Dynaamisten rasitusten kuormittaman koneperustuksen esisuunnitteluvaiheen mitoitus

Abstract

Opinnäytetyön aihe syntyi yrityksen tarpeesta arvioida koneiden perustusten tilantarvetta jo projektin esisuunnitteluvaiheessa. Työssä perehdyttiin kaksitasoisen koneperustuksen stabiliteettitarkasteluun. Tarkoituksena oli tuottaa tarjousvaiheeseen sopiva laskentataulukko, jolla voitaisiin arvioida perustuksen päämitat yksinkertaisesti ja ilman mitoitusohjelmia.

Teoriaosuus käsittelee koneperustusten suunnittelun periaatteita ja niille tyypillisiä rasituksia, kuten värähtelyä. Laskentaosuudessa tarkasteltiin perustusten staattista tasapainoa dynaamisten voimien aiheuttamien momenttien kautta eri kuormitusyhdistelmissä. Esimerkkitapauksena ollut kahteen tasoon rakennettu koneiden perustus on kokonaisuudessaan monimutkainen. Se kannattelee useita laitteita, jotka kaikki aiheuttavat suuria staattisia ja dynaamisia rasituksia perustukseen ja maaperään. Työssä on lisäksi esitelty esimerkkejä runkorakenteesta sekä koneiden liitoksista perustukseen.

Koneperustuksia varten on hyvin haastavaa laatia vain yhdenlaista laskentapohjaa, koska jokainen tapaus on yksilöllinen. Tähän opinnäytetyöhön laadittu rasitukset erotteleva ja summaava Excel-taulukko toimii riittävänä pohjana tehtäessä samankaltaisiin kokonaisuuksiin esisuunnittelua, koska stabiliteettitarkastelua voidaan suorittaa ilman tarkkoja rakennesuunnitelmia tai maakohtaisia tietoja.

Lopputuloksena todettiin alustavien mittojen olleen stabiliteetin kannalta riittäviä ja Excel-taulukon toimivan. Koska suunniteltua vertailua FEM-analyysiin ei voitu tehdä, tehtiin laskentataulukolla samat stabiliteettitarkastelut myös toisen samankaltaisen koneen perustuksiin. Sekin päätettiin suunnitella samoilla alustavilla mitoilla kuin alkuperäinen kohde. Tarkasteltiin myös tapausta, jossa kahden moottoriyksikön korvaa yksi tehokkaampi moottori. Jatkossa taulukkoa muokataan myös muiden yleisimpien sekoituskoneiden perustusten tarkastelua varten sopivaksi ja tutkitaan koneiden sijoittelun vaikutusta perustusten kokoon. Myös teknisten maaparametrien lisääminen taulukkoon koettiin jatkossa aiheelliseksi.

The subject of this thesis originated from the company’s need to assess the space requirement of machine foundations in the pre-design phase of a project. The stability of a two-level machinery platform was examined. The aim was to produce a calculation worksheet for estimating the main dimensions of a block foundation that is suitable for preliminary planning.

The theoretical section of this thesis explores the principals of machine foundation design and their typical loads such as vibration. The calculation chapter examines the static balance of the structure by calculating the moments caused by dynamic stress in different load combinations. The studied example case is a complex structure supporting multiple devices all of which cause high static and dynamic loads on the foundation and ground. The thesis has examples of platform frame structure as well the machine connections to the foundation.

It is challenging to produce only one type of worksheet suitable for different compositions because every case is unique. The produced Excel spreadsheet sorts and adds up the loads. It works as a sufficient basis for similar examinations in the pre-design phase because it does not require precise construction drawings or country-specific information.

The result of the calculations confirmed that the stability is sufficient with the preliminary dimensions and the spreadsheet is functioning as intended. Because it was not possible to do the planned comparison with a FEM-analysis, another stability examination was done with a similar machinery platform complex. It was also decided to design with the same dimensions. In case in which a single more powerful motor unit replaces the double motor unit that was in the original platform was also examined. In the future the worksheet will be modified for the examination of other most commonly used machines use with type of foundations and exploring the effect of the placement of the devices. Also adding the technical parameters of the ground to the worksheet was found to be justified.