конструкциями установок и при условии пассивной виброизоляции рабочих мест, надежность которой подтверждается расчетом, а также при наличии технического и экономического обоснования целесообразности такого решения.

Примечание. При кассетном методе формования изделий обслуживающие площадки вокруг кассет должны обладать необходимой жесткостью и не должны иметь связей с конструкциями кассет. Устройство обслуживающих площадок, закрепленных на стенах кассетных форм, запрещается. Настилы обслуживающих площадок вокруг кассет следует устраивать из железобетонных плит.

3.10. Для уменьшения вибраций конструкций здания (стен, перекрытий, пола и т.д.), возникающих при работе формовочных установок, уплотнение бетона на которых производится поверхностной вибрацией и с помощью вибровкладышей, рекомендуется форму с изделием виброизолировать, устанавливая ее на упругие опоры, а не на жесткие (см. пп. 4.4; 4.5). Коэффициент передачи для формы с изделием рекомендуется принимать равным:

                                                     (7)

где λ - круговая частота собственных вертикальных колебаний виброизолированной формы.

Расчет фундаментов

3.11. Расчет фундаментов под виброплощадки и формовочные установки сводится к проверке:

а) амплитуд вынужденных колебаний;

б) прочности отдельных немассивных элементов фундамента (консолей, балок, плит и т.д.), а также участков фундамента в местах передачи сосредоточенных нагрузок;

в) давлений, передаваемых фундаментом на грунт.

3.12. Расчет оснований под стенды сводится к проверке амплитуд вынужденных колебаний и давлений, передаваемых на грунт.

3.13. Назначение размеров фундамента и проверка амплитуд вынужденных колебаний производятся по нормативным нагрузкам, при этом давление на основание определяют только от статических нагрузок: веса фундамента, веса засыпки над его обрезами, веса установленного на фундамент оборудования и веса формуемого бетона.

3.14. Нагрузки на фундамент разделяются на постоянные и временные. К постоянным нагрузкам относятся: вес фундамента и грунта, лежащего на его обрезах, вес оборудования.

К временным нагрузкам относятся максимальные величины нагрузок, систематически возникающие при работе оборудования, а также монтажные нагрузки¹.

_____________

¹ Величины и распределение монтажных нагрузок указываются в технологическом задании.

3.15. Собственный вес фундамента и грунта, лежащего на его обрезах, определяют по предварительным размерам фундамента. Вес оборудования принимается по заданию на проектирование.

Нагрузку от веса оборудования принимают:

а) при определении давления на грунт - в виде сосредоточенных сил;

б) при проверке прочности в сечениях основного массива фундамента или отдельных элементов его - равномерно распределенной по фактической площади опирания оборудования.

3.16. Нагрузка на поддерживающую конструкцию от виброплощадки или формовочной машины с упругим опиранием включает нагрузку от неподвижных частей установки (опорные конструкции, вспомогательное оборудование и др.) и нагрузку от подвижных частей (стол виброплощадки, форма, виброщит, пустотообразователи, бетон изделия и т.п.).

Нагрузка от подвижных (подрессоренных) частей установки приложена в местах расположения упругих опор (опорных пружин). Она делится на статическую и динамическую.

Статическая нагрузка, передаваемая опорной конструкции, равна весу подвижных частей установки (включая вес изделия и формы).

Распределение веса подвижных частей установки между отдельными упругими опорами зависит от положения центра жесткости опорных пружин. При нахождении центра тяжести подвижных частей на одной вертикали с центром жесткости опорных пружин статическая осадка пружин будет одинаковой и определяется формулой

                                                                 (8)

где Q_п.ч - вес подвижных частей установки в тс;

 - коэффициент жесткости опорных пружин стола виброплощадки в вертикальном направлении в тс/м;

К_iп - коэффициент жесткости i-й опорной пружины стола виброплощадки в тс/м.

Нагрузка, передаваемая пружиной, будет определяться формулой

N_iф = K_iпδ_i.                                                              (9)

При несовпадении центра тяжести с центром жесткости статическая осадка данной опорной пружины определяется формулой

δ_i = δ_ц + δ_iв,                                                           (10)

где δ_ц - статическая осадка опорной пружины в предположении, что центр тяжести находится на одной вертикальной линии с центром жесткости;

δ_iв - статическая осадка опорной пружины в м, вызванная моментом М = Q_п.чx; при этом знак плюс соответствует сжатию пружины;

х - расстояние между центром тяжести подвижных частей площадки и центром жесткости опорных пружин в м.

Нормативная динамическая нагрузка¹ на поддерживающую конструкцию определяется формулой

                                                 (11)

_____________

¹ При жестком опирании формовочной машины на поддерживающую конструкцию передается вся динамическая сила, возбуждаемая вибраторами.

где а_п - амплитуда колебаний виброплощадки в рабочем режиме в м;

ω = 2πf₀ = 0,105n₀ - наименьшая круговая частота вибрирования бетона, на которую рассчитана установка, в сек^-1;

f₀ - наименьшая частота вибрирования бетона в гц;

n₀ - наименьшее (при поличастотных вибраторах) число оборотов вибратора в 1 мин;

 - круговая частота¹ собственных вертикальных колебаний подрессоренной установки в сек^-1;

М_п.ч = Q_п.ч/g - масса подвижных частей установки в тс·сек²/м;

g = 9,81 м/сек² - ускорение силы тяжести.

_____________

¹ Чем больше частота собственных колебаний площадки λ_пл, тем большая динамическая нагрузка передается на поддерживающую конструкцию.

б) Определение амплитуд вынужденных колебаний фундаментов под виброплощадки или формовочные установки

3.17. Амплитуды вынужденных колебаний фундаментов определяются при наиболее невыгодном сочетании динамических нагрузок, возникающих при нормальном стационарном режиме эксплуатации. При этом динамические нагрузки определяются в предположении невыгодного сочетания фаз работы вибровозбуждающих механизмов (например, все механизмы работают в одной фазе; часть механизмов работает в противофазе и т.п.).

Виброплощадки с вертикально направленными колебаниями

3.18. При определении амплитуд вынужденных колебаний фундамента под виброплощадку или формовочную установку с вертикально направленными колебаниями следует различать следующие два случая установки виброплощадки на фундамент¹.

_____________

¹ Предполагается, что фундамент и виброагрегат симметричны относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось машины. Указанное означает, что центр тяжести неподвижных частей установки (фундамента, грунта на его обрезах, неподвижных частей виброплощадки и вспомогательного оборудования), центр тяжести площади подошвы фундамента, центр жесткости упругих опор виброплощадки и вертикальная составляющая равнодействующей возмущающих сил находятся в этой вертикальной плоскости.

Первый случай (рис. 2, а). Центр тяжести неподвижных частей установки (О₂) и центр тяжести площадки подошвы фундамента (О₃) находятся на линии действия вертикальной составляющей равнодействующей возмущающих сил², проходящей через центр жесткости опорных пружин виброплощадки (O₁).

_____________

² Прохождение вертикальной составляющей равнодействующей возмущающих сил через центр жесткости опорных пружин обусловливается технологическими требованиями равенства амплитуд колебаний всех точек стола виброплощадки.

В случае, если вертикальная составляющая возмущающих сил не проходит через центр жесткости опорных пружин, то на фундамент виброплощадки помимо вертикальной силы передается возмущающий момент. Расчет фундамента при этом производится по второму случаю.

Рис. 2. Схемы установки на фундамент виброплощадок с вертикально направленной возмущающей силой

а - первый случай опирания площадки на фундамент; б - второй случай опирания на фундамент

Второй случай (рис. 2, б). Центр тяжести неподвижных частей установки и центр тяжести площади подошвы фундамента (О₃) не находятся на линии действия вертикальной составляющей равнодействующей возмущающих сил.

При виброплощадках с вертикально направленными колебаниями в первом случае возникают чисто вертикальные колебания фундамента, а во втором случае помимо вертикальных колебаний возбуждаются вращательные колебания.

3.19. В первом случае установки виброплощадки с вертикально направленными колебаниями на фундамент все точки его колеблются в одной фазе с одинаковой амплитудой (чисто вертикальные колебания). Приближенное значение амплитуды колебаний а_0z определяется по формуле

                                                        (12)

где  - нормативная вертикальная составляющая возмущающих сил в тс, передающихся через упругие опоры на фундамент виброплощадки в предположении, что λ²_пл ≪ ω²;

К - кинетический момент дебалансов¹ в тс·· м;

_____________

¹ См. ссылку на стр. 12.

 - круговая частота собственных вертикальных колебаний фундамента в сек^-1;

К_z = F_фC_z - коэффициент жесткости естественного основания фундамента при равномерном сжатии в тс/м;

С_z - коэффициент упругого равномерного сжатия грунта основания фундамента виброплощадки в тс/м³, определяемый по СНиП II-Б.7-70;

F_ф - площадь подошвы фундамента в м²;

М_ф = Q/g - масса фундамента, грунта на его обрезах, неподрессоренных частей виброплощадки и вспомогательного оборудования в тс·сек²/м;

Q = Q_ф + Q_н.ч - вес неподвижных частей установки в тс;

Q_ф - вес фундамента и грунта на его обрезах в тс;

Q_н.ч - вес неподрессоренных (неподвижных) частей виброплощадки и вспомогательного оборудования в тс.

