МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»
Кафедра: Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
по курсу «Системы управления техническим обслуживанием и
ремонтом технологического оборудования»
Автор работы: Толстых Д.В. гр. Мм-215
Направление подготовки: 15.04.02 «Технологические машины и
оборудование»
Шифр: ____214044___
___ 10___
(Зачетной книжки)
(№ варианта)
Работа защищена:
___________________
(подпись, дата)
Принял: __________________
(подпись, дата)
_Пойманов В.В._
(фамилия, инициалы)
ВОРОНЕЖ – 2022 г.
Цель
работы:
освоение
практических
навыков
статического
и
динамического расчета фундаментов машин и аппаратов.
Краткие теоретические сведения
Фундаментом называется расположенное ниже спланированной поверхности земли искусственное, обычно бетонное сооружение, воспринимающее нагрузку от машины и передающее ее на основание (рис. 3.1)
Рис. 3.1. Бетонный центрально нагруженный фундамент: 1 – основание; 2 – песчаная
подушка или щебень; 3 – котлован; 4 – колодец под фундаментный болт;
5 – обрез фундамента; φ – угол естественного откоса.
Основанием
называется
часть
массива
грунтов,
непосредственно
воспринимающую нагрузку и вследствие этого подверженную деформациям под
ее
воздействием. Различают основания
естественные
и
искусственные.
Основание, состоящее из одного слоя грунта, называют однородным, а из
нескольких пластов – слоистым.
Обрезом фундамента называется его верхняя рабочая поверхность, а нижПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
Изм. Лист
№ докум
Разраб
Толстых Д.В.
Пров
Пойманов В.В.
Н. Контр.
Утв
Подпись
Дата
Расчет фундаментов под
технологическое оборудование
Литера
Лист
Листов
У
2
10
ВГУИТ гр.Мм-215
няя поверхность его соприкосновения с грунтом основания называется подошвой
фундамента.
Глубиной заложения фундамента является расстояние от поверхности
грунта до подошвы фундамента.
Грунтами называются раздробленные горные породы, состояние ив
различных по форме и крупности (менее 200 мм) минеральных частиц, пустоты
между которыми заполнены водой (раствором) или водой и воздухом (газом). В
соответствии с государственным стандартом различают грунты скальные,
крупнообломочные, песчаные, пылеватые и глинистые, биогенные и почвы, а
также искусственные грунты.
Фундаменты под оборудование рассчитывают по между предельных
состояний на статические и динамические нагрузки.
Основные требования расчета оснований и фундаментов по предельным
состояниям заключаются в том, чтобы усилия и напряжения, возникающие в
основаниях и фундаментах, а также их деформации и перемещения были близки
к установленным предельным значениям, но не превышали их. Это объясняется
требованиями экономичности, т.к. при невыполнении этого условия потребуется
устройство фундаментов с большими размерами подошвы, что приводит к
увеличению объемов строительных работ перерасходу материалов.
Расчетная часть. 1. Статический расчет фундамента и основания
Таблица 3.1
«Вариант к заданию №1»
Вариант
10
GM,
кН
34,6
Для
а, м
1,0
В, м
0,79
определения
GВР ,
кН
13,1
dp , м
1,0
расчетных
nр , мин1
1600
размеров
γ,
кН/м3
12,5
подошвы
Тип грунта
Песчаный,
пылеватый,
насыщенный водой,
плотный
фундамента
их
предварительно принимают по габаритам станины машины, добавляя припуск на
каждую сторону примерно по 0,1 м определяют по формуле
Лист
𝐴 = (𝑎 + 2 ∙ ∆) ∙ (𝛽 + 2 ∙ ∆),
(3.1)
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
3
Изм.
Лист
№ докумстанины
Подписьмашины;
Дата
где
а – длина
B – ширина станины машины; ∆ - припуск.
𝐴 = (𝑎 + 2 ∙ ∆) ∙ (𝛽 + 2 ∙ ∆), = (1 + 2 ∙ 0,1) ∙ (0,79 + 2 ∙ 0,1) = 1,188 м2 .
