动力设备基础加固探讨

康麟张军宝

[提要]：对原设计H型钢柱与四根后加混凝土柱做加固处理，柱脚做整体混凝土基础（保证下部运输皮带工作所需净空尺寸），使颚式破碎机的自重及运动荷载直接由混凝土基础承担，解决现状中钢柱柔度大的问题。在原框梁底部进行重新合理配筋重新浇筑连梁，避免钢筋再次破坏，延长破碎机底部基础结构寿命。

[关键词]：动力设备基础 加固 破碎机 设计 位移

[Abstract ]: the original design of H type steel column and four with concrete column for reinforcement, column do integral concrete foundation ( lower transport belts guarantee required clearance size ), so that the jaw crusher weight and exercise load directly from concrete foundation to assume, to solve the current situation of steel column in large flexibility problem. In the original box beam bottom to reasonable reinforcement to pouring reinforced beams, avoids being damaged again, extend the crusher foundation at the bottom of the life of structures

[Keyword]:foundationstrengtheningbreakerdesignshift

辽宁北票市盛隆有限公司铁矿选矿厂选用的破碎机为沈阳顺达重矿机械制造有限公司制造的PEF0912颚式破碎机机体重约45t，其中动颚重约16t，动颚摆动产生较大的惯性力，致使推力板对调整座造成很大的周期性冲击作用，如果基础设计不当，机体和基础产生震感不可避免。

一、分析现工程概况，存在问题如下：

1. 北票市盛隆有限公司铁矿选矿厂颚式破碎机左右两边底座采用的是混凝土加楔铁基础的结构形式，这是传统方法，不适用于颚式破碎机基础设计。

颚式破碎机工作时，底座是周期性受力，负荷大小随破碎物料的性质和粒度大小而变化，波动较大，机体和基础受冲击作用，会产生强烈振动。振动会使机体在垂直和水平两个方向都有微小的位移，从而造成螺栓的松动和二次浇灌混凝土层的表面磨损，严重时会引起二次浇灌层产生破裂、楔铁和二次浇灌层失效，以及地脚螺栓的断裂。

2. 颚式破碎机前后两边底座分别与H型钢柱连接，底座与钢柱间垫有约2cm厚的输送皮带。H型钢尺寸900mm×300mm×18mm×20mm（如图1），平面布置如图2所示。

图1H型钢柱尺寸

该H型钢为窄翼缘钢，经计算，其惯性矩

Ix= =9.04×107mm4，

Iy= 327.77×107mm4，

Ix<< Iy；

长细比λx= 74.81，λy= 12.36，λx>>λy。

式中l为钢柱高，A为钢柱横截面积。

图2H型钢柱平面布置示意图

颚式破碎机动颚的水平摆动方向为图2中y轴方向，而H型钢柱在y轴方向的惯性矩很小，长细比却较大，所以原设计中钢柱的布置方向不合理，必然造成机体工作时的震动。后增设四根混凝土柱并用角钢连接钢柱，以图阻止钢柱沿y轴向的摆动进而达到消震的目的，但混凝土柱均分别设在钢柱的两侧，不能有效抵抗钢柱的y向震动，所以起到的作用微小，对消震于事无补。

3. 颚式破碎机与基础顶板连接，由螺栓固定在框梁上（见图3），在扩螺栓孔时破坏框梁底部中间受力钢筋并使其失去作用，由此导致的问题是框梁配筋率减小，下部受拉承载力大大下降，梁下部易出现张拉裂缝，进而产生垮塌可能。

图3颚式破碎机地脚螺栓与框梁连接图

二、针对上述问题，现提出以下解决方法：

1. 对原设计H型钢柱与四根后加混凝土柱做加固处理，柱脚做整体混凝土基础（保证下部运输皮带工作所需净空尺寸），使颚式破碎机的自重及运动荷载直接由混凝土基础承担，解决现状中钢柱柔度大的问题。对原框梁进行重新合理配筋重新浇筑，避免钢筋再次破坏，延长破碎机底部基础结构寿命。

2. 破碎机与基础连接时，对楔铁加二次混凝土灌浆的连接方法进行改进，进一步消震并避免二次灌浆层的破裂以致返修。

三、设计方案：

1. 设计在颚式破碎机底座处设混凝土柱（3180mm×1570mm）两根，柱底部设整

图4改进基础平面

体底座与原基础底板锚筋连接、上部设一道拉梁（400mm×600mm），柱脚为1.0米高整体基础与原基础锚筋（螺栓）连接为整体。两钢柱两侧设钢柱支撑，中间设八字支撑，控制钢柱水平位移。运用大型结构计算软件PKPM进行建模计算，建立模型如图4、图示。