Более точное значение амплитуды вынужденных вертикальных колебаний фундамента виброплощадки a_oz в м определяется по формуле

               (13)

3.20. Амплитуды вертикальных вынужденных колебаний фундамента виброплощадки или формовочной машины во втором случае при несовпадении центра жесткости упругих опор с центром тяжести неподвижных частей установки определяются по формуле

а_zi = |a_oz| + |φ_oyx_oi|,                                                         (14)

где а_оz - амплитуда вертикальных колебаний (в м) центра тяжести неподвижных частей установки, определяемая по формуле (12) или (13);

φ_oy - амплитуда вращательных колебаний неподвижных частей установки в радианах относительно горизонтальной оси, проходящей через их центр тяжести перпендикулярно плоскости колебаний;

x_oi - расстояние (в м) от центра тяжести вдоль оси (продольной оси площадки) до точки, амплитуда которой определяется.

Амплитуда вращательных колебаний φ_oy определяется по формуле

                                                   (15)

где  - возмущающий момент в тс·м, равный моменту возмущающих сил, передающихся на фундамент, относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести неподвижных частей установки перпендикулярно плоскости колебаний;

е_х - эксцентрицитет возмущающих сил относительно центра тяжести в м.

При этом

Δ = М_фθω⁴ - (К_φМ_ф + К_хh²М_ф + К_хθ)ω² + К_φК_х.                                 (16)

Здесь K_х = C_хF_ф - коэффициент жесткости естественного основания фундамента при упругом равномерном сдвиге в тс/м;

К_φ = С_φI_ф - коэффициент жесткости естественного основания фундамента при упругом повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси (неравномерное сжатие) в тс·м;

С_х, С_φ - коэффициенты упругого равномерного сдвига и неравномерного сжатия грунта в тс/м³, определяемые по СНиП II-Б.7-70;

θ - момент инерции массы фундамента, грунта на его обрезах и неподвижных (неподрессоренных) частей установки относительно оси, проходящей через центр тяжести перпендикулярно плоскости колебаний в тс·м·сек²;

ω - наименьшая круговая частота вибрирования бетона в сек^-1;

h - расстояние от центра тяжести неподвижных частей установки (фундамент, грунт, оборудование) до подошвы фундамента в м.

J_ф - момент инерции площади подошвы фундамента в м⁴.

Виброплощадки с продольными горизонтально направленными колебаниями

3.21. Для виброплощадок с продольными горизонтально направленными колебаниями величина динамической горизонтальной силы, передающейся на фундамент, зависит от конструкции опор площадки.

а) При устройстве опор в виде подвижных катковых шарниров (рис. 3, а) величина горизонтальной силы Н_тр, передающейся на фундамент при колебаниях виброплощадки, определяется силой трения качения шарниров по плоскости фундамента

Н_тp = k_тpQ_п.ч,                                                              (17)

где k_тp - коэффициент трения качения шарниров;

Q_п.ч - вес подвижных частей виброплощадки, изделия и формы.

Примечание. Для уменьшения горизонтальной силы, передающейся на фундамент при горизонтальных колебаниях виброплощадки, целесообразно уменьшать коэффициент трения. Применяющиеся иногда в практике упругие подкладки под цилиндрические катки опор из кусков транспортерных лент нерациональны, поскольку они приводят к передаче значительных горизонтальных сил на фундамент.

Рис. 3. Схемы установки на фундамент виброплощадок о горизонтально направленными продольными колебаниями

а - на шарнирно-подвижных катучих опорах; б - на шарнирно-подвижных катучих опорах с упругой горизонтальной связью между виброплощадкой и фундаментом; в - на шарнирных опорах с упругими горизонтальными связями

б) При шарнирно-подвижных катковых опорах и наличии упругой горизонтальной связи между виброплощадкой и фундаментом (рис. 3, б) на фундамент передаются: горизонтальная сила, определяемая силой трения качения (17), и горизонтальная сила от упругой связи

Н_упр = К_xпрa_пл,                                                            (18)

где К_xпр - коэффициент жесткости упругой горизонтальной (в направлении оси х) связи виброплощадки с фундаментом в тс/м;

a_пл - амплитуда горизонтальных колебаний виброплощадки в м.

в) При упругих горизонтальных связях между виброплощадкой и фундаментом (например, в виде опор, обладающих горизонтальной упругостью, рис. 3, в) на фундамент передаются горизонтальные силы, определяемые формулой

                                                  (19)

где  - круговая частота (парциальная) собственных горизонтальных (продольных) колебаний виброплощадки в сек^-1;

М_п.ч = Q_п.ч/g - масса подвижных частей установки в mc·ceк²/м;

g - ускорение силы тяжести.

3.22. Амплитуда вынужденных колебаний i-й точки фундамента виброплощадки с продольными горизонтально направленными колебаниями определяется формулой

                                                           (20)

где а_zi = x_oiφ_oy - амплитуда вертикальной составляющей колебаний;

а_xi = |a_ox| + |φ_oyz_oi| - амплитуда горизонтальной составляющей колебаний;

а_ох - амплитуда горизонтальных колебаний центра тяжести О₂ фундамента и неподвижных (неподрессоренных) частей установки;

φ_оу - амплитуда вращательных колебаний фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести О₂ фундамента и неподвижных частей установки, перпендикулярно плоскости колебаний в радианах;

x_oi - расстояние (в м) вдоль оси х от центра тяжести фундамента до i-й точки фундамента, амплитуда перемещений которой определяется;

z_оi - то же, вдоль оси z.

Величины а_ох (в м) и φ_oy (в рад) вычисляются по формулам:

                                           (21)

                                               (22)

где Р_х - горизонтальная возмущающая сила, передающаяся на фундамент, равная:

а) для виброплощадок с шарнирно-подвижными катковыми опорами

Р_х = Н_тр;

б) для виброплощадок с шарнирно-подвижными катковыми опорами и упругими горизонтальными связями

Р_х = Н_тр + Н_упр;

в) для виброплощадок с упругими горизонтальными связями

Р_х = Н_упр;

М - возмущающий момент в тс·м, равный сумме момента от горизонтальных возмущающих сил Р_х относительно центра тяжести установки и момента от вертикальных подвижных нагрузок веса площадки, формы и изделия при их перемещениях

M = P_хZ_i + Q_п.чa_пл;                                                         (23)

Z_i - расстояние вдоль оси z от линии действия горизонтальной возмущающей силы Р_х до центра тяжести неподвижных частей установки в м;

Q_п.ч - вес подвижных частей установки, формы и изделия в тс;

a_пл - амплитуда горизонтальных колебаний виброплощадки в м.

Значения H_тр, H_упр определяются формулами (17), (18), (19), а Δ - формулой (16).

Примечание. При амплитуде горизонтальных колебаний a_пл £ 1 мм влиянием момента от вертикальных подвижных нагрузок при вычислении момента по формуле (23) можно пренебречь.

Виброплощадки с круговыми колебаниями

3.23. Амплитуда вынужденных колебаний i-й точки фундамента виброплощадки с круговыми колебаниями (рис. 4) определяется формулой (20) при значениях:

а_zi = |a_oz| + |φ_oyx_oi| - амплитуда вертикальной составляющей колебаний в м;

а_xi = |a_ox| + |φ_oyz_oi| - амплитуда горизонтальной составляющей колебаний в м;

a_oz - амплитуда вертикальных колебаний (в м) центра тяжести O₂ фундамента и неподвижных частей установки, определяемая формулой (13), в которой принимается

                                                       (24)

а_ох, φ_oy - амплитуды горизонтальных (в м) и вращательных (в радианах) колебаний фундамента, определяемые по (21), (22), в которых возмущающий момент принимается равным:

                                                  (25)

K_zпр - коэффициент жесткости вертикальной (в направлении оси z) упругой связи (пружины) виброплощадки с фундаментом в тс/м;

Р_х - горизонтальная возмущающая сила (в тс), передающаяся на фундамент.

Остальные обозначения приведены на стр. 13 и 24.

Примечание. При установке виброплощадки на вертикальные цилиндрические пружины жесткость этих пружин в горизонтальном направлении определяется по графику рис. 5.

Рис. 4. Схема установки на фундамент виброплощадки с круговыми колебаниями

Рис. 5. График для определения жесткости пружины в горизонтальном направлении

D - средний диаметр пружины; Н_р - рабочая высота пружины под нагрузкой Р; λ - деформация сжатия пружины под вертикальной нагрузкой Р; К'_х и К'_у - жесткости пружины в горизонтальной плоскости в направлении х и у; К'_z -жесткость пружины в вертикальном направлении

4. ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

4.1. Одним из наиболее эффективных мероприятий по уменьшению вредных вибраций, передающихся строительным конструкциям здания и на рабочие места обслуживающего персонала, является активная виброизоляция оборудования, возбуждающего колебания¹.

