ماشین آلات سنگین با جرم‌های ضربه‌ای، دورانی یا رفت و برگشتی نیازمند فونداسیونی هستند که توان تحمل بارهای دینامیکی و ارتعاشات ناشی از آن را داشته باشد.

با توجه به اینکه روند و معیار طراحی فونداسیون ماشین‌آلات در مقررات ملی ساختمان و استانداردهای سازه‌ای مشخص نشده، طراحی فونداسیون این سازه‌ها نیازمند همکاری مهندس ژئوتکنیک، مهندس سازه، کارفرما و سازنده ماشین می‌باشد. هریک از افراد مورد اشاره فاکتورهای مهمی در نظر دارند که باید در طرح نهایی اعمال شود.

در طراحی فونداسیون‌های بتنی که به عنوان بستر ماشین آلات دینامیکی قرار می‌گیرند می بایست به موارد زیر توجه نمود:

• شناسایی نیروهای مورد انتظار که در طول عمر سازه فونداسیون به آن وارد می شودضوابط عملکردی مورد نظر برای ماشین، فونداسیون و انسان
• تناسبات اعضای سازه ای
• ملاحظات ویژه ای که می بایست در مورد اتصالات مابین ماشین و فونداسیون در نظر داشت
• عدم تداخل فونداسیون با فونداسیون یا سایر تجهیزات و ماشین آلات
• در نظر گرفتن بازشو های عبور لوله و کابل‌ها و همچنین دسترسی‌های مورد نیاز جهت تعمیر و کنترل ماشین

بارهای وارد بر فونداسیون:

بارهایی که به سازه فونداسیون وارد می شود می توانند استاتیکی یا دینامیکی باشند. بارهای استاتیکی به طور عمده تابع وزن ماشین دینامیکی مورد نظر و تجهیزات جانبی آن مانند لوله ها هستند. اما نیروهای دینامیکی ناشی از بهره برداری دستگاه بوده و شامل موارد زیر است:

1. نیروهای نامتعادل ناشی از خود تجهیز
2. اینرسی اعضای متحرک
3. حرکت سیال درون ماشین
4. بار ناشی از زلزله
5. بار خرابی ناگهانی

لازم به ذکر است دامنه این بارهای دینامیکی در درجه اول به سرعت کاربری دستگاه بستگی دارد و در مراحل بعدی به نوع، اندازه ماشین، وزن و آرایش اجزای متحرک داخل دستگاه مربوط می شود.

اهداف مهمی که مهندس محاسب در طراحی فونداسیون ماشین آلات دنبال می کند چیست؟

• محدود کردن ارتعاشات سیستم ماشین-فونداسیون به دامنه‌ای مشخص که بهره برداری خود دستگاه را با مخاطره مواجه نکند.
• جلوگیری از مضرات و مخاطرات انسانی به افراد و سازه‌های اطراف.

دامنه های مجاز بستگی به سرعت، موقعیت، حساسیت و عملکرد ماشین دارد. سایر ضوابط دینامیکی که طراحی را محدود می‌نماید شامل دور نگه داشتن کافی فرکانس بار از فرکانس اساسی سیستم فونداسیون-ماشین برای جلوگیری از تشدید و انتقال پذیری بیش از حد بار دینامیکی به بستر خاکی است.

خاک می تواند تاثیر بسیار مهمی بر روی پاسخ دینامیکی سیستم بگذارد بنابراین بهتر است پارامترهای مورد نیاز خاک مانند مدول برشی دینامیکی خاک از مطالعات محلی و بررسی‌های آزمایشگاهی استخراج شود تا بر اساس در نظر گرفتن یک بازه از طبقه بندی کلی خاک، بدلیل تغییرات ذاتی خاک، پاسخ دینامیکی فونداسیون‌های ماشین آلات اغلب با استفاده از محاسبات بر روی بازه ای از مقادیر برای خصوصیات خاک بحرانی صورت می‌گیرد.

به علاوه اینکه سازه یا فونداسیون قرار گرفته در زیر ماشین آلات می بایست دارای مقاومت سازه ای مناسبی باشد که برای بدترین ترکیب بارگذاری که در طول عمر بهره برداری آن اتفاق می افتد طراحی شده باشد. غالبا این مساله با محدود کردن فشار وارده به خاک به مقادیر مجاز، برای اطمینان از یک پاسخ دینامیکی قابل پیش بینی و جلوگیری از نشست زیاد و گسیختگی خاک برآورده می شود. همچنین اعضای بتنی به گونه ای طراحی و جزییات بندی می شوند که از بوجود آمدن ترک ناشی از خستگی و برگشت تنش که در اثر بار دینامیکی ایجاد می گردد جلوگیری شود.

