Geum.ru

< Предыдущая
   Оглавление
   Следующая >


19.2. Защита от вибрационных колебаний

Вибрация представляет собой механические колебательные двинжения гармонического вида в механической системе. Причиной вибнрации являются возникающие при работе машин и механизмов ненуравновешенные силовые воздействия.

Основными параметрами вибрации являются частота (Гц); амнплитуда смещения (м или см); виброскорость (м/с); виброускорение (м/с); период колебаний (с).

В практике виброакустики весь диапазон частот вибрации разбинвается на октавные диапазоны. В каждом октавном диапазоне верхнняя граничная частота в два раза выше нижней, а средняя частота дианпазона равна квадратному корню из произведения верхней и нижней частот. Средние геометрические частоты октавных диапазонов нормированы и находятся в интервале от 1 до 2000 Гц (всего 12 среднечаснтотных диапазонов).

По способу передачи принято различать локальную вибрацию, пенредаваемую через руки, и общую вибрацию, передаваемую через опорнные поверхности сидящего или стоящего человека.

Наиболее опасны для человека частоты колебаний 6...9 Гц, так как они совпадают с собственной частотой колебаний внутренних органнов человека.

Нормирование вибрации. Различают санитарно-гигиеническое и техническое нормирование производственных вибраций. При санинтарно-гигиеническом нормировании вибрации по ГОСТ 12.1.012-90 "Вибрационная безопасность. Общие требования" и Санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.556-96 "Производственная вибрация, вибранция в помещениях жилых и общественных зданий" производится огнраничение параметров производственной вибрации рабочих мест и поверхностей контакта виброопасных механизмов с руками работаюнщего, исходя из физиологических требований. При техническом норнмировании осуществляется ограничение уровня вибраций с учетом технически достижимого уровня защиты от вибраций. Санитарнно-гигиенические нормы вибраций устанавливаются по стандарту ССБТ и Санитарным нормам для длительности рабочей смены 8 ч.

Требования ГОСТ 12.1.012-90 распространяются на рабочие места, на которых человек подвергается воздействию вибрации, маншины, оборудование и технологические процессы, являющиеся иснточниками вибрации. Показатели вибрационной нагрузки начелове- ка-оператора формируются из следующих параметров: виброускоренние (виброскорость); диапазон частот; время воздействия вибрации.

При оценке вибрационной нагрузки на человека-оператора преднпочтительным параметром является виброускорение.

Логарифмические уровни виброускорения (La), дБ, определяют по формуле

(19.23)

где а - среднее квадратическое значение виброускорения, м  с-2.

Логарифмические уровни виброскорости (Lv), дБ, определяют по формуле

(19.24)

где ν - среднее квадратическое значение виброскорости, м  с-1.

При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускоренния (U) или их логарифмические уровни (LU).

При интегральной оценке вибрации с учетом времени ее воздейнствия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемым паранметром является эквивалентное корректированное значение вибронскорости или виброускорения (Uэкв) или их логарифмический уровень (LUэкв).

Предельно допустимые величины нормируемых параметров пронизводственной локальной вибрации при длительности вибрационнонго воздействия 480 мин (8 ч) приведены в табл. 19.5.

Таблица 19.5. Предельно допустимые знамения производственной локальной вибрации

Среднегеометрические частоты октавных понлос, Гц

Предельно допустимые значения по осям Хп, Yn, Zn

виброускорения

виброскорости

м/с2

дБ

м/с 102

дБ

8

1,4

123

2,8

115

16

1,4

123

1,4

109

31,5

2,8

129

1,4

109

63

5,6

135

1,4

109

125

11,0

141

1,4

109

250

22,0

147

1,4

109

500

45,0

153

1,4

109

1000

89,0

159

1,4

109

Корректированные и эквивалентные знанчения и их уровни

2,0

126

2,0

112

В соответствии с нормами СН 2.2.4/2.1.8.556-96 допустимый уровень вибрации в жилых и общественных зданиях - это уровень фактора, который не вызывает у человека значительного беспокойстнва и существенных изменений показателей функционального состоянния систем и анализаторов, чувствительных к вибрационному возндействию. Допустимые значения нормируемых параметров вибрации в жилых помещениях приведены в табл. 19.6.

Таблица 19.6. Допустимые знамения вибрации в жилых помещениях

Среднегеометрические частоты полос, Гц

Допустимые значения по осям Х0, У0, Za

виброускорения

виброскорости

м/с2 10_3

дБ

м/с  10~*

дБ

1

2

3

4

5

2

4,0

72

3,2

76

4

4,5

73

1,8

71

8

5,6

75

1,1

67

16

11,0

81

1,1

67

31,5

22,0

87

1,1

67

63

45,0

93

1,1

67

Корректированные и экнвивалентные корректиронванные значения и их уровни

4,0

72

1,1

67

Примечание. В дневное время в помещениях допустимо превышение уровнней на 5 дБ.

Санитарно-гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими методами: частотным (спектральным) анализом нормируемого паранметра; интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра; интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Вибрационные системы состоят из элементов массы, упругости и демпфирования. В такой системе действуют силы инерции, трения, упругости и вынуждающие.

Сила инерции равна произведению массы М на ее ускорение dv/dt.

(19.25)

где v - виброскорость.

Сила FM направлена в сторону, противоположную ускорению. Сила действия упругого элемента, т. е. восстанавливающая сила, будет направлена в противоположную сторону и равна

(19.26)

где G - коэффициент жесткости упругого элемента, Н/м; х = х1 - x0 - смещение конца упругого элемента, м.