_____________

¹ Виброизоляция строительных машин и установок, возбуждающих вибрации рабочих мест и конструкций здания, в настоящее время не получила еще достаточно широкого распространения. Этим в значительной степени объясняются повышенные вибрации на ряде предприятий строительной индустрии. Например, только отсутствием виброизоляции бетоносмесителей при установке их на междуэтажных перекрытиях объясняются сильные вибрации этих перекрытий.

При активной виброизоляции машина или установка, являющаяся источником, возбуждения вибраций, опирается или подвешивается на поддерживающую конструкцию с помощью упругих элементов, называемых виброизоляторами. В результате упругого опирания доля динамической нагрузки, передающаяся опорной конструкции, уменьшается в несколько раз (иногда в несколько десятков раз) и колебания конструкции также уменьшаются во столько же раз.

Однако для достижения эффекта виброизоляции необходимо, чтобы виброизоляция была рассчитана и запроектирована с учетом условий ее эксплуатации.

Применение виброизоляции без расчета и надлежащего проектирования может в лучшем случае привести к напрасным затратам труда и средств в связи с незначительной эффективностью, а в отдельных случаях и к увеличению вибраций опорных конструкций.

При проектировании и расчете виброизоляции рекомендуется пользоваться: «Руководством по проектированию виброизоляции машин и оборудования» (ЦНИИСК им. Кучеренко. Стройиздат, 1972), «Инструкцией по мерам борьбы с вибрационными воздействиями технологического оборудования при проектировании зданий и сооружений промышленности нерудных строительных материалов» (ЦНИИСК им. Кучеренко. Стройиздат, 1968), а также указаниями настоящих Рекомендаций, в которых приведены отдельные данные о виброизоляции некоторых строительных машин и механизмов и возможные схемы их виброизоляции.

4.2. Виброизоляция может быть осуществлена в двух вариантах: а) «опорном» и б) «подвесном». При «опорном» варианте виброизоляторы устанавливаются под постаментом машины или установки (рис. 6, 8, б, 9), а при «подвесном» изолируемая машина подвешивается (рис. 7, 8, а) на закрепленных выше подошвы постамента виброизоляторах, работающих на сжатие или растяжение. При преобладании горизонтальных возмущающих сил устройство виброизоляции возможно также в виде подвески машины на стержнях с шарнирными присоединениями («качели»). В этом случае будут уменьшены только горизонтальные силы, передающиеся на опорную конструкцию, и моменты относительно вертикальной оси. Для уменьшения вертикальных составляющих возмущающих сил необходимо в конструкции стержней подвесок предусматривать упругие элементы.

Рис. 6. Схемы виброизоляции кассет для формования вентиляционных панелей и блоков. Опорные варианты с применением цилиндрических пружин сжатия

а - с железобетонным постамент м; б - с установкой виброизоляторов под поддоном; 1 - неподвижный борт с поддоном; 2 - разделительный борт; 3 - гребенка; 4 - вибраторы; 5 - виброизоляторы; 6 - железобетонный постамент

4.3. Эффективность виброизоляции машины (в вертикальном направлении) при гармонической возмущающей силе определяется коэффициентом передачи

                                                          (26)

где Р_к - амплитуда динамической силы, передающейся через виброизоляторы на поддерживающую конструкцию;

Р - амплитуда возмущающей гармонической силы, действующей на установку;

 - отношение круговой частоты вынужденных колебаний (круговой частоты возмущающей силы) ω_о к круговой частоте собственных вертикальных колебаний ω_z виброизолированной установки.

Рис. 7. Виброизоляция кассеты для формования двухрядных блоков

1 - поддон; 2 - мостик крепления вибратора; 3 - кронштейн для крепления вибратора; 4 - виброизоляторы; 5 - опорная балка; 6 - подвеска

Отношение α должно удовлетворять условию

                                                             (27)

Учитывая, что изготовление виброизоляторов, обеспечивающих частоту собственных колебаний ниже 2 гц сопряжено со значительными техническими трудностями (для достижения частоты собственных вертикальных колебаний виброизолированной установки 2 гц статическая осадка пружины от веса постамента и машины должна быть равной примерно 6,3 см), при виброизоляции агрегатов с частотой возмущения меньше 500 кол/мин, как исключение, можно принимать α ³ 3.

При подвесном варианте виброизоляции с шарнирными стержнями («качели») машин с горизонтальными возмущающими силами в формулу (26) вместо ω_z подставляется значение ω_х или ω_y, т.е. круговые частоты собственных горизонтальных колебаний виброизолированной системы в направлении оси X или У (в зависимости от направления действия возмущающей силы).

4.4. При изготовлении железобетонных изделий с помощью навесных вибраторов (рис. 6, 7, приложение 2), а также вибровкладышей форма с изделием должна устанавливаться на виброизоляторы.

При возбуждении вертикально направленных колебаний коэффициент передачи рекомендуется принимать равным:

при этом для уменьшения амплитуд горизонтальных колебаний установки необходимо стремиться к ее минимальной высоте.

Здесь ω = 2πf₀ = 0,105n₀ - угловая скорость вращения вибратора в сек^-1 (круговая частота);

n₀ - число оборотов вибратора в 1 мин;

f₀ - число оборотов вибратора в 1 сек;

 - круговая частота собственных вертикальных колебаний формы с изделием, установленной на виброизоляторах, в сек^-1;

М_п.ч = Q_п.ч/g - масса подрессоренных частей и формы с изделием в тс·сек²/м;

К_п - коэффициент жесткости виброизоляторов в тс/м;

Q_п.ч - вес подрессоренных частей и формы с изделием в тс;

g = 9,81 м/сек² - ускорение силы тяжести.

4.5. При формовании железобетонных труб и колец с помощью навесных вибраторов рекомендуется форму устанавливать на упруго опирающийся поддон. Поддоном в этом случае является жесткая железобетонная плита, опирающаяся на виброизоляторы (рис. 9).

Для фиксирования установки формы на поддон и предупреждения ее подпрыгивания рекомендуется устраивать фиксирующие приспособления и крепление формы к поддону.

Расчет виброизоляции формы производится на наиболее неблагоприятные сочетания условий возбуждения центробежных сил всех вибраторов по фазе.

При возбуждении колебаний установки вибраторами ненаправленного действия с горизонтальной осью вращения наиболее неблагоприятными сочетаниями центробежных сил вибраторов по фазе являются следующие:

Рис 8. Схемы виброизоляции бетоносмесителей

а - подвесной вариант с применением цилиндрических пружин сжатия; б - опорный вариант; 1 - рама бетоносмесителя; 2 - смесительный барабан; 3 - электродвигатель; 4 - опорная подвесная рама; 5 - подвески; 6 - виброизоляторы; 7 - разгрузочная балка; 8 - корпус; 9 - опора корпуса

а) центробежные силы всех вибраторов совпадают по фазе;

б) центробежные силы части вибраторов (при четном количестве вибраторов 50 %) находятся в противофазе;

в) центробежные силы части вибраторов сдвинуты по фазе на π/2.

4.6. При устройстве виброизоляции необходимо обеспечить контроль за работой виброизоляторов и их замену, а также предусмотреть меры защиты виброизоляторов от попадания на них бетона и загрязнения, нарушающих работу виброизоляторов.

Рис. 9. Форма для изготовления железобетонных труб на виброизолированном поддоне

A - схема установки; 1 - форма; 2 - вибратор, возбуждающий круговые колебания с горизонтальной осью вращения дебаланса; 3 - жесткая железобетонная плита (поддон); 4 - деталь для фиксации места установки формы и крепления ее к поддону; 5 - ограничители деформации пружин виброизоляторов при отсутствии формы на поддоне; 6 - виброизолятор; Б - сочетания на фазе центробежных сил нескольких вибраторов; а - фазы совпадают; б - в противофазе; в - сдвиг по фазе на π/2

5. ПАССИВНАЯ ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ РАБОЧИХ МЕСТ И ПЛОЩАДОК

5.1. Пассивно-виброизолированное рабочее место, или площадка (помост) представляет собой массивную плиту, установленную с помощью упругих опор на колеблющееся основание (пол цеха, междуэтажное перекрытие, перемещающаяся машина и т.п.).

5.2. Пассивная виброизоляция может применяться как при периодических, так и при непериодических вибрациях поддерживающего основания¹.

_____________

¹ При негармоническом законе изменения перемещения поддерживающего основания следует функцию, выражающую зависимость перемещения основания от времени, разложить в ряд Фурье и учитывать первый член этого ряда.

Наиболее часто встречаются гармонические или близкие к ним вибрации, которые возбуждаются механизмами с вращающимися неуравновешенными частями машин (вентиляторами, дебалансными валами виброплощадок и т.п.).