图5柱加固平面

沈阳顺达重矿机械制造有限公司制造的颚式破碎机PEF0912机体重约m0=45t，其中动颚重约m1=16t，动颚行程s=12~15mm（取15mm计算），电机JR127-8转速ω=750n/min，由此计算破碎机运转时产生的惯性力F计算如下：

动颚摆动周期T= =0.08s；

动颚摆动加速度a= ；

惯性力F=m1a=16t×75m/s2=1200kN。

○1按颚式破碎机工作时产生的力作用于四根柱顶考虑，四根砼柱分别受竖向荷载和动颚摆动的横向荷载。保守考虑破碎机满载时的重量m=1.2×m0=54t，机体满载工作时向下的作用力Fv=（m-m1）×g+F=1580kN，每根砼柱所承受的作用力Fv1=Fv/2=790kN。每根砼柱能承受的力Fcr= 。

式中E——C30混凝土的弹性模量，30kN/mm2;

I——砼柱截面的转动惯量，I= =1.8×108mm4;

l¬¬——设计砼柱高，2.5m；

μ——砼柱长度因数，按一端固定另一端自由考虑，取2。

显然Fcr>Fv，砼柱能够满足竖向承载要求。

下面计算砼柱在横向惯性力作用下柱端挠度值。

作用在每根砼柱上的横向惯性力FH=F/2=600kN，则柱上端的挠度 0.058mm，水平最大位移角约为1/77000<1/550。

以上是将砼柱按底端固定上端自由计算，非常保守，根据计算结果，所设计砼柱完全满足要求。

柱底为整体基础高度为1.0m，砼柱下设暗梁拉接，基础底座与原有基础采用植筋连接，通过计算采用φ20螺纹筋间距800连接。且采用8-φ36螺栓钻入地基微风化花岗岩层1.0m锚固，在原有砼基础表面凿毛、清洗后刷界面剂使新旧砼连为一体。

颚式破碎机与基础连接形式采用的是混凝土加楔铁，混凝土加楔铁基础结构形式是传统的方法，但却不适于颚式破碎机，其原因是颚式破碎机是周期性受力工作，负荷大小随破碎物料的性质和粒度大小而变化，设备工作时所受冲击负荷波动大，会产生强烈振动，对基础影响比较大。主要表现为：○1由于设备的机座处于强烈振动中，在垂直和水平方向都有微小的位移，造成机器底座与基础二次浇灌层表面产生快速磨损，由磨损导致底座与水泥基础松动，因此需要经常紧固地脚螺栓。○2由于底座松动会引起整台设备产生跳动，这样会导致地脚螺栓断裂。○3由于设备跳动，引起二次浇灌层产生破裂，同时使楔铁松动，从而使楔铁和二次浇灌层失去作用。破碎物料硬度越高，粒度越大，基础使用时间越短。

对此设计在底座和混凝土层之间加橡胶垫，取代原来的楔铁，并在二次灌浆混凝土中添加钢筋网，具体做法：

○1二次灌浆层采用压浆法调平安装，其平面尺寸同原楔铁尺寸。

3. 颚式破碎机PEF0912机体重约45t，其中动颚重约16t，动颚摆动产生较大的惯性力，致使推力板对调整座造成很大的周期性冲击作用。机体内调整座后有两块调整垫板，设计在调整垫板之间加入输送皮带作为缓冲垫，皮带尺寸与垫板尺寸相同。缓冲垫能减小推力板对调整座的冲击动量，进而达到减震目的。加入缓冲垫示意图如图7所示。

考虑到加入缓冲垫后，调整垫板在机体工作过程中容易窜出，设计在调整垫板上加焊2块压板，消除调整垫板窜出的问题。

图7颚式破碎机推力板调整垫板加缓冲垫示意图

综合以上各种加固措施，预计全部完成施工后能使原结构达到安全要求，震动将明显减弱，且有一定的安全保证系数。达到安全生产的要求。

参考书目：

1、《混凝土结构加固设计规范》-------------中国建筑工业出版社（2006-6） 梁坦 王永维等

2、《混凝土结构设计规范》-------------中国建筑工业出版社（2002-10） 李明顺 徐有邻等

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。