N4, 2001

РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА МОДУЛЯ КАРТОНОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Лапин С.К.

ЛАПИН Сергей Константинович – к.т.н., член РОМГГиФ, главный специалист АОЗТ "Ленинградский Промстройпроект"

Большинство иностранных фирм при выдаче строительных заданий на проектирование фундаментов под оборудование считает необходимым одновременно выдать рекомендации по их конструктивному исполнению. При этом никакого обоснования целесообразности применения предлагаемой конструкции фундамента  к конкретным условиям не представляется. Как правило, предлагаемые конструктивные решения бывают усложненными. Наш опыт показывает, что такие конструкции фундаментов часто не только бывают совершенно не оправданными, а в отдельных случаях даже заведомо ухудшающими условия работы установленного на нем оборудования. Подтверждением сказанного могут служить результаты обследования фундамента модуля К0001EWR-VT, входящего в состав картоноделательной машины, установленной на фабрике по производству и переработке гофрокартона в городе Всеволожске Ленинградской области. Фундамент был выполнен в 1997 году.

Первоначально фундамент модуля картоноделательной машины К0001EWR-VT был разработан финской фирмой NCC PUOLIMATKA по заданию фирмы-поставщика оборудования. Конструктивное решение фундамента машины показано на рис. 1, 2. В зоне расположения модуля в общей монолитной железобетонной плите толщиной d=400 мм устроен утолщенный участок с приямком. Глубина заложения фундамента в этом месте составляет минус 0,923 м. По внутренним поверхностям приямка уложены клеящая прокладка и слой досок, пропитанных битумом, общей толщиной d=23 мм. В образованном изолированном пространстве был забетонирован монолитный фундаментный блок. Размер фундаментного блока в плане составляет 3,20х5,27 м, высота  h=600 мм. Последний является непосредственно основанием модуля К0001EWR-VT. Крепление машины к фундаменту выполнено анкерными болтами. По периметру приямок и фундаментная плита обрамлены металлическими уголками, а зазор между ними заполнен битумом.

 Модуль машины представляет собой систему цилиндров различной массы и диаметров, через которые пропускается бумажные полотна. Линейная скорость подачи бумаги при необходимости может плавно достигать  v=250 м/мин. Во время работы модуля картоноделательной машины возникает повышенный шум. На фундаментном блоке ощущается вибрация. Появление вибрации обусловлено недостаточной балансироой цилиндров. Данных о динамических нагрузках, возникающих при работе машины, Заказчик не предоставил.

На месте существующего модуля было намечено установить новый, обладающий большей производительностью. Посадочные размеры нового модуля машины несколько отличались в большую сторону от эксплуатируемого в настоящее время. Станина новой машины частично выступает за пределы существующей монолитной фундаментной железобетонной плиты.

С целью выбора оптимального решения  реконструкции существующего фундамента было проведено его вибрационное обследование.

 Измерение колебаний фундамента производилось с помощью вибропреобразователей типа К001 со шлейфовым осциллографом Н-044.1. Схема расположения точек замера вибрации показана на рис. 1 и 2. Измерения колебаний производились одновременно четырьмя вибропреобразователями. Два из них стояли непосредственно на фундаментном блоке и два – на поверхности опорной плиты. Контрольные точки располагались по главным осям фундаментного блока. Колебания измерялись в вертикальном (ось Z) и в горизонтальном (вдоль подачи бумажного полотна – ось Х) направлениях. Измерения колебаний выполнялись при трех скоростях протяжки бумажного полотна v= 58, 90 и 142 м/с, а так же при пуске машины до скорости протяжки бумажной ленты равной V= 90 м/с. Характерные участки осциллограмм приведены на рис. 3-6.

Результаты обработки осциллограмм сведены в таблицу.

Таблица. Параметры колебаний фундамента модуля К0001 картоноделательной машины при различных режимах его работы

На основание рассмотрения приведенных осциллограмм и результатов их обработки можно отметить следующее.

1. Колебания фундамента являются многокомпонентными и амплитудно-переменными во времени. В общем случае выявлены две наиболее устойчивые и постоянные во времени компоненты – одна на частоте f=5 Гц и другая на частоте – f=100 Гц. Кроме того, в отдельные периоды времени возникают составляющие колебаний на частоте – f=15 Гц.