В зависимости от направления колебаний (вертикальные или горизонтальные) применяются различные виды виброизоляции. При вертикальных колебаниях применяются пассивно-виброизолированные площадки на упругих опорах, допускающих вертикальные перемещения (пружины сжатия или растяжения). При горизонтальных колебаниях применяются пассивно-виброизолированные площадки на шарнирных подвесках, допускающих горизонтальные перемещения площадки (рис. 10).

Рис 10. Принципиальные схемы пассивной виброизоляции площадок

а - при вертикальных колебаниях основания; б и в - при горизонтальных колебаниях основания (б - опорный вариант, в - подвесной вариант); 1 - пассивно-виброизолированная плита; 2 - виброизолятор; 3 - колеблющееся основание; 4 - направление колебаний; 5 и 6 - опорные стержни (5 - катки, 6 - подвески)

Для заводов сборного железобетона характерны вертикальные колебания рабочих мест со сравнительно небольшими амплитудами и большой частотой вынужденных колебаний. Поэтому обычно следует применять пассивно-виброизолированные площадки на вертикальных упругих элементах (рис. 10, с). Следует, однако, иметь в виду, что помимо чисто вертикальных колебаний они допускают также вращательные колебания. При недостаточном весе плиты¹ и малом расстоянии между упругими опорами пассивно-виброизолированная плита будет зыбкой, и при перемещениях по ней будут возникать неприятные ощущения (см. п. 5.5). В связи с указанным вес плиты и расстояние между упругими опорами следует обосновывать расчетом. Расчет виброизоляции является обязательным, так как применение пассивно-виброизолированных площадок (настилов) без расчета в некоторых случаях может привести вместо уменьшения колебаний к их увеличению.

_____________

¹ См. п. 5.4.4.

В дальнейшем везде рассматриваются только вертикальные колебания.

5.3. Исходными данными для проектирования пассивно-виброизолированных площадок (настилов) при гармонических колебаниях поддерживающей конструкции служат:

а) частота f₀ и амплитуда а_кz вынужденных колебаний поддерживающей конструкции в месте расположения пассивно-виброизолируемой площадки (рабочего места);

б) допускаемая амплитуда колебаний пассивно-виброизолируемой площадки а_oz;

в) необходимые габариты площадки, вес оборудования, устанавливаемого на площадке, число одновременно находящихся на площадке людей.

5.4. Порядок расчета пассивно-виброизолированной площадки (помоста) следующий.

1. По частоте вынужденных колебаний f₀ по санитарным нормам определяется допускаемая амплитуда колебаний пассивно-виброизолированной площадки а_oz².

_____________

² При устройстве пассивной виброизоляции за допускаемую амплитуду колебаний в большинстве случаев принимают не предельную амплитуду, допускаемую по санитарным нормам, а в несколько раз меньшую, если последующие расчеты подтверждают техническую возможность и целесообразность получения пассивно-виброизолированной плиты с принятой амплитудой колебаний.

2. Определяется коэффициент передачи μ, которым характеризуется эффективность применения виброизоляции.

Коэффициентом передачи называется отношение амплитуды колебаний а_oz пассивно-виброизолированной плиты к амплитуде колебаний основания а_кz, определяемое по формуле

                                                     (28)

где μ - частота вынужденных колебаний основания, определяемая числом оборотов источника возбуждения вибраций. При этом если число оборотов источника вибраций равно п₀ об/мин, то частота вынужденных колебаний будет равна:

                                                              (29)

f_z - частота свободных вертикальных колебаний плиты, установленной на пружинах, в гц.

Как следует из формулы (28), коэффициент передачи может быть определен по отношению амплитуд колебаний или по отношению частот. В последнем случае частоту f_z следует предварительно определить исходя из статической осадки пружин λ_cт и удобства эксплуатации пассивно-виброизолированной плиты. При этом следует иметь в виду, что эффективность виброизоляции будет тем большей, чем мягче (податливей) пружины (виброизоляторы), на которых установлена плита, и чем больше статическая осадка пружин. В то же время с точки зрения удобства эксплуатации площадки выгодно, чтобы пружины были достаточно жесткими, иначе плита при передвижениях по ней рабочих будет получать слишком большие перемещения и окажется зыбкой.

При практических расчетах часто задаются коэффициентом передачи

3. Определяется частота свободных вертикальных колебаний плиты

                                                              (30)

На заводах железобетонных изделий применяются преимущественно вибраторы с числом оборотов в минуту порядка 1800 - 3000, возбуждающие вибрации с частотами порядка 30 - 50 гц.

При таких частотах вынужденных колебаний и указанных выше коэффициентах передачи μ частоты свободных колебаний пассивно-виброизолированных площадок обычно принимают равными 5 - 7 гц.

4. Определяется суммарная жесткость пружин K_пz, на которых устанавливается плита по частоте собственных колебаний f_z при заданном весе плиты или статической осадке пружин:

                                                       (31)

где K_пz - суммарная жесткость пружин, на которых установлена плита, в кгс/см;

Р₀ - вес плиты и установленного на ней оборудования в кгс¹;

_____________

¹ При определении веса Р₀ для подсчета необходимой жесткости пружин допускается учитывать вес одного человека, принимаемый равным 80 кгс, с коэффициентом 0,75.

λ_ст - статическая осадка пружин в см, вызываемая установленной на них плитой и оборудованием, определяется по формуле

На рис. 11 приведен график зависимости частоты собственных вертикальных колебаний площадки от статической осадки пружин, вызываемой весом плиты и нагрузкой на нее.

Следует иметь в виду, что для площадок, устанавливаемых на колеблющееся основание (пол цеха, междуэтажное перекрытие и т.п.), вес плиты должен превышать не менее чем в 2 - 3 раза вес рабочих, которые могут находиться на площадке.

5. Определяется жесткость одной пружины K'_пz при заданном числе пружин п

K'_пz = K_пz/n.                                                             (32)

6. Проверяется деформативность виброизолятора при перемещениях человека по плите (см. п. 5.5).

7. Определяется расчетная нагрузка на одну пружину

                                (33)

где Р₀ - вес плиты и установленного на ней оборудования (без веса людей) в кгс;

п - общее число пружин, на которые устанавливается плита;

Рис. 11. График зависимости между частотой f_z и статической осадкой пружины

п_н - число пружин, устанавливаемых в одном кусте (например, виброизолятора);

т - число людей, одновременно находящихся на плите;

а_оz - амплитуда колебаний пассивно-виброизолированной плиты в см;

а_кz - амплитуда колебаний основания в см.

Примечания: 1. В формуле (33) коэффициентом 1,5 учитываются усталостные явления материала пружин.

2. Предполагается, что вес одного человека передается на один куст пружин, расположенных рядом (на один виброизолятор).

3. При пружинах с жесткостью каждая менее 500 кг/см и амплитудах колебаний основания а_кz менее 0,25 мм членом К'_пz(а_оz + а_кz) в формуле (33) можно пренебречь.

8. Производится расчет пружины по следующим формулам:

а) диаметр прутка d

                                                            (34)

где k - коэффициент, определяемый по графику на рис. 12;

с = D/d - отношение среднего диаметра, пружины к диаметру прутка (индекс пружины); рекомендуется принимать значения в пределах от 4 до 10;

Р' - расчетная нагрузка, приходящаяся на одну пружину, в кгс;

[τ] - допускаемое напряжение на срез (сдвиг) для материала пружины в кгс/см²;

б) число рабочих витков i пружины

                                                              (35)

где G - модуль упругости на сдвиг для материала пружины; для стали G = 8 · 10⁵ кгс/см²;

в) число «мертвых» витков i₂ принимается: i₂ = 1,5 витка на оба торца пружины при i £ 7 и i₂ = 2,5 витка при i > 7;

г) полное число витков пружины

i₁ = i + i₂;                                                                  (36)

д) высота ненагруженной пружины

H₀ + ih + (i₂ - 0,5)d,                                                       (37)

где h - шаг пружины, выбираемый в пределах 0,25 - 0,50D; при расчете пружин, работающих на сжатие, отношение высоты незагруженной пружины к ее среднему диаметру должно быть не больше 1,5, т.е. H₀/D £ 1,5.

Рис. 12. График определения коэффициента k

D - средний диаметр пружины; d - диаметр прутка

5.5. Осадка виброизолятора, на котором установлена пассивно-виброизолированная плита, при перемещениях по плите одного человека, вес которого принимается равным 80 кгс, не должна превышать 10 мм.

Если указанная осадка плиты будет более 10 мм, то рекомендуется виброизолятор устраивать из двух концентрических пружин, соединенных параллельно с зазором между опорными плоскостями пружин (рис. 13).

При равномерном распределении нагрузки между отдельными виброизоляторами плита опирается на более мягкие пружины жесткостью K_пz(1), а в случае, когда человек находится над данным виброизолятором¹, зазор δ₁ исчезает и подключается пружина большей жесткости K_пz(2), т.е. K_пz(1) < K_пz(2). Величина зазора между верхними опорными плоскостями пружин должна быть такой, чтобы при равномерном распределении подвижной нагрузки на все виброизоляторы более жесткие пружины не включались в работу, так как в последнем случае коэффициент передачи μ резко возрастет и степень виброизоляции окажется недостаточной. С другой стороны, зазор не должен быть слишком большим, чтобы не превысить допускаемой осадки виброизолятора при перемещениях человека по плите, т.е. должно соблюдаться следующее неравенство:

δ₁ + δ₂ £ 10 мм.                                                         (38)

_____________

¹ Предполагается, что вес одного человека полностью воспринимается данным виброизолятором.

Статическая нагрузка, воспринимаемая пружиной виброизолятора с жесткостью K_пz(1), определяется формулой

Р₁ = K_пz(1)(δ₀ + δ₁ + δ₂).                                                  (39)

Рис. 13 Виброизолятор переменной жесткости

а - принципиальная схема; б - конструктивная схема; 1 - нижняя опорная пластина; 2 - кожух виброизолятора; 3 - днище; 4, 5 и 6 - фиксирующие кольца; 7 - верхняя опорная пластина; 8 - стяжной болт для предварительного сжатия; 9 - пружина жесткостью K_пz(1); 10 - пружина жесткостью К_пz(2); δ₀ - деформация предварительного сжатия; δ₁ - зазор между верхней опорной пластиной и верхом пружины К_пz(2); Δ - зазор между верхней опорной пластиной (7) и кожухом виброизолятора (2); принимается по конструктивным соображениям

Статическая нагрузка, воспринимаемая пружиной с жесткостью K_пz(2), определяется формулой

Р₂ = K_пz(2)δ₂;                                                             (40)

при этом

                                                     (41)

где δ₀ - осадка пружины при предварительном сжатии¹ в см;

δ₁ - величина зазора (расстояние между нижней поверхностью плиты и верхней поверхностью пружины с жесткостью K_пz(2)) в см;

δ₂ - осадка пружин от статической нагрузки при совместном их деформировании в см;

Р' - усилие, приходящееся на виброизолятор, в кгс;

K_пz(1) - жесткость первой пружины в кгс/см;

K_пz(2) - жесткость второй пружины в кгс/см.

____________

¹ Предварительное сжатие виброизолятора вызывается необходимостью обеспечить требуемую величину зазора и перемещение плиты не более 10 мм при передвижениях человека Величина осадки предварительного сжатия δ₀ должна обеспечивать свободу колебания виброизолированной плиты относительно положения статического равновесия плиты при нахождении одного человека на ней.

5.6. Пассивная виброизоляция площадок, подверженных случайным толчкам, должна иметь коэффициент неупругого сопротивления γ_в ³ 0,04 ÷ 0,05. Такая величина коэффициента γ_в может быть достигнута путем применения демпферов вязкого трения, воздушных демпферов и комбинированных виброизоляторов из стальных пружин и резиновых элементов.

5.7. При пассивной виброизоляции нельзя допускать возникновения сил сухого трения, препятствующих перемещениям изолируемой установки относительно поддерживающей конструкции.

6. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ МЕЖДУЭТАЖНЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ И РАЗГРУЗОЧНЫХ БАЛОК НА ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ОТ ОБОРУДОВАНИЯ

6.1. Расчет строительных конструкций междуэтажных перекрытий на действие динамических нагрузок от оборудования позволяет определить на стадии проектирования уровень вибраций этих конструкций, запроектированных по условиям статической прочности и устойчивости. Расчет рекомендуется производить в соответствии с инструкциями, указанными в п. 1.4.

При динамическом расчете рекомендуется придерживаться следующей последовательности:

а) по заданию технологов и в соответствии с паспортом на оборудование определяются динамические нагрузки;

б) по данным о конструкциях вычисляются частоты и формы собственных колебаний¹;

_____________

¹ Для однопролетных и равнопролетных неразрезных балок и плит с равномерно распределенной и сосредоточенной нагрузкой вычисление частот собственных колебаний рекомендуется производить по: «Инструкции по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки» (ЦНИИСК. Стройиздат, 1970) и «Инструкции по расчету перекрытий на импульсивные нагрузки» (ЦНИИСК. Стройиздат, 1966). В этих инструкциях приведены также подробные таблицы балочных функций.

В случае, если балка загружена тяжелыми, сосредоточенными грузами, по сравнению с которыми собственный вес балки мал, а также для приближенных расчетов она может рассматриваться как система с конечным числом степеней свободы. Частоты, формы собственных и амплитуды вынужденных колебаний таких балок могут определяться по формулам «Инструкции по расчету покрытий промышленных зданий, воспринимающих динамические нагрузки» (ЦНИИСК. Стройиздат. 1967).

в) определяются амплитуды динамических перемещений от действия нормативных динамических нагрузок и сравниваются с допускаемыми по санитарным нормам вибраций;

г) определяются амплитуды динамических и изгибающих моментов от действия расчетных динамических нагрузок;

д) проверяется несущая способность конструкций на совместное действие статических и динамических нагрузок.

6.2. В случае, если амплитуды колебаний превышают допускаемые, то их уменьшение возможно изменением (как правило, увеличением) жесткости конструкций или разработкой такого конструктивного решения перекрытия, при котором балки и плиты не будут испытывать непосредственно динамических воздействий от оборудования, а динамические нагрузки с помощью специальных разгрузочных балок будут передаваться на колонны и стены здания.

Следует отметить, что применение разгрузочных балок в сочетании с виброизоляцией является одним из наиболее эффективных способов уменьшения влияния динамических воздействий на междуэтажные перекрытия и снижения уровня вибраций перекрытий, являющихся рабочими местами для обслуживающего персонала.

Амплитуды вынужденных колебаний разгрузочных балок ограничиваются только их несущей способностью и предельно допустимым динамическим прогибом (п. 6.3).

6.3. Предельно допустимый динамический прогиб разгрузочных балок, не являющихся элементами перекрытий, колебания которых не ограничиваются требованиями санитарных норм и технологическими условиями, не должен превышать амплитуд колебаний, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Амплитуды колебаний разгрузочных балок, соответствующие предельно допустимому динамическому прогибу

6.4. При динамическом расчете разгрузочных балок следует различать три случая, характеризующие соотношение частот собственных колебаний балки и подвешенного оборудования.

1-й случай. При отношении частот

                                                                 (42)

частоты собственных колебаний и амплитуда вынужденных колебаний разгрузочной балки определяются без учета массы подвешенного оборудования.

В формуле (42)  - наименьшая частота собственных колебаний разгрузочной балки без учета влияния подвешенного оборудования; п_в - частота собственных вертикальных колебаний подвешенного оборудования.

Частота  определяется в соответствии с «Инструкцией по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки» (ЦНИИСК. Стройиздат, 1970) по формуле

                                                                                 (43)

где D = EJ - изгибная жесткость балки;

φ₁⁰ - коэффициент частоты;

μ - приведенная равномерно распределенная масса, отнесенная к единице длины балки (со всеми жестко присоединенными к ней массами);

l - пролет балки.

Частота п_в определяется по формуле

                                                                                (44)

где m_г - масса подвешенного оборудования;

K_в - коэффициент жесткости¹ всех подвесок, соединяющих оборудование с перекрытием.

_____________

¹ Коэффициентом жесткости конструкции называется коэффициент, характеризующий упругость конструкции и численно равный величине силы, которая, будучи приложена к данной точке конструкции, вызывает перемещение ее, равное единице. Коэффициент K_в измеряется величиной вертикальной силы, приложенной к центру тяжести подвешенного оборудования и вызывающей единичное перемещение в точке приложения этой силы при неподвижном закреплении подвесок к опорной конструкции (разгрузочной балке).

2-й случай. При отношении частот

                                                               (45)

наименьшую частоту собственных колебаний балки рекомендуется определять по приближенной формуле

                                                                (46)

где  - наименьшая частота собственных колебаний разгрузочной балки с учетом влияния массы подвешенного оборудования;

η - коэффициент, характеризующий влияние упруго присоединенной массы подвешенного оборудования на частоту собственных колебаний балки.

Коэффициент η вычисляется по формуле

                                                             (47)

где п_1мин - частота собственных колебаний балки в предположении, что подвешенное оборудование жестко связано с балкой.

Частота п_1мин определяется по формуле

                                             (48)

где μ^г - приведенная погонная масса на балке от подвешенного оборудования в предположении жесткой связи его с балкой¹.

_____________

¹ При определении μ^г принимается, что масса оборудования сосредоточена в точках присоединения подвесок к разгрузочной балке. Сосредоточенные массы, приходящиеся на каждую подвеску, находятся по правилу рычага.