به طور کلی در طراحی بلوک فونداسیون لازم است چارچوب زیر رعایت گردد:

• عموما تراز زیر فونداسیون باید بالاتر از تراز آب زیرزمینی و بر روی خاک بکر قرار گیرد.
• وزن بلوک فونداسیون باید 2 تا 3 برابر وزن ماشین دوار و 3 تا 5 برابر ماشین آلات پیستونی باشد.
• تراز روی بلوک فونداسیون باید حداقل 30 سانتیمتر بالاتر از تراز تمام شده کف باشد.
• حداقل ضخامت بلوک فونداسیون باید ماکزیمم 0/6 متر، طول انکراژ بولت ها و 20 درصد کوچکترین بعد آن در نظر گرفته شود.

• طول فونداسیون از نیاز وزنی فونداسیون با توجه به ضخامت و عرض تعیین شده حاصل می‌گردد. لازم به ذکر است که به منظور تامین دسترسی تعمیرات، طول فونداسیون 30سانتیمتر بزرگتر از طول حاصل شده در نظر گرفته می شود.
• ابعاد فونداسیون باید به نحوی تنظیم شوند که مرکز ثقل ماشین و تجهیزات در فاصله حداکثر 5 درصدی ابعاد فونداسیون در هر جهت، نسبت به مرکز ثقل فونداسیون قرار گیرد.

طراحی فونداسیون ماشین آلات چه اهمیتی دارد؟

پایه و اساس هر ماشینی نقش مهمی در عملکرد و طول عمر آن دارد. زمانی که فونداسیون به‌خوبی طراحی شود، پایداری و ارتعاشات را به خوبی به سمت خودش جذب می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که از انحرافات بیش از حد جلوگیری شود و این‌گونه عملکرد دقیق و قابل‌اعتماد دستگاه را تضمین می‌کند. طراحی پی ماشین آلات مناسب نه‌تنها برای خود دستگاه بلکه برای سازه‌های اطراف و ایمنی پرسنل نیز ضروری است.

چه عوامل بر طراحی پی ماشین آلات اثر دارند؟

عوامل متعددی بر طراحی پی ماشین آلات تأثیر می‌گذارند و درک این موارد برای مهندسان و طراحان بسیار مهم است:

·         نوع و اندازه ماشین

ماشین‌های مختلف دارای بار، نیروهای دینامیکی و ویژگی‌های عملیاتی متفاوتی هستند. طراحی فونداسیون باید طوری تنظیم شود که نیازهای خاص هر نوع ماشین را برآورده کنند.

·         نیروهای دینامیکی

ماشین‌ها در حین کار نیروهای دینامیکی از جمله ارتعاشات و نوسانات را تولید می‌کنند. فونداسیون باید طوری طراحی شود که این نیروها را جذب و تعدیل کند تا از اثرات نامطلوب بر عملکرد دستگاه جلوگیری شود.

·        شرایط خاک

خاک زیر پی به طور قابل‌توجهی بر پایداری ساختمان تأثیر می‌گذارد. مهندسان باید مطالعات خاک را برای درک ویژگی‌های خاک و پایه‌های طراحی که می‌توانند ظرفیت باربری و ویژگی‌های نشست خاک را تحمل کنند، انجام دهند.

·        شرایط محیطی

عوامل خارجی مانند دما، رطوبت و محیط‌های خورنده می‌توانند بر مواد و یکپارچگی پی ماشین آلات تأثیر بگذارند. در طول فرایند طراحی فوندانسیون ماشین آلات باید به این عوامل توجه ویژه‌ای داشت.

·        مکان و چیدمان

محل قرارگیری ماشین در داخل یک تأسیسات و چیدمان آن در طراحی پی ماشین آلات نقش مهمی دارد. توجه به دسترسی به تعمیر و نگهداری، نزدیکی به ماشین‌آلات دیگر و رعایت مقررات ایمنی بسیار مهمی هست و حتماً باید در زمان طراحی آن‌ها را لحاظ کرد.