2. По амплитуде – наибольшие колебания отмечены на частоте f=5 Гц. Максимальная амплитуда на этой частоте составила а=1,2 mм. Наименьшая - на частоте f=100 Гц. Амплитуды колебаний на этой частоте не превышали а=0,4 mм.

3. Колебания в вертикальном направлении в несколько раз превышают колебания в горизонтальном направлении. По характеру кинематической схемы работы машины нагрузки в вертикальном и горизонтальном направлениях между собой равнозначны. Разница в составляющих горизонтальных и вертикальных амплитуд колебаний обусловлена существенным различием  в жесткостных характеристиках по направлениям прокладочного материала, уложенного по контуру приямка плиты, а также различными жесткостными характеристиками самой плиты.

4. Составляющие вертикальных амплитуд колебаний рядом расположенных точек, одна из которых располагается на фундаментном блоке, а другая - на фундаментной плите, на разных частотах совершаются в фазе и практически с равными (в пределах точности измерений) амплитудами. Из этого можно заключить, что оба элемента фундамента картоноделательной машины ведут себя как одно целое. Иначе говоря, устроенный между этими элементами фундамента "виброизолирующий" слой в вертикальном направлении на частотах вращения цилиндров не вносит практически никаких изменений в работу системы "фундаментная плита + фундаментный блок + модуль машины". В тоже время в горизонтальном направлении при рабочем режиме возникают высокочастотные составляющие колебаний. Особенно отчетливо различие в поведении фундаментной плиты и фундаментного блока проявляется во время пуска машины в работу. Кратковременное увеличение амплитуд колебаний  во время пуска модуля в работу на частоте f=30 Гц на фундаментном блоке с а_х=0,5 mм до а_х=1,9 mм может указывать только на то, что фундаментный блок проходил через резонанс по одной из своих форм колебаний.

При прочих равных условиях, значительные различия в поведении фундаментного блока в вертикальном и горизонтальном направлениях при работе установленного на нем модуля машины, в первую очередь, может указывать на различный характер работы упругой прослойки в этих направлениях. В последствии это было подтверждено. При разборке фундамента оказалось, что деревянные прокладки по боковым граням фундаментного блока сгнили. В результате колебания блока в горизонтальном направлении происходили только за счет сдвиговых деформаций нижележащей подкладки. В вертикальном направлении колебания блока могли совершаться только в результате деформаций сжатия этой прокладки. В вертикальном направлении прокладка не имеет возможности бокового расширения и, следовательно, практически не имеет возможности упругой деформации. Поэтому ее жесткость сопоставима с жесткостью самой общей монолитной железобетонной плиты.

В результате этого обстоятельства блок с установленным на нем модулем машины в горизонтальном направлении находились в зарезонансном, а в вертикальном – в дорезонансном  режимах эксплуатации системы.

На основании полученных результатов было сделано два основных вывода.

Первый – устройство составного фундамента с введением разделительной прокладкой между фундаментным блоком и монолитной железобетонной плитой в диапазоне рабочих частот машины приводит к увеличению колебаний рабочей поверхности фундамента в месте опирания модуля машины. В свою очередь, это отрицательно может сказаться как на работе механизма самой машины, так и на качестве выпускаемой продукции.

Второй – при реконструкции фундамента с целью уменьшения его вибрации целесообразно горизонтальный шов между фундаментным блоком и плитой замонолитить и тем самым включить его в совместную работу с фундаментной плитой. После проведения этого  мероприятия станина нового модуля машины может одновременно опираться как на фундаментный блок, так и на фундаментную плиту без осуществления какой-либо кардинальной реконструкции всего фундамента в целом.

К сожалению, поставщик оборудования отказался согласовать такое решение, ссылаясь на традиционность принятой ранее конструкции фундамента. Руководству Всеволожской фабрики пришлось уступить поставщику оборудования, поскольку в противном случае он снимал с себя  гарантию на работу машины. В результате старый фундамент был полностью разобран и переделан по первоначальной схеме.