Вес фундамента определяют по формуле
𝐺ф = 𝐺𝑀 ∙ 𝑘,
(3.2)
где GM - вес машины в рабочем состоянии (с заполненным продуктом), кН; k –
коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку (для машин со статическими нагрузками k 1,5 для машин с динамическими нагрузками k 3,0).
𝐺ф = 34,6 ∙ 3 = 103,8 кН.
Высота фундамента определяется исходя из его веса определяют по
формуле
𝐻=
𝐺ф
𝐴∙𝛾ф
,
(3.3)
где γф = 20 кН/м3 – удельный вес для бетона
𝐻=
103,8
= 4,369 м.
1,188 ∙ 20
Глубина заложения фундамента определяют по формуле
𝑑 = 𝐻 − 𝑙,
(3.4)
где l – глубина заложения наземной части, l ≈ 0,15 м.
𝑑 = 𝐻 − 𝑙 = 4,369 − 0,15 = 4,219 м.
Расчётное сопротивление грунта определяют по формуле
𝑅 = 1,7 ∙ {𝑅0 ∙ [1 + 𝑘1 ∙ (𝐵 − 2)] + 𝑘2 ∙ 𝑦 ∙ (𝑑 − 3)},
(3.5)
где R0 – условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по табл. 6.1; k1, k2 –
Лист
коэффициенты, принимаемые по табл.6.2; B1 – ширина (меньшая сторона или
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
диаметр)
фундамента,
м, B1 = (B + 2 · ∆), γ – осредненное по слоям рас-4
Изм.
Лист
№подошвы
докум
Подпись
Дата
четное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы
фундамента, допускается принимать γ = 19,6 кН/м3.
𝑅 = 1,7 ∙ {150 ∙ [1 + 0,1 ∙ (0,99 − 2)] + 3 ∙ 19,6 ∙ (4,219 − 3)} = 351 кПа.
Площадь поверхности подошвы фундамента определяют по формуле
(𝐺М +𝐺Ф )∙𝑘
𝐴1 =
𝐴1 =
𝑅
,
(3,6)
(34,6 + 103,8) ∙ 3
= 1,18 м2 .
351
Фактическое давление на грунт определяют по формуле
𝑃=
𝐺М +𝐺Ф
𝑎∙𝐴
,
(3,7)
где α – коэффициент уменьшения, α 0,5.
𝑃=
34,6 + 103,8
= 232 кПа.
0,5 ∙ 1,188
Несущую способность основания под подошвой фундамента, которая
должна удовлетворять условию определяют по формуле
𝑃≤
𝑅
𝑦𝑛
,
(3,8)
где γп – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.
351
;
1,4
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
232 ≤ 250.
𝑃≤
Изм. Лист
№ докум
Подпись
Дата
Лист
5
Значение P удовлетворяет условия прочности и нет необходимости уменьшать
размер подошвы.
2. Динамический расчет оснований и фундаментов
Нормативная динамическая горизонтальная нагрузка определяют по
формуле
𝐹𝑛 = 𝜇 ∙ 𝐺 𝐵𝑃 ,
(3,9)
где GВР – вес каждого из роторов машины; μ – коэффициент пропорциональности, 𝜇 = 0,2.
𝐹𝑛 = 0,2 ∙ 13,1 = 2,62 кН.
Коэффициент упругого равномерного сжатия определяем по формуле
𝐴
С𝑧 = 𝑐 ∙ 𝐸 ∙ (1 + √ 0),
𝐴
(3,10)
где с – коэффициент, м-1, равный для песков 1, для глин и крупнообломочных
грунтов 1,5; Е – модуль деформации грунта; А – площадь подошвы фундамента;
А0 = 10 м2.
С𝑧 = 1 ∙ 15,9 ∙ (1 + √
10
) = 62 ∙ 106 Н⁄м2 .
1,188
Коэффициент упругого равномерного сдвига определяют по формуле
Изм. Лист
№ докум
Подпись
Дата
Лист
С𝑥 = 0,7 ∙ С𝑧 ,
(3,11)
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
6
С𝑥 = 0,7 ∙ 62 ∙ 106 = 43,4 ∙ 106 Н⁄ 2 .