اصول اولیه طراحی فوندانسیون ماشین آلات چیست؟

در طراحی پی ماشین آلات باید از اصول اساسی برای اطمینان از اثربخشی و طول عمر دستگاه پیروی کرد. این فرایند معمولاً شامل مراحل زیر است:

1. اولین قدم در طراحی فونداسیون ماشین آلات، تعیین بارهایی است که پی باید تحمل کند. این شامل بار استاتیکی ماشین، بارهای دینامیکی تولید شده در حین کار و هرگونه بار اضافی ناشی از نیروهای خارجی است. مهندسان از این اطلاعات برای محاسبه توزیع بار کلی روی پی استفاده می‌کنند.
2. درک شرایط خاک برای طراحی فونداسیون ماشین آلاتی که بتواند بارها را تحمل کند و از مشکلات نشست جلوگیری کند، بسیار حیاتی است. تحقیقات خاک شامل تجزیه‌وتحلیل ترکیب خاک، ظرفیت باربری و پتانسیل نشست هست. مهندسان از این داده‌ها برای تصمیم‌گیری آگاهانه در مورد نوع و عمق فونداسیون استفاده می‌کنند.
3. تجزیه‌وتحلیل دینامیکی برای ماشین‌هایی که در حین کار ارتعاش ایجاد می‌کنند، نیز بسیار مهم است. این تجزیه‌وتحلیل به تعیین فرکانس طبیعی فونداسیون کمک می‌کند و تضمین می‌کند که با فرکانس کاری دستگاه مطابقت ندارد. مکانیسم‌های میرایی مناسب برای کاهش ارتعاشات و جلوگیری از آسیب به ماشین و سازه‌های اطراف تعبیه شده است.
4. طراحی ساختاری فونداسیون شامل انتخاب مواد و ابعاد مناسب برای اطمینان از پایداری و استحکام دستگاه است. برای تحمل بارهای دینامیکی ممکن است نیاز به آرماتور باشد و عواملی مانند محدودیت‌های انحراف و سختی فونداسیون به‌دقت در نظر گرفته می‌شوند.

آشنایی با طراحی پی فونداسیون ماشین های ابزار

ماشین‌ابزارها از جمله ماشین‌های تراش و ماشین‌های فرز به دلیل دقت و ماهیت کارایی بالا، الزامات خاصی برای طراحی فونداسیون دارند. ملاحظات برای طراحی فونداسیون ماشین های ابزار فراتر از اصول اولیه ذکر شده در قبل است و شامل عوامل مختلفی است.

·         دقت و صحت

ماشین‌ابزارها بادقت بالایی کار می‌کنند و طراحی پی آن‌ها بسیار حیاتی هست. لرزش یا حرکات می‌تواند منجر به عدم دقت ابعادی در قطعات ماشین ابزارها شود. فونداسیون باید سکوی پایداری را فراهم کند که هرگونه انحراف یا لرزش را به حداقل برساند و از دقت ماشین ابزار اطمینان حاصل کند.

·         استحکام و سختی

استحکام و سختی از ویژگی‌های اساسی پی ماشین ابزارها هستند. عدم استحکام می‌تواند منجر به تولید صدای مضاعف و کاهش دقت ماشین‌کاری شود. فونداسیون ماشین ابزارها باید طوری طراحی شود که به‌اندازه کافی مستحکم باشد تا در برابر نیروهای برشی مقاومت کند و از هرگونه حرکت ناخواسته در حین کار جلوگیری کند.

·         میرایی و اتلاف انرژی

میرایی یک ماده یا سیستم به میزان اتلاف انرژی و کاهش ارتعاشات آن اشاره دارد. در طراحی پی ماشین آلات ابزار، میرایی مؤثر برای به‌حداقل‌رساندن ارتعاشات ایجاد شده در طول فرایندهای برش بسیار مهم است. مهندسان اغلب از مواد یا مکانیسم‌های میرایی برای جذب و اتلاف انرژی تولید شده توسط ماشین ابزار استفاده می‌کنند.

·         پایداری حرارتی

ماشین‌ابزارها در حین کار گرما تولید می‌کنند و این گرما می‌تواند بر پایداری فونداسیون تأثیر بگذارد. ملاحظات پایداری حرارتی شامل طراحی پایه برای دفع مؤثر گرما و جلوگیری از اعوجاج‌های مربوط به دما تأثیرگذار است. تهویه و عایق حرارتی کافی است در طراحی فونداسیون برای رفع این نگرانی‌ها گنجانده شود.

·         تنظیم و ترازکردن

ماشین ابزار برای دستیابی به نتایج دقیق، نیاز به تنظیم و تراز شدن دقیق دارند. فونداسیون باید طوری طراحی شود که تراز آسان و دقیق ماشین ابزار به‌آسانی صورت بگیرد. نحوه صحیح ترازکردن نیز برای اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه باید بر روی یک پلت فرم ثابت و یکنواخت صورت بگیرد، جلوگیری از هر گونه کج‌شدن یا ناهماهنگی بسیار مهم است.