В случае, если расстояние между подвесками оборудования меньше ¹/₂ пролета балки, то масса, приходящаяся на эти подвески, считается сосредоточенной в средней точке между подвесками. Подсчет приведенной погонной массы, определение амплитуд колебании и проверка несущей способности производятся по Инструкции, указанной в п. 1.4, «б».

3-й случай. При отношении частот

                                                                  (49)

наименьшая частота собственных колебаний разгрузочной балки определяется по формуле (48) в предположении, что оборудование жестко связано с балкой.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗАВОДОВ И ПОЛИГОНОВ СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА И ДАННЫЕ О НОРМАТИВНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ, ВОЗБУЖДАЕМЫХ ЭТИМ ОБОРУДОВАНИЕМ¹

_____________

¹ Составлен Государственным институтом по проектированию предприятий промышленности строительных материалов Гипростройматериалы (инженерами Ф.Ф. Порожеико, Е.П. Дериченко, С.Г. Гершман).

В настоящем перечне приведены характеристики и нормативные динамические нагрузки для основного технологического оборудования, являющегося источником возбуждения вибраций при изготовлении железобетонных изделий.

В перечень включены не только так называемые средства вибрационной техники (виброплощадки, виброформы и др.), но и основные технологические машины, возбуждающие динамические нагрузки (бетоносмесители, центрифуги для формования железобетонных изделий и др.).

Перечень систематизирован по типам машин в виде таблиц, в которых приводятся краткие характеристики, а также нормативные динамические нагрузки, определенные расчетным путем.

Следует отметить, что перечень оборудования, а также данные о динамических нагрузках не претендуют на исчерпывающую полноту.

Динамические характеристики оборудования в ряде случаев являются ориентировочными, а иногда и вовсе отсутствуют, поскольку организации, проектирующие и изготовляющие оборудование, не указывают эти данные в паспортах оборудования.

При подсчете суммарных динамических нагрузок от вибрационного оборудования приняты также некоторые допущения. Например, суммарные возмущающие силы и кинетические моменты для машин, снабженных несколькими вибраторами, приведены в таблицах в предположении, что все вибраторы в какой-то момент работают синфазно или синхронно.

Оборудование и виброинструмент в предлагаемых таблицах обозначены двумя марками. Наряду с общеизвестными марками приведены новые. Старые марки обозначены в скобках.

Таблица 4

Вибраторы глубинные, электромеханические, ручные

Таблица 5

Вибраторы глубинные, электромеханические, подвесные¹

_____________

¹ Используются в виде вибропакетов, подвешенных на кранах

Таблица 6

Вибраторы общего назначения, электромеханические

_____________

^* Вибратор ИВ-2 - поверхностный - выпускается в комплекте с плитой.

Таблица 7

Маятниковые вибраторы электромеханические, общего назначения

Таблица 8

Вибраторы пневматические, глубинные

Таблица 9

Вибраторы пневматические, прикрепляемые

Таблица 10

Вибраторы двухтактные, электромагнитные

Таблица 11

Виброплощадки блочной конструкции (из унифицированных виброблоков)

Таблица 12

Виброплощадки рамной конструкции

Таблица 13

Виброплощадки с горизонтально направленными колебаниями

______________

^* При частоте колебаний 1500 кол/мин.

Таблица 14

Виброплощадки с круговыми колебаниями

Таблица 15

Кассетные установки для изготовления плоских железобетонных изделий

Таблица 16

Стендовые силовые виброформы для длинномерных железобетонных изделий (балок) (рис. 14)

Рис. 14. Стендовые силовые виброформы для длинномерных железобетонных изделий

вибропоршневые формы: а - 7520; б - 3030; в - 3081; формы с навесными вибраторами: г - 74: д - 73; 1 - железобетонная балка; 2 -форма; 3 - навесной вибратор; 4 - вибратор под поддоном; 5 - виброизолятор

Таблица 17

Посты формования напорных железобетонных труб (способом виброгидропрессования в вертикальном положении) (см. рис. 9)

Таблица 18

Центрифуги для формования трубчатых железобетонных изделий

Таблица 19

Бетоносмесители и растворосмесители принудительного действия (стационарные, циклические)

Таблица 20

Бетоносмесители гравитационные, стационарные, циклические

Таблица 21

Бункера раздаточные для бетонной смеси

Таблица 22

Вибропитатели лотковые, подвешиваемые на амортизаторах

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИМЕР РАСЧЕТА ВИБРОИЗОЛЯЦИИ СТЕНДОВОЙ СИЛОВОЙ ВИБРОФОРМЫ С НАВЕСНЫМИ ВИБРАТОРАМИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОПИЛЬНЫХ ДВУСКАТНЫХ БАЛОК¹ (РИС. 15)

______________

¹ Расчет выполнен в ГПИ Гипростройматериалы инж. Курган А.В.

1. Исходные данные

Вес виброформы Q_вф = 12 250 кгс.

Вес железобетонной балки 1Б-18-3 Q_б = 9100 кгс.

Число вибраторов (С-413)^* п = 20 шт.

______________

^* Вибратор С-413 в дальнейшем предполагается заменить вибратором ИВ-2, что в расчет виброизоляции формы не вносит принципиальных изменений

Число оборотов вала вибратора п₀ = 2800 об/мин.

Кинетический момент вибратора К = 4,5 кгс·см.

Мощность, потребляемая вибратором W' = 0,4 квт.

Допустимая амплитуда колебаний виброизолируемой установки а_доп = 0,5 мм.

2. Определение возмущающих нагрузок

Частота нормативной динамической нагрузки

 ω₀ = 2 · 3,14 · 46,6 = 293 сек^-1.

Нормативная динамическая нагрузка, возбуждаемая всеми вибраторами установки (5)^**.

______________

^** В круглых скобках дана ссылка на формулы и рисунки настоящих Рекомендаций. При расчете виброизоляции применялось также «Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования» (ЦНИИСК им. Кучеренко. Строийздат, 1972), формулы из которого приведены без ссылок на соответствующие номера формул Руководства.

то же, одним вибратором

.

Рис. 15. Виброизолированная стендовая силовая виброформа 74 для изготовления железобетонных стропильных балок 1В4-18-3 (а). Разрез А-А (6)

1 - железобетонная балка; 2 - форма; 3 - вибраторы навесные; 4 - виброизоляторы; 5 - кронштейны для виброизоляторов, 6 - резиновые подкладки: О. - начало координат, выбранное произвольно при подсчете центра тяжести системы; С - центр жесткости виброизоляторов

3. Определение центра тяжести и моментов инерции масс виброизолируемой установки

Моменты инерции масс установки и ее центр тяжести определяем по упрощенной схеме, считая при этом, что массы всех отдельных элементов формы с учетом бетонной смеси распределены по объему формы равномерно.

При колебаниях виброформы предполагаем, что в движение приводится 40 % массы бетона балки¹.

______________

¹ Вопрос об участии бетонной массы в совместных колебаниях с формой исследован пока недостаточно. Однако совершенно очевидно, что загружение формы бетоном при неизменной жесткости упругих опор понижает частоту собственных вертикальных колебаний формы, улучшая эффект виброизоляции. Граничные значения коэффициента передачи, характеризующего эффект виброизоляции, могут быть определены из расчета виброизоляции пустой формы и формы, полностью заполненной бетоном в предположении, что бетонная смесь и форма колеблются совместно как единое твердое тело. Принятое в примере соотношение 40 % является достаточно условным.

Общий вес виброизолируемой установки, участвующей в колебаниях:

Q_уст = Q_вф + 0,4Q_б = 12240 + 0,4 · 9100 = 15800 кгс.

В результате расчета получаем:

а) координаты центра тяжести установки

б) моменты инерции относительно осей, проходящих через центр тяжести установки:

j_ox = 0,371 тс·м·сек²; J_оу = 38,063 тс·м·сек²; J_oz = 37,87 тс·м·сек².

4. Подбор параметров виброизоляции

а) Задаемся частотой собственных вертикальных колебаний установки f_z = 4 гц; ω_z = 2πf_z = 2 · 3,14 · 4 = 25,1 сек^-1.

Необходимая величина общей жесткости виброизоляторов в вертикальном направлении

Принимаем 12 виброизоляторов из стандартных цилиндрических пружин² c вертикальной жесткостью для каждого К'_z = 827 кгс/см.

______________

² См. «Каталог пружинных виброизоляторов и пружин для виброизоляторов». ЦНИИ Промзданий, серия 3.001-1, нормаль ТЭП 60.31.20.111.

Вертикальная жесткость всех пружин

К_z = 12 · 827 = 9930 кгс/см.

Фактическая частота

Наибольшая допускаемая рабочая нагрузка на одну пружину¹ Р' = 6592 кгс; на все пружины Р = 12 · 6592 = 79200 кгс.

______________

¹ Вопрос об участии бетонной массы в совместных колебаниях с формой исследован пока недостаточно. Однако совершенно очевидно, что загружение формы бетоном при неизменной жесткости упругих опор понижает частоту собственных вертикальных колебаний формы, улучшая эффект виброизоляции. Граничные значения коэффициента передачи, характеризующего эффект виброизоляции, могут быть определены из расчета виброизоляции пустой формы и формы, полностью заполненной бетоном в предположении, что бетонная смесь и форма колеблются совместно как единое твердое тело. Принятое в примере соотношение 40 % является достаточно условным.

Общий вес виброизолируемой установки

Q'_уст = Q_вф + Q_б = 12250 + 9100 = 21350 кгс < 79200 кгс.

б) Жесткость пружин в горизонтальном направлении.

Статическая осадка

Высота пружины в свободном состоянии Н₀ = 30,5 см: то же в рабочем Н_раб = Н₀ - λ_ст = 30,5 - 2,14 = 28,4 см;

λ_ст/Н_раб = 0,0753; D_ср = 18,5 см - средний диаметр пружины

Н_раб/D_ср = 28,4/18,5 = 1,54

Согласно графику рис. 5 при

λ_ст/Н_раб = 0,0753 и Н_раб/D_ср = 1,54 имеем

 К'_х = К'_у = 0,82К'_z = 0,82 · 827 = 680 кгс/см;

К_х = К_у = 12 · 680 = 3160 кгс/см.

в) Угловые жесткости виброизоляторов определяем по формулам²:

______________

² См. сноску на стр. 81.

где x_ki, y_ki, z_ki - координаты средней точки i-го виброизолятора при начале координат в центре жесткости виброизоляторов.

5. Частоты собственных колебаний

Определение круговых частот собственных вращательных колебаний установки производим по формулам «Руководства по проектированию виброизоляции машин и оборудования», принимая расстояние между центром тяжести установки и центром жесткости виброизоляторов S = 90 см. Получаем:

а) в плоскости X₀O₁Z₀:

б) в плоскости Y₀О₁Z₀:

в) в плоскости X₀O₁Y₀:

Следовательно, отношение круговой частоты возмущающей силы к любой из круговых частот собственных колебаний значительно больше 2,5, что удовлетворяет требованиям «Руководства по проектированию виброизоляции машин и оборудования».

6. Амплитуды вынужденных колебаний установки

Амплитуды поступательных колебаний установки определяем по формулам:

  

Рис. 16. Схемы действия возмущающих нагрузок на форму

N (0, 0, 13) - точка приложения равнодействующей горизонтальных возмущающих сил; N₁ (900, 37,5 - 90) - центр наиболее удаленного виброизолятора; N₂ (900, 30, 33) - наиболее удаленная точка виброформы

Таблица 23

Амплитуды вынужденных колебаний установки

Амплитуды вращательных колебаний:

  

где P_x, Р_y, P_z; М_оx, М_оy, М_оz - амплитуды возмущающих сил и моментов в направлении осей Х₀, Y₀, Z₀; J_ox, J_oy, J_oz - моменты инерции установки относительно этих осей.

Амплитуды колебаний i-й точки виброформы

a_xi = а_оx + φ_оyz_оi - φ_оzy_оi;

a_yi = а_оy + φ_оzx_оi - φ_оxz_оi;

a_zi = а_оz + φ_оxy_оi - φ_оyx_оi,

где x_оi, y_оi, z_оi - координаты рассматриваемой i-й точки при начале координат в центре тяжести установки.

Рассмотрим несколько наиболее характерных невыгодных сочетаний нагрузок (рис. 16). Результаты приводим в табличной форме (табл. 23).

Наибольшие вертикальная амплитуда колебаний виброформы a_zмакc = 0,09 мм и горизонтальная a_yмакc = 0,091 мм не превышают допустимой амплитуды 0,5 мм.

7. Определение амплитуд колебаний установки, вызываемых включением тока при пуске или остановке мотора или коротким замыканием

Вращающий момент от всех вибраторов при установившемся рабочем режиме:

М' = 973,6W/n (кгс·м),

где W - мощность двигателей вибраторов в квт;

п - число оборотов в 1 мин;

W = 20 · 0,4 = 8 квт;

М' = 973,6(8/2800) = 2,78 кгс·м = 278 кгс·см.

Внезапно приложенные моменты, возникающие:

а) при остановке мотора

М_п = 2М' = 2 · 278 = 556 кгс·см;

б) при коротком замыкании

М_к.в = 8W = 8 · 8 = 64 кгс·м = 6400 кгс·см.

Амплитуда углов поворота

Деформации виброизолятора при остановке мотора:

λ_z = φ_kxy_k = 0,0000785 · 37,5 = 0,00294 см = 0,0294 мм < 5 мм.

При коротком замыкании

λ_z = φ_kxy_k =0,0009 · 37,5 = 0,0338 см = 0,338 мм < 10 мм.

Во избежание перекоса формы во время загрузки бетоном устраиваются ограничители колебаний (зазор 3 мм).

При резонансе во время пуска или остановки двигателя наибольшую величину вертикальной возмущающей силы , передающейся через виброизоляторы на поддерживающую конструкцию, определим по формуле

 = а_максK_z,

где а_макс - максимальная амплитуда вертикальных колебаний изолируемой установки в пусковом или остановочном режиме, определяется по Руководству (см. п. 1.4 «а»):

f_z = 4 гц; t_ост = 120 сек; f₀ = 2800/60 = 46,7 гц.

Средняя скорость убывания оборотов

γ_в = 0,01 для стальных пружин.

По графику Руководства

а_макс = 30 · 0,009 = 0,27 см = 2,7 мм;  = 0,27 · 9930 = 2680 кгс.

При рабочем режиме наибольшая возможная возмущающая сила, передающаяся через один виброизолятор на поддерживающую конструкцию, равна:

а) нормативная вертикальная Р_z = a_zK'_z = 0,009 · 827 = 7,35 кгс;

б) нормативная горизонтальная Р_y = а_уК'_у = 0,0091 · 680 = 6,18 кгс.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПАССИВНО-ВИБРОИЗОЛИРОВАННЫХ ПЛОЩАДОК

Пример № 1. Рабочее место оператора дозировочного отделения

Дозировочное отделение бетоносмесительного цеха находится на перекрытии третьего этажа. Перекрытие ребристое железобетонное монолитное На перекрытии размещены оборудование и пульт управления дозаторной. При работе оборудования дозаторной на отдельных участках перекрытия возникали сильные вибрации, которые вредно действовали на здоровье оператора. Произведенные замеры вибраций показали, что колебания происходят с частотой f₀ = 50 гц, соответствующей числу оборотов вибраторов на дозировочных бункерах 3000 об/мин, и амплитудой колебаний а_kz = 0,13 мм. Амплитуда скорости колебаний

v₀ = 2πf₀а_kz = 2 · 3,14 · 50 · 0,13 = 40,8 мм/сек.

По характеру воздействия на человека указанные колебания перекрытия относились к безусловно вредным¹. Рациональным методом уменьшения вредного действия вибраций на оператора в рассматриваемом случае являлось устройство пассивно-виброизолированного рабочего места у пульта управления. Произведем расчет пассивной виброизоляции.

1. За допускаемую амплитуду колебаний пассивно-виброизолированной площадки принимаем а_оz = 0,002 мм, соответствующую колебаниям, которые человек воспринимает как слабо ощутимые¹.

_____________

¹ См. «Инструкцию по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки». ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. Стройиздат, 1970.

2. Коэффициент передачи

3. Частота свободных вертикальных колебаний плиты определится по формуле (30)

4. Задаваясь весом плиты Р₀ = 240 кгс, определяем по формуле (31) суммарную жесткость пружин, на которых устанавливается плита. Принятому весу плиты соответствует железобетонная плита размером 1,25´0,8 м², толщиной d = 0,1 м. Вес плиты и человека на ней Р = 240 + 80 · 0,75 = 300 кг. Жесткость всех пружин

К_пz = 300 · 6,15²/25 = 454 кгс/см.

Статическая осадка всех пружин по формуле (31)

Из условия расположения пружин по углам плиты (по две пружины на каждый угол) берем число пружин п = 8 шт.

Жесткость одной пружины определяем по формуле (32)

К'_пz = 454/8 = 57 кгс/см.

6. Осадка пружин виброизолятора при нахождении человека над данным виброизолятором

Δ = 80/(2 · 57) = 0,7 см < 1 см.

7. Расчетную нагрузку на одну пружину при п_k = 2 пружины находим по формуле (33)

8. Производим расчет (подбор) пружины:

а) диаметр прутка пружины при D = 80 мм;

Рис. 17. Осциллограмма колебаний перекрытия и виброизолированной плиты рабочего места

1 - колебания перекрытия; 2 - колебания виброизолированной плиты рабочего места оператора

k = 1,18; [τ] = 4500 кгс/см² [no формуле (34)]

Конструктивно принимаем d = 1 см, тогда напряжение

б) Число рабочих витков по формуле (35) ;

в) полное число витков пружины при числе «мертвых» витков i₂ = 1,5 по формуле (36) будет i₁ = 3,42 + 1,5 ≈ 5 витков;

г) высота ненагруженной пружины при шаге h = 0,25 D = 0,25 · 8 = 2 см по формуле (37)

H₀ = 2 · 3,5 + 1 = 8 см, т.е. H₀/D = 1 < 1,5.

