Расчет средств защиты от вибрации

Основные понятия и определения

Вибрация, возникающая при работе машин, механизмов и их элементов, носит характер сложного (иногда импульсного) колебания. Сложный периодический колебательный процесс можно представить в виде суммы гармонических функций:

, (10.1)

где A_i, φ _i - амплитуда и фаза i-й гармоники; t -время; Т- период колебаний.

Вибросмещение на основной (несущей) частоте:

x(t) = Asin(ω ₀t +φ ), (10.2)

где ω ₀ = 2π f₀= 2π /T - угловая частота колебаний.

Виброскорость и виброускорение соответствуют первой и второй производным по времени вибросмещения. Амплитудные значения виброскорости и виброускорения соответственно равны:

V_m = 2π f₀A; . (10.3)

Для оценки воздействия вибраций на организм человека проводят спектральный анализ, рассматривая зависимости средних квадратических значений амплитуд виброскоростей и виброускорений от частоты. Для удобства построения спектрограмм вибрации весь интересующий интервал делят на октавные или третьоктавные полосы частот. Октавная полоса частот (октава) - это полоса частот, верхняя/в и нижняя/н частоты которой связаны соотношением f_в = 2 f_н.

Третъоктавная полоса частот (третъоктава) - такая полоса частот, верхняя и нижняя частоты которой связаны соотношением . Средняя частота полосы определяется как среднегеометрическая из значений граничных частот. Ввиду широких пределов изменения параметров вибраций используют логарифмические уровни (в дБ) виброскорости L_v и виброуокорения L_a:

L_v = 20lgV/V₀; L_а = 20lgа/а₀, (10.4)

где V₀ =5·10^-8 м/с и а₀ = 10^-6 м/с² - опорные значения виброскорости и виброускорения.

Гигиеническую оценку вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях, необходимо производить согласно ГОСТ 12.1.012-90 [16].

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на:

а) общую, передающуюся через опорные поверхности сидящего или стоящего человека;

б) локальную, передающуюся через руки человека.

Для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратичные значения виброскорости V или виброускорения а и их логарифмические уровни - для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или третьоктавных полосах частот.

Общую вибрацию в зависимости от условий труда подразделяют на три категории (см. ГОСТ 12.1.012-90 [16]). В табл. 6.1 приведены допустимые параметры общей вибрации категории 3а (технологической) на постоянных рабочих в производственных помещениях.

Для общей вибрации категории 3в на рабочих местах в помещениях для работников умственного труда допустимые значения должны быть умножены на коэффициент 0, 14, а уровни уменьшены на 17 дБ. Вибрация, удовлетворяющая гигиеническим нормам, ни в одной из третьоктавных (или октавных) полос не должна превышать приведенных значений.

Вредное воздействие вибрации на человека зависит от времени действия. Нормы вибрации установлены для производственных помещений при длительности воздействия на человека 480 мин. При времени фактического воздействия 10 мин < Т < 480 мин значения нормируемых параметров вибрации и или их уровней L_u определяются по формулам:

, (10.5)

Для снижения параметров вибрации оборудования до нормируемых величин применяют следующие методы виброзащиты: виброизоляция, динамическое гашение колебаний, демпфирование и др. Одним из наиболее эффективных является виброизоляция. Этот метод реализуется введением дополнительной упругой связи между источником вибрации и защищаемым объектом.

Степень реализации виброзащиты можно охарактеризовать коэффициентом динамичности æ:

, (10.6)

Зависимость æ от частотного отношения η = ω ₁/ω ₀ имеет вид:

, (10.7)

и графически представлена на рис. 11.

Таблица 6.1

Допустимые значения параметров общей вибрации категории 3а

Среднегеометрическая частота, Гц	Виброускорения	Виброскорости
м/с²	дБ	м/с·10^-2	дБ
Треть-октава	Октава	Треть-октава	Октава	Треть-октава	Октава	Треть-октава	Октава
1, 6	0, 090	0, 14			0, 90	1, 30
2, 0	0, 080		0, 64
2, 5	0, 071		0, 46
3, 15	0, 063	0, 10			0, 32	0, 45
4, 0	0, 056		0, 23
5, 0	0, 056		0, 18
6, 3	0, 056	0, 11			0, 14	0, 22
8, 0	0, 056		0, 12
10, 0	0, 071		0, 12
12, 5	0, 090	0, 20			0, 12	0, 20
16, 0	0, 112		0, 12
20, 0	0, 140		0, 12
25, 0	0, 180	0, 40			0, 12	0, 20
31, 5	0, 220		0, 12
40, 0	0, 285		0, 12
50, 0	0, 355	0, 80			0, 12	0, 20
63, 0	0, 455		0, 12
80, 0	0, 560		0, 12

Рис. 11. Зависимость коэффициента динамичности от частотного отношения

Из графика следует:

1) если ω ₁ < ω ₀, то æ → 1, т.е. вынуждающая сила действует как статическая, полностью передаваясь основанию;

2) при ω ₁ = ω ₀имеет место резонанс, который может стать причиной аварийной или предаварийной ситуации;

3) при ω ₁ > ω ₀, æ ≤ 1 и эффективность виброизолятора возрастает с увеличением η. Поэтому условием хорошей работы виброизоляторов является ω ₁/ω ₀ > . Опытом установлено, что при η = 2, 5...5 эффективность виброизоляторов составляет 81...96%.

Приближенно эффективность виброизоляторов U (%) определяют через коэффициент динамичности æ:

U = 100(1 - æ ), (10.8)

ослабление уровня вибрации ∆ L (дБ) оценивают по формуле:

, (10.9)

демпфирующие свойства неидеально упругого виброизолятора характеризуются относительным демпфированием ν = b / ω ₀.

Серийно выпускаемые виброизоляторы классифицируются по виду материала упругого элемента или способу введения демпфирования. Различают резинометаллические, пружинные и цельнометаллические виброизоляторы с сухим трением, а также недемпфированные. К последним относят виброизоляторы, демпфирующие свойства которых определяются внутренним трением в материале упругого элемента.

Упругим элементом резинометаллических виброизоляторов является фасонный резиновый массив, соединенный с деталями металлической арматуры с помощью вулканизации. Достоинства виброизоляторов этого типа заключаются в простоте их конструкции, в широком диапазоне изменения их упругих характеристик, определяющихся как маркой применяемой резины, так и конфигурацией упругого элемента. Свойства резины определяют ограничения на применение этих виброизоляторов при неблагоприятных условиях эксплуатации: повышенная или пониженная температура и влажность, наличие масел, паров бензина, кислот, щелочей. Упругий элемент пружинных виброизоляторов представляет собой фасонную пружину - коническую или экспоненциальную. По сравнению с резинометаллическими виброизоляторами пружинные обладают большим ресурсом работы, их упругие характеристики гораздо меньше зависят от внешних условий, могут работать в агрессивных средах. Демпфирование в виброизоляторах этого типа создается искусственно. Кроме того, они рекомендуются для виброизоляции оборудования, имеющего скорость вращения п < 1800 об/мин, резинометаллические - п > 1800 об/мин.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