·        یکپارچه‌سازی صنعت ۴.۰

با ظهور صنعت ۴.۰ (Industry 4.0)، تمرکز بر روی ادغام فناوری‌های هوشمند در فرایندهای تولید گسترش یافت. طراحی فوندانسیون ماشین ابزارها می‌توانند از حسگرها و سیستم‌های نظارتی بهره‌مند شوند که داده‌های بلادرنگ در مورد شرایط پی، از جمله سطوح ارتعاش، دما و مسائل احتمالی ساختاری را ارائه می‌دهند. این داده‌ها می‌توانند استراتژی‌های تعمیر و نگهداری پیش‌بینی، کاهش زمان خرابی و افزایش کارایی کلی را فعال کنند.

·        ملاحظات پایداری

شیوه‌های پایدار و سازگار با محیط زیست در حال تبدیل‌شدن به یک جزء جدایی‌ناپذیر از مهندسی مدرن هستند. هنگام طراحی پی ماشین آلات ابزار، باید به مواد سازگار با محیط زیست و روش‌های ساخت توجه کرد. علاوه بر این، راه‌حل‌های کارآمد انرژی، مانند ترکیب مواد بازیافتی یا بهینه‌سازی استفاده از منابع در طول ساخت‌وساز، به اکوسیستم تولید پایدارتر کمک می‌کند.

·        پایه‌های مدولار

در کاربردهای خاصی که انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری بسیار مهم است، طرح‌های پی مدولار محبوبیت پیدا می‌کنند. این طرح‌ها امکان نصب آسان‌تر، جابه‌جایی یا گسترش ماشین‌ابزار را فراهم می‌کند. پایه‌های مدولار را می‌توانید به شکل از پیش‌ساخته شده استفاده کنید تا زمان و هزینه‌های ساخت‌وساز در محل را کاهش دهید.

·        کنترل تطبیقی در آن واحد

ازآنجایی‌که فرایندهای ماشین کاری پیچیده و سخت هستند، سیستم‌های کنترل تطبیقی آن واحد با ماشین‌ابزارها ادغام شده‌اند. این سیستم‌ها می‌توانند به‌صورت پویا پارامترهای ماشین‌کاری را بر اساس شرایط واقعی شناسایی کرده و در حین کار تنظیم کنند. پی ماشین ابزارها باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که تغییرات دینامیکی بالقوه در بارها و نیروهای مرتبط با کنترل تطبیقی را ارائه دهند و از پایداری و دقت اطمینان حاصل کنند.

·        همکاری با سازندگان ماشین ابزار

همکاری نزدیک بین طراحان پی و سازندگان ماشین ابزارها ضروری به نظر می‌رسد. درک الزامات و مشخصات خاص ماشین ابزار در حال نصب امکان طراحی فونداسیون مناسب‌تری را فراهم می‌کند. این رویکرد مشارکتی تضمین می‌کند که فونداسیون ویژگی‌های ماشین ابزار را تکمیل می‌کند و عملکرد و طول عمر آن را به حداکثر می‌رساند.

علم طراحی فونداسیون ماشین ابزار به طور مداوم در حال پیشرفت است. ارائه آموزش مداوم برای مهندسان، معماران و متخصصان ساخت‌وساز درگیر در طراحی فونداسیون، برای مطلع شدن از آخرین پیشرفت‌ها، فناوری‌ها و بهترین شیوه‌ها ضروری است.

اهمیت و توجه به پیشرفت تکنولوژی در طراحی ماشین‌ آلات صنعتی

به‌طورکلی طراحی پی ماشین آلات پیچیده و چندرشته‌ای است که نیاز به درک عمیقی از مهندسی سازه، مکانیک خاک و دینامیک ماشین دارد. أصول مطرح شده، پایه‌ای را برای مهندسان و طراحان فراهم می‌کند تا به طور سیستماتیک به فرایند طراحی نزدیک شوند و اطمینان حاصل کنند که پی و فوندانسیون‌ها ماشین‌ آلات به بشینه عملکرد بهینه خود برسند.

با پیشرفت تکنولوژی و پیچیده‌تر شدن ماشین‌ها، اهمیت دقت در طراحی فونداسیون ماشین های ابزار پر رنگ‌تر شده است. پیشرفت در طراحی پی‌ها همچنان روبه‌افزایش است و آینده تولید و مهندسی را شکل می‌دهد. توجه به طراحی فونداسیون ماشین‌آلات در ساناپی، به عنوان پایه‌ای اساسی برای عملکرد بهینه و پایداری پروژه‌ها در نظر گرفته می‌شود. سانا پی کوشیده است با بهره‌مندی از بهترین طراحی ماشین آلات از کیفین پروژه‌های خود اطمینان حاصب نماید.