Осциллограмма замеренных в натуре колебаний перекрытия и пассивно-виброизолированной плиты дана на рис. 17.

Пример № 2. Рабочее место формовщиков у виброплатформы

Колебания рабочих мест формовщиков на бетонном полу вблизи виброплатформ с упругими опорами из стальных пружин при частоте вынужденных колебаний 50 гц и частоте собственных вертикальных колебаний виброплатформы 5 - 8 гц находятся в пределах, требуемых санитарными нормами. Следовательно, уменьшения колебания, как правило, не требуется.

При виброплощадках с опорами из кусков транспортерных лент колебания рабочих мест формовщиков превышают предельно допустимые амплитуды колебаний. Хотя применение таких опор запрещается, на некоторых заводах встречаются виброплощадки с такими опорами. В этих случаях необходимо уменьшение вибраций рабочих мест формовщиков. Кроме того, иногда возникает необходимость уменьшения вибрации рабочих мест формовщиков и при виброплощадках с опорами на стальных пружинах.

Рассмотрим расчет пассивно-виброизолированного рабочего места формовщиков у виброплощадки. Указанный расчет может быть произведен таким же образом, как и в рассмотренном примере № 1. Однако иногда может возникнуть необходимость в иной последовательности расчета. Это возможно в случае, если на заводе имеются готовые пружины, которые необходимо использовать для пассивной виброизоляции рабочего места формовщиков.

Пусть вибрации хорошо ощутимы и имеют амплитуду колебаний a_kz = 0,006 мм при частоте колебаний f₀ = 50 гц. Такие колебания санитарными нормами вполне допускаются. Однако администрация завода считала желательным уменьшить амплитуду колебаний рабочего места формовщиков. Было принято решение применить пассивную виброизоляцию, установив железобетонную плиту размером 6´0,7´0,15 м на виброизоляторы из стальных пружин. Произведем расчет пассивной виброизоляции плиты.

1. Имеющиеся на заводе цилиндрические пружины обладают следующими характеристиками: диаметр прутка d = 14 мм; диаметр пружины D = 100 мм; полное число витков i₁ = 3 витка; высота ненагруженной пружины H₀ = 60 мм; шаг пружины h = 24 мм; пружины изготовлены из пружинной стали с допускаемым напряжением на срез τ_ср = 4000 кгс/см².

2 Определяем жесткость одной пружины, преобразуя (35)

Число рабочих витков пружины i = 3 - 1,5 = 1,5.

и по графику рис. 12 k = 1,2, откуда

3. Несущую способность пружины определяем, преобразуя формулу (34)

4. В качестве плиты принимаем гладкую железобетонную плиту толщиной d_пл = 150 мм и размером в плане 700´6000 мм.

Вес плиты Р = 2,40,7 · 6 · 0,15 = 1510 кгс.

5. Плиту устанавливаем на 12 пружин. Суммарная жесткость пружин К_пz = 256 · 12 = 3080 кгс.

6. Статическая осадка пружин при нахождении на плите одного человека по формуле (31)

7. Частота собственных вертикальных колебаний плиты на виброизоляторах по графику рис. 11

8. Коэффициент передачи по формуле (28)

Рис. 18. Схема пассивной виброизоляции рабочего места формовщиков у виброплощадки

1 - железобетонная плита; 2 - виброизолятор; 3 - фундамент виброплощадки; 4 - пол цеха

Такой коэффициент передачи можно считать удовлетворительным.

9. Определяем расчетную нагрузку на одну пружину. При этом считаем, что виброизолятор состоит из двух пружин, а на плите находятся пять человек и один из них стоит непосредственно над виброизолятором.

Расчетная нагрузка, приходящаяся на одну пружину по формуле (33)

Напряжение на срез по формуле (34)

Таким образом, пружины могли быть изготовлены из пружинной стали с допускаемым напряжением на срез [τ] = 2500 кгс/см².

10. Осадка пружин при нахождении человека над виброизолятором

Общий вид установки плиты и виброизолятора приведен на рис. 18.

Пример № 3. Рабочая площадка моториста

Амплитуды колебаний рабочей площадки моториста формующего агрегата, перемещающейся вместе с машиной, достигают a_kz = 0,1 мм при частоте колебаний f₀ = 50 гц. Амплитуда скорости колебаний при этом v₀ = 2πf₀a_kz = 2 · 3,14 · 50 · 0,1 = 31,4 мм/сек. По характеру воздействия на человека такие колебания относятся к безусловно вредным колебаниям.

Радикальным методом оздоровления условий труда моториста будет перевод агрегата на дистанционное управление. Однако по ряду местных условий осуществить это до капитальной реконструкции не представлялось возможным. Поэтому в качестве временной меры было решено устроить на агрегате пассивно-виброизолированную площадку около пульта управления.

Пассивно-виброизолированную площадку осуществляем из рифленой листовой стали толщиной δ = 10 мм размером в плане 500´1000 мм. Плиту устанавливаем на шесть виброизоляторов из стальных цилиндрических пружин.

1. За допускаемую амплитуду колебаний примем a_oz = 0,0025 мм, при которой амплитуда скорости колебаний будет v₀ = 2 · 3,14 · 50 · 0,0025 = 0,8 мм/сек. По характеру восприятия колебаний человеком они относятся к хорошо ощутимым.

2. Коэффициент передачи [по формуле (28)]

3. Для обеспечения такого коэффициента передачи необходимо, чтобы частота свободных вертикальных колебаний плиты была равна по формуле (30):

4. Суммарная жесткость пружин виброизоляторов при равномерном распределении нагрузки между всеми виброизоляторами¹; вес плиты и одного человека на ней

Р = 70 · 1 · 0,6 + 0,75 · 80 = 95 кгс;

суммарная жесткость пружин [по формуле (31)]

K_пz = 95 · 7,8²/25 = 232 кгс/см.

Плита устанавливается на шесть виброизоляторов.

_____________

¹ Равномерность распределения нагрузки между отдельными виброизоляторами обеспечивается достаточной жесткостью плиты (приваркой к ней ребер жесткости).

5. Жесткость одного виброизолятора [по формуле (32)]

K'_пz = 232/6 ≈ 40 кгс/см.

При такой жесткости виброизолятора передвижения человека по плите будут вызывать ее сильные перемещения - плита будет зыбкой

Для уменьшения зыбкости плиты виброизолятор устраиваем из двух пружин различной жесткости по схеме рис. 13. Принимаем жесткость первой пружины K'_пz(1) = 40 кгс/см и жесткость второй пружины K'_пz(2) = 160 кгс/см.

Пружины устанавливаем так, чтобы при равномерном распределении веса человека между виброизоляторами плита опиралась на более мягкие пружины, а при нахождении человека над виброизолятором в работу включалась более жесткая пружина данного виброизолятора.

Для уменьшения зыбкости плиты при перемещениях по ней человека предварительно сжимаем виброизолятор.

Для выбора деформации от предварительного сжатия определим осадки пружины K'_пz(1) = 40 кгс/см при различных нагрузках на нее:

а) от веса плиты

б) от веса человека с коэффициентом 0,75, равномерно распределенного на все пружины площадки:

Деформация от предварительного сжатия не должна быть более

δ'₀ + δ"₀ = 0,146 + 0,25 = 0,396 см.

Окончательно принимаем δ₀ = 0,3 см.

6. Задаваясь величиной зазора δ₁ = 0,5 см, определим осадку виброизолятора при нахождении человека над виброизолятором

δ₁ + δ₂ = 0,5 + 0,24 = 0,74 см < 1 см.

Следовательно, требование условия (38) удовлетворено.

7. Предполагая, что на площадке могут одновременно находиться два человека (из которых один стоит непосредственно над виброизолятором), определим нагрузку на один виброизолятор по (33)

Определим нагрузку на каждую из пружин.

Осадка пружин от статической нагрузки при совместном их деформировании [по формуле (41)] при K_пz(1) = 40 кгс/см, K_пz(2) = 160 кгс/см:

Нагрузка на пружину с жесткостью K_пz(1) = 40 кгс/см [по (39)]

Р₁ = 40(0,3 + 0,5 + 0,57) = 54,8 кгс.

Нагрузка на пружину с жесткостью K_пz(2) = 160 кгс/см [по формуле (40)]

Р₂ = 160 · 0,57 = 91,1 кгс.

Пружины изготавливаются из пружинной стали с допускаемым напряжением на срез [τ] = 3000 кгс/см².

По требуемой жесткости путем подбора определяем характеристики пружин, которые приводим в табл. 24.

Таблица 24

Характеристики пружин виброизолятора

СОДЕРЖАНИЕ