м
Колеблющиеся массы определяют по формуле
𝑚=
𝐺М +𝐺Ф
𝑔
,
(3,12)
где 𝑔 – ускорение свободного падения, 𝑔 = 9,81 Н/кг.
𝑚=
𝐺М + 𝐺Ф 34,6 + 103,8
=
= 14,12 кг.
𝑔
9,81
Угловую частоту вынужденных колебаний определяют по формуле
𝑤 = 𝜋 ∙ 𝑛𝑝 /30,
(3,13)
где 𝑛𝑝 – частота вращения, 𝑛𝑝 = 1600 мин−1 .
𝑤 = 3,14 ∙ 1600/30 = 167,47 с−1 .
Угловая частота свободных горизонтальных колебаний машины с
фундаментом определяется по формуле
𝑤𝑋 = √𝐶𝑋 ∙ 𝐴/𝑚,
(3,14)
𝑤𝑋 = √43,4 ∙ 106 ∙ 1,188/14,12 = 1910,89 с−1 .
Лист
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
Изм. Лист
№ докум
Подпись
Дата
7
Амплитуда горизонтальных колебаний определяется по формуле
𝑎𝑋 =
𝐹𝑛
𝐶𝑋 ∙𝐴
2,62 ∙ 103
𝑎𝑋 =
∙|
43,4 ∙ 106 ∙ 1,188
Сравнение
амплитуда
∙|
1
1−
𝑤2
𝑤𝑋 2
|,
(3,15)
1
| = 0,00005 м.
167,472
1−
1910,892
горизонтальных
колебаний
с
допустимым
определяется по формуле
𝑎𝑋 ≤ аИ ,
(3,16)
где аИ - предельно допустимая амплитуда колебаний фундамента.
0,05 ≤ (𝑥 < 0,1).
Полученное значение расчетной амплитуды не превышает допускаемое.
Значит - условия выполнены.
3. Расчет фундаментных болтов
Таблица 3.2
«Вариант к заданию №2»
Тип и
Сила растяжения фундаментного
конструкция
Вариант
болта N, кН
фундаментного
болта
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
Прямые
Лист 10 № докум
Подпись Дата26
09Г2
фундаментные
Марка стали
фундаментного
болта
Изм.
Лист
8
болты,
закрепляемые
эпоксидным
клеем
Выбор конструкции и размеры фундаментного болта осуществляются в
зависимости от площади болта определяется по формуле
𝑆 = 𝑘0 ∙ 𝑁⁄𝑅𝑝 ,
(3,17)
где k0 –1,15 для динамических нагрузок в случае использования съемных болтов
с анкерными плитами; N – сила растяжения болта, Н; Rp – расчетное
сопротивление болта на растяжение, Па (𝑅𝑝 = 166,6 Па).
𝑆 = 1,15 ∙ 26⁄166,6 = 0,179 м2 .
Расчёт фундаментных болтов на растяжение по формуле
𝑁
𝑛ср ∙(𝜋∙𝑑б2 /4)
≤ 𝑅𝑝 ,
(3,18)
где 𝑑б - диаметр болта, мм; ncp – количество срезов в одном болте.
26
≤ 𝑅𝑝 ;
1 ∙ (3,14 ∙ 12 /4)
33,12 ≤ 166,6.
Условия выполнены.
Расчёт фундаментных болтов на срез по формуле
𝑁
Изм. Лист
№ докум
Подпись
Дата
Лист
≤ 𝑅ср ,
(3,19)
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
𝑛ср ∙(𝜋∙𝑑б2 /4)
9
26
≤ 𝑅𝑝 ;
1 ∙ (3,14 ∙ 12 /4)
33,12 ≤ 166,6.
Условия выполнены.
Вывод: во время выполнения практической работы мы освоили навыки
статического и динамического расчета фундаментов машин и аппаратов, а также
расчет фундаментых болтов на рястяжение и срез.
Лист
ПР-02068108-15.04.02-СУТОиРТО-10-2022
Изм. Лист
№ докум
Подпись
Дата
10
