Учебник - КШО - Живов (1031225), страница 73
Текст из файла (страница 73)
При этом амплитуда колебаний фундаментногоблока может достигать 1,5 мм и более. Под действием неоднократного динамического нагружения в грунте от фундаментного блока распространяются поперечные и продольные упругие волны, которые и называются вибрациями.Вибрации приводят к нежелательным последствиям:1) изменению механических характеристик грунта, что вызывает неравномерную осадку зданий и других строительных сооружений и может явитьсяпричиной их повреждения;2) искажению показаний приборов даже в далеко расположенных зданиях,вибрации технологического инструмента, обваливанию земляных литейныхформ и т. п.;3) вредному физиологическому воздействию на человека, так как основнаячастота виброколебаний находится в интервале инфразвуковых частот.387Раздел IV.
МОЛОТЫ1-^тП\[ВВРШРВВввпшпввпопиВ]ипипРис. 16.12. фундамент для штамповочного молотаОпорные виброизолированные фундаменты (рис. 16.12). Применяют ихдля смягчения воздействия ударного импульса на грунт и предупреждения распространения упругих волн. В этих фундаментах на грунт опирается железобетонный короб 2. Фундаментный блок 1 обычной конструкции свободно установлен на расположенных на дне короба амортизаторах 4 и виброгасителях 3.Амортизаторы воспринимают большую часть энергии первого смещенияфундаментного блока после удара, осуществляя тем самым его виброизоляцию.Воздействие на грунт будет тем меньше, чем больше масса блока или амплитудаупругого сжатия амортизаторов (рис.
16.13, а) - пружинных блоков из локомотивных и вагонных пружин. Однако пружинные амортизаторы очень слабо рас388г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотовк ф//т11*1^U ^фф*^* 1^ 1ф^^*абРис. 16.13. Опорный виброизолированный фундамент {а) и виброгасители (б)сеивают энергию колебаний фундаментного блока, поэтому необходимы ещеи виброгасители (рис. 16.13, б). Чаще всего для нихиспользуют резиновые подушки с большим внутренним трением.Приближенный расчет виброизолированногофундамента можно провести, пренебрегая упругостью подшаботной прокладки, жесткость с^ которой более чем на порядок выше по сравнению свиброизоляцией под фундаментным блоком. Темсамым массы блока т^ и опертого на него молотат^ (без падающих частей) можно объединить в одну т^ (рис.
16.14). По массе т^ падающие части наносят центральный удар, разгрузочную фазу которого характеризует коэффициент отскока к^^. Этопозволяет установить скорость блока Уф непосредственно после удара по формулеv^ =т -(1 +т + т^^OT)VOт (\ + k,,)v„т.(16.1)где т - масса падающих частей; VQ их скорость перед ударом.Рис. 16.14.
Схема установки молота на виброизолированном фундаменте389Раздел IV. МОЛОТЫВ процессе движения фундаментный блок подвержен действию силыинерцииР^^ = т^х,сопротивления виброгасителей, пропорционального скорости хблока:P.r = hx,перемещенияа также упругого сопротивления пружин и виброгасителей, пропорциональногоих деформации х\где h - коэффициент гашения.Таким образом, дифференциальное уравнение движения можно записатьв видет^х+ hx + СфХ =0или в канонической формеx + 25i + co^x=0,где 6 = h/(2m^) - коэффициент затухания; со =Jc^/m^(16.2)- круговая частота свободных колебаний блока.При начальных условиях: t = О, х = О и х = v^, общее решение уравнения(16.2) имеет видX = —е~^^ sin kt,кгде к =л/со^~6^.Максимальное перемещение фундаментного блока от удара падающихчастейх_=(0,92...0,86)Уф/сй.(16.3)Тогда на основании (16.1) и (16.3) масса фундаментного блока(0,92...0,86)Vom^^,Амплитудная характеристика виброизолированного фундамента не должнабыть слишком большой, иначе раскачка всего молота затруднит его эксплуатацию.
Однако она не должна быть и малой, чтобы блок не получился слишкомгромоздким или не возникло большого давления на грунт. Считают, что для ковочных молотов с m = 1000...5000 кг х^^^ ^ l98...2,4 мм, а для штамповочныхст= 1000...25000 кг х^^ = 2,5...5 мм.390г л ава 17. Термомеханический расчет паровоздушных молотовВ точных расчетах виброизолированных фундаментов дополнительно проверяют виброустойчивость против резонансных явлений, возникающих в связис возможным совпадением частот ударов падающих частей и собственно фундамента. Необходимо также установить, не превышает ли полное давление короба допускаемой прочности грунта.Глава 17.
