Работа № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

Цель работы — научиться подбирать амортизаторы расчетным и экспериментальным путем.

Общие сведения

Виброизоляция – это колебательное движение материальной точки или механической системы.

Причиной возникновения вибраций являются возмущающие силы, которые возникают при работе машин. Их источниками могут быть движущиеся возвратно-поступательные детали, например, в поршневых двигателях, компрессорах, виброуплотнителях бетонных и асфальтобетонных смесей, пневматических молотах и других виброинструментах и машинах. Возмущающие силы возникают также при вращении неуравновешенных масс, например, роторов электрических машин, паровых и газовых турбин, а также при вращении любых деталей, в которых может появиться дисбаланс или из-за неточности изготовления, или из-за конструктивных особенностей машины.

Вибрации, возникающие при работе машин, при отсутствии защиты передаются на организм человека, вызывая в нем функциональные расстройства. По характеру воздействия на организм различают общую и локальную (местную) вибрации. Общая вибрация организма возникает при передаче колебаний через площадку, основание или пол при работе стоя или через сиденье при работе сидя. Локальные вибрации воздействуют на руки рабочего при работе с механизированным электрическим и пневматическим инструментом или передаются через органы управления машиной при работе на дорожных механизмах, строительных и транспортных машинах.

Отдельные части тела и внутренние органы (например, голова, сердце, желудок, печень) можно рассматривать как колебательные системы с определенной массой и упруговязкими связями. Такие системы обладают собственными частотами колебаний, и при совпадении частоты вибрации (вынужденных колебаний) с этими частотами возникают резонансные колебания, которые особенно опасны для организма человека.

Локальные вибрации вызывают спазмы (сужения) сосудов, изменения в нервно-мышечной системе и костно-суставном аппарате. Ухудшается снабжение кровью пальцев рук, кисти или рук в целом, нарушается тактильная чувствительность кожи, уменьшается подвижность суставов, возникают боли в суставах, руки становятся более чувствительными к холоду. Эти симптомы сопутствуют заболеванию, называемому виброболезнью. Виброболезнь — это профессиональное заболевание, которое поддается эффективному лечению только на ранних стадиях. В более тяжелых случаях заболевание приводит к инвалидности.

Нормы вибраций (рис. 1) установлены стандартом (ГОСТ 12.1.012—90 (1996) ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования). Этим стандартом установлены допустимые среднеквадратичные значения виброскорости и допустимые уровни виброскорости: локальной вибрации 1, общей вибрации транспортной 2, транспортно-технологической 3, технологической 4.

Диапазон частот вибраций разбивается на октавные полосы со среднегеометрическими частотами 1, 2, 3, 4, 8, 16, 31, 5, 63, 125, 250, 500, 1000, Гц.

Среднегеометрическая частота , где f₁ и f₂ — граничные частоты полосы; в октавной полосе f₂=2f₁. Частота f=1/T, Гц, где T — период колебаний, с. Угловая частота ω =2π f.

Кроме частоты, вибрацию характеризуют следующие параметры: А_т — амплитуда смещения, м; V_m — амплитуда скорости, м/с; а_т — амплитуда ускорения, м/с².

В практике виброакустических исследований вибрации оцениваются не амплитудными значениями параметров, а действующими значениями, т. е. средними квадратичными значениями мгновенных значений параметра.

При гармонических колебаниях средние квадратичные значения виброскорости и виброускорения можно выразить через амплитудные значения соответственно ; .

Виброскорость и виброускорение принято выражать в уровнях параметра относительно условного нулевого порога. Уровень параметра — это логарифмическое отношение абсолютного значения параметра к пороговому (опорному) значению, выбранному в качестве начала отсчета.

Уровень виброскорости L_V=10lg(V²/V₀²)=20lg(V/V₀) дБ, уровень виброускорения L_a=20lg(a/a₀)дБ; V₀=5·10^-8 м/с и а₀=3·10^-4 м/с² — пороговые значения виброскорости и виброускорения.

Защита от вибрации

Одним из способов защиты работающих от вибрации является виброизоляция машин. Под виброизоляцией понимают установку машины на амортизаторы, т. е. на упругие элементы, пружинные или резиновые, обладающие небольшой жесткостью. С применением амортизаторов уменьшается передача вибраций от машины на основание. Передача вибраций зависит от соотношения частот — собственной частоты колебаний системы и частоты вынужденных колебаний. Собственная частота колебаний машины, установленной на амортизаторы, определяется свободными колебаниями, возникающими при отсутствии возмущающих сил. Свободные колебания происходят с собственной частотой ω _о, которая зависит только от параметров системы: , где