При вибрации упругих систем происходит рассеяние энергии в окружающую среду, а также в материале упругих элементов и в местах соединений деталей конструкции. Эти потери вызываются силами трения (диссипативными силами), на преодоление которых необрантимо рассеивается энергия источника вибрации.

Если рассеяние энергии происходит в элементе демпфирования, т.е. вереде с вязким сопротивлением, то диссипативная демпфируюнщая сила Fs прямо пропорциональна виброскорости ν:

(19.27)

где S - импеданс (сопротиаление) элемента демпфирования, Н  м/с.

Импеданс вибросистемы складывается из импедансов элемента демпфирования, массы и упругости. Импеданс вибросистемы имеет минимальное значение в резонансной области, где он определяется импедансом элемента демпфирования. Вне резонансной области имнпедансом S можно пренебречь. В диапазоне высоких частот движенние определяется вибрирующей массой Л/, а в диапазоне низких часнтот - жесткостью системы G.

Коэффициент потерь энергии с учетом импеданса составит

(19.28)

Защита от вибрации осуществляется воздействием на источник вибрации путем снижения вибрации на пути ее распространения с использованием следующих методов:

уменьшение или ликвидации возмущающих сил в источнике. Это достигается путем исключения возможных ударов и резких ускоренний;

изменение частоты собственных колебаний машины или устанновки для исключения резонанса с частотой возмущающей силы;

вибродемпфирование или вибропоглощение путем превращения энергии колебаний системы в тепловую энергию (использование мантериалов с большим внутренним трением: древесина, резина, пластнмассы);

виброгашение путем введения в колебательную систему дополнинтельных масс или увеличения жесткости системы путем установки агнрегатов на фундамент;

виброизоляция путем ввода в систему дополнительной упругой связи для ослабления передачи вибрации смежному элементу констнрукции или рабочему месту.

При проектировании технологических процессов и производстнвенных зданий и сооружений должны быть: выбраны машины с наименьшей вибрацией;

зафиксированы рабочие места (зоны), на которых работающие могут подвергаться воздействию вибрации;

определены требования вибробезопасности по санитарным норнмам с учетом временных ограничений воздействия вибрации, залонженных в технологический процесс и зафиксированных в проектной документации;

разработаны схемы размещения машин с учетом создания мининмальных уровней вибрации на рабочих местах;

произведена и указана в проектно-технологической документанции оценка ожидаемой вибрационной нагрузки на оператора;

выбраны строительные решения оснований и перекрытий, обеснпечивающие выполнение требований вибрационной безопасности труда;

выбраны и рассчитаны необходимые средства виброзащиты для машин или рабочих мест, обеспечивающие вместе со строительными решениями выполнение требований вибробезопасности труда.

Весьма эффективный метод снижения вибрации в источнике - исключение резонансных режимов работы оборудования. В этом случае даже при малых значениях дисбаланса и относительно небольших возбуждающих воздействиях уровень вибрационных параметров резнко возрастает. Для снижения уровня производственных вибраций важно исключить резонансные режимы работы технологического оборудования. При проектировании это достигается выбором рабончих режимов с учетом собственных частот машин и механизмов. В процессе эксплуатации возможно уменьшить жесткость агрегатов, а в некоторых случаях и их массы, что приводит к изменению значения собственных частот. Возможно изменение рабочих режимов оборундования. Все это следует учитывать, если машины и механизмы в пронцессе эксплуатации со временем становятся источником вибраций.

Виброгашение реализуется при увеличении эффективной жестконсти и массы корпуса машин или станин станков за счет их объединенния в единую замкнутую систему с фундаментом.

Виброизоляция является средством уменьшения динамических сил, передаваемых с виброактивной системы на другую, защищаемую от вибрации. Цель виброизоляции механизмов - создание таких уснловий на пути распространения колебаний, которые увеличили бы необратимые потери и тем самым уменьшили передаваемую от иснточника колебательную энергию.

В основе метода вибродемпфирования (вибропоглощения) лежит увеличение активных потерь в колебательных системах. Искусственнное увеличение потерь колебательной энергии в системе значительно уменьшает амплитуды колебаний особенно в резонансных областях.

Это достигается выбором материалов и конструкции с малой женсткостью и большим внутренним трением; использованием прокландок с малым значением модуля Юнга в местах сочленения отдельных элементов конструкции; искусственным демпфированием вибринрующей поверхности различными покрытиями. Вибропоглощение заключается в нанесении упруговязких материалов, обладающих большими внутренними потерями, на вибрирующие элементы маншины, причем вибропоглощающий материал должен быть плотно скреплен с колеблющейся поверхностью.

К основным характеристикам виброзащитных систем относятся собственная частота системы, механический импеданс и коэффициненты, определяющие процессы затухания вибраций и рассеяния энергии.

Свободная вибрация (Ft = 0) в отсутствие сил трения (Fs = 0) с тенчением времени не затухает.

При условии FM + FG, = 0 определяется собственная частота коленбаний вибросистемы:

(19.29)

При наличии сил трения (Fs ≠ 0) свободная вибрация (Ft = 0) заглухает. Амплитуда виброскорости при этом стечением времени убынвает.

Отношение потока энергии на входе в защитное устройство и на выходе из него W+/W- называют силовым коэффициентом зашиты при виброизоляции:

(19.30)

Степень защиты характеризуется также динамическим коэффинциентом защиты kх, равным отношению амплитуды смещения источнника к амплитуде смещения приемника.

Энергетический коэффициент защиты можно выразить в виде

(19.31)

Эффективность виброизоляции

(19.32)

Если потери в защитном устройстве отсутствуют (η = 0), то эфнфективность

(19.33)

< Предыдущая
   Оглавление
   Следующая >