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИИ РАСЧЕТПАРОВОЗДУШНЫХ МОЛОТОВ17.1. Термомеханическая систематепловой машиныДля тепловых машин типично взаимное преобразование термической и механической энергии, поэтому эти машины можно считать термомеханическимиили системами с двумя степенями свободы.У большинства тепловых машин, в том числе у паровоздушных и газовыхмолотов, термомеханическая система в качестве поверхностей раздела содержитцилиндр и поршень, а в качестве рабочего тела - находящийся в цилиндре газили водяной пар (далее пар). Подвижность поршня определяет механическуювнешнюю степень свободы, а ввод (отвод) газом или паром теплоты (термическая работа) в систему (из системы) - термическую внешнюю степень свободы.В этом смысле газ или пар исполняет функции переносчика энергии, поэтомуего часто называют энергоносителем.Если энергоносителю (газу) придают идеальные свойства: 1) силы взаимодействия между молекулами газа отсутствуют, а сами молекулы - это материальные точки, не имеющие геометрического объема и 2) свойства идеальногогаза в любой точке термомеханической системы идентичны, то равновеснуюсистему считают идеальной.
Равновесное состояние такой системы описываетсяуравнением КлапейронаpV = KRT,где р - давление газа в системе. Па; V - объем газа, ш \ К - масса газа, кг; R газовая постоянная, Дж/(кгК); Т- абсолютная температура, К.Для единицы массы идеального газа зависимость между давлением р и удельным объемом Гуд = VIК принимает видПреобразование энергии в системе, безусловно, подчинено закону сохранения энергии (первый закон термодинамики):dQ = dU + ApdV,(17.1)391Раздел IV.
МОЛОТЫсогласно которому поступившая в систему теплота dQ расходуется на изменениевнутренней энергии dU и совершение механической работы в связи с изменениемобъема системы: ApdVirjxQ А - тепловой эквивалент механической работы).В удельных величинах уравнение (17.1) примет видdq = dU^^ + ApdV^^.(17.2)В общем случае в координатах/? - F произвольный термодинамический процесс можно представить в виде политропы с показателем степени п:pV"" = const.При определенных значениях п это уравнение описывает следующие основные процессы: изобарный (п = 0), изохорный (п = оо), изотермический (п = 1).Процесс без теплообмена с внешней средой (dQ = 0) совершается по модифицированной политропе, называемой адиабатой, уравнение которой имеет вид/7F^ = const.(17.3)Показатель адиабаты к равен отношению удельных теплоемкостей при изобарном и изохорном процессах:к=Ср1су.Для двухатомных газов и их смесей (воздух) к= 1,4.Разность указанных теплоемкостей определяет другую термодинамическуюконстанту:Cp-Cy = AR.Сообщение термомеханической системе двух связанных между собой степенейсвободы само по себе не делает процесс преобразования одной энергии в другуюопределенным.
Например, нельзя без конца подогревать газ в цилиндре, повышаяего давление - рано или поздно поршень выйдет из цилиндра или произойдет поломка. Для того чтобы преобразование энергии продолжалось неопределенно долго, систему необходимо периодически возвращать в исходное состояние.Такое повторяющееся состояние термомеханической системы можно осуществить, если подвод и отвод теплоты, вызывающие соответствующие изменения объема газа, производить при различных положениях системы. Графики,отображающие эти процессы в координатах/7 - Кили T-S, образуют замкнутыекривые (рис. 17.1). Подобные процессы называют круговыми или циклами.В зависимости от направления цикла термомеханическую систему можно использовать в качестве теплового двигателя либо холодильной машины.Понятие энтропии S ясно из определения теплоты Q как термической работы, совершенной системой:dQ = TdS,392Глава 17.
Термомеханический расчет паровоздушных молотовPi 1bаАii 1 1 1 1S 1 1^ 111 \К'Vl i Vъа-^1 ._п<'?се dC-тТТ iOу\1 1[у^1 1 1V*/^^ЮЬУ,СV\ j ^^ ^ ^оgf^\о>>^fSРис. 17.1. Схемы циклических термомеханических процессов:р - V{a)\ T-S{6)где Q - в Дж; 5 - в Дж/К. Температура Т здесь - качественный фактор интенсивности протекания процесса теплового взаимодействия между системой и средой (сравните с понятием силы, перемещающей тело в пространстве), а элементарное изменение энтропии dS является количественной мерой (факторомэкстенсивности) состояния взаимодействующей системы (сравните с длинойпути, пройденного телом под действием силы).В тепловом двигателе термомеханическая система совершает прямой циклобратимых процессов/? =/(F).
Для выполнения этого условия формально необходимо, чтобы на координатной плоскости линия расширения цикла лежала вышелинии сжатия. В этом случае работа расширения, соответствующая площадиabcfga, превышает работу сжатия edfge (см. рис. 17.1, а), и в целом система совершает положительную работу против сил внешней среды.В прямом цикле системе сообщается положительная теплота Q (термическаяработа). Она определяется разностью теплоты gj, полученной в процессе возрастания энтропии, и Q2, отданной при последующем уменьшении энтропии:Q = Qi- Qi- Значит, должен существовать не только источник (нагреватель),передающий теплоту рассматриваемой термомеханической системе, но и определенная система, воспринимающая неиспользованную в процессе преобразования энергии теплоту (холодильник).Поскольку в круговом процессе не должно быть приращения внутреннейэнергии (все параметры и функции состояния системы в конце цикла равны первоначальным), по закону сохранения энергии теплота Q эквивалентна механической работе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
