Эксплуатация и ремонт машин и оборудования НГП

 

  Задание.

  Определить  размеры фундамента, фундаментных болтов, статическую нагрузку и суммарное  удельное давление на фунт; проверить  фундамент на скольжение, рассчитать состав тяжелого бетона для фундамента. На основании исходных данных необходимо определить размеры фундамента, удельную нагрузку, проверить условие устойчивости грунта. Затем рассчитать максимальные удельное давление на грунт, опрокидывающий момент, проверить условие устойчивости сооружения и фундамента на скольжение. Необходимо определить размеры фундаментных болтов и рассчитать состав тяжелого бетона для фундамента.

  Исходные  данные.

  Длина рамы…………………………………………………………в=3,14 м.

  Ширина  рамы……………………………………………………… а=2,5 м.

  Расстояние  от центра вала до верхней плоскости  фундамента…с=0,9 м.

  Вес машины…………………………………………………………Q_М=68,7кН.

  Мощность  двигателя……………………………………………….N_дв=119,2кВт

  Диаметр шкива……………………………………………………..D_шк=1,2 м 

  Частота вращения вала компрессора………………………….….n=365 об/мин

  Радиус  кривошипа………………………………………………….r=0,125 м

  Сила  действия вращающихся неуравновешенных частей………Q_вр=780Н

  Сила  действия возвратно-движущихся частей…………………...Q_вп=2800Н

  Эксцентриситет……………………………………………………..е=0,5 м

  Глубина промерзания грунта……………………………………….h₂=1,5 м

  Высота наземной части фундамента…………………………….... h₁=0,3 м

  Диаметр болта……………………………………………………….d=20 мм

  Допускаемое напряжение на разрыв болта………………………..σ_р=80 МПа

  Сцепление металла с бетоном…………………………………….. σ_сц=0,5 МПа

  Плотность цемента…………………………………………………..ρ=1200 кг/м³

  Коэффициент...………………………………………………………К=0,65

  Класс бетона…….………………………………………………..….В20

  Тип грунта…………………………………………………………….13

  Расчет  фундамента. 

  

1. Удельное давление под подошвой фундамента Р

         

  где Р - удельное давление под подошвой фундамента, МПа;

  Q₀ - максимально возможная нагрузка на основание фундамента с учетом массы фундамента, Н;

  F_ф - опорная площадь основания (подошвы) фундамента, воспринимающая нагрузку от веса машины или аппарата, м²;

  [σ₀] - допустимое удельное на грунт, т.к. тип грунта известняк [σ₀] =0,08-1,5, МПа.

2. Высота фундамента Н определяется наземной и подземной частью, и зависит от геологических и эксплуатационных условий монтажа машины. Геологические условия, т.е. глубина залегания прочных материковых фунтов, подпочвенных вод, глубина промерзания грунта, предопределяют высоту подземной части фундамента h₁ а эксплуатационные условия - высоту наземной части h₂.

  

3. Вес фундамента

  

  где м³ - объем фундамента;

  

- ширина фундамента,

  

- длина фундамента.

  ρ - плотность материала, из которого сооружен фундамент, кг/м³.

4. Полная нагрузка на фундамент

5. Проверяем условие устойчивости грунта, на который  опирается ее основание. При нецентральном  приложении нагрузки с эксцентриситетом  давление у краев фундамента определяем следующим образом, при е ≤ в/4

  а₁, в₁ - соответственно ширина и длина фундамента, м

6. Суммарная сила инерции движущихся и горизонтальная составляющая вращающихся неуравновешенных частей:

  где Q_вn - вес деталей, движущихся возвратно-поступательно, Н;

        Q_вр - вес вращающихся неуравновешенных деталей, Н;

         r - радиус кривошипа, м;

         n- частота вращения вала.

7. Натяжение клиноременной передачи

  где N_дв - мощность двигателя, кВт;

  η=0,94 - КПД клиноременной передачи;

  D_ш - диаметр шкива компрессора, м;

  n - частота вращения вала компрессора, мин

8. Величина максимального динамического усилия

9. Величина  момента, стремящегося опрокинуть сооружение и создающего дополнительное удельное давление на грунт

  

  где Н' - расстояние от подошвы фундамента до оси вала компрессора, м.

  

        h₁ - высота подземной части фундамента, м;

  h₂ - высота надземной части фундамента, м;

     с - расстояние от центра вала до верхней плоскости фундамента, м.

10. Этот момент должен быть уравновешен моментом устойчивости

  

  где Q_M - вес монтируемой машины, Н;

        Q_Ф, - вес фундамента, Н;

        в₁ - длина фундамента, м.

11. Условие устойчивости сооружения будет обеспечено, если коэффициент запаса устойчивости К_у, представляющий собой отношение момента устойчивости к опрокидывающему моменту, равен

        

  

12. Величина  дополнительного удельного давления на грунт, возникающею от максимального  опрокидывающего момента

  

13. Суммарное удельное давление на основание грунта для машин, при работе которых  возникают инерционные силы

  

14. При этом удельное давление не должно превосходить давления, допускаемого для грунта, на который будет опираться подошва  фундамента.

<[σ₀] =0,08-1,5

0,16<1,5

15. Проверка фундамента на скольжение по его основанию при коэффициенте трения скольжения но грунту f₁=0,6 (бетон по грунту)

     

16. При расчете крепления оборудования определяют величину заделки фундаментного болта в бетон из условия равнопрочности материала болта на разрыв и сцепления его с бетоном

  где σ_р - допускаемое напряжение на разрыв материала болта, МПа;

       σ_сц - сцепление болта с бетоном, МПа;

       d - внутренний диаметр резьбы болта.

  Учитывая, что σ_р = 80...200 МПа и σ_сц = 0,3…0,7 МПа, получаем для гладких болтов l₀= 30 ...40 d=600…800мм, для болтов с крючком l₀= 10...15 d=200…300мм.

17. Прочность тяжелого бетона с учетом марки цемента и инертных заполнителей определяется по формуле

  где R₆ — предел прочности бетона после 28 дней твердения, МПа (в нашем случае R₆=20 МПа);

  К - коэффициент, зависящий от вида инертного заполнителя (для гравия К = 0,5, для щебня К = 0,55);

  R_ц — марка (предел прочности) цемента, МПа;

  Ц/В  — цементно-водное отношение (величина, обратная водо-цементному отношению).

18. Определяем водоцементное соотношение по весу

_{где К – коэффициент, зависящий от инертного наполнителя;}

     R_ц — марка цемента соответствует пределу прочности на сжатие цемента, МПа;

      R₆ — марка (класс) цемента соответствует пределу прочности на осевое сжатие цемента, МПа;

  Для водоцементного отношения 0,8 объемные соотношения составляют

  1: 2,8:4,8, а потребность цемента на 1 м³ бетона — 200 кг.

19. Объем воды на 1 м³ бетона определяется по водоцементному соотношению

  где В_о - объем воды, лит;

        Ц_в - расход цемента, кг.

20. Для определения объемов составных частей бетона массу цемента переводят в объем

  где ρ - плотность цемента, кг/м³.

22. По объемным соотношениям определяют объем песка П₀ и гравия Г₀,

1 на 1 м³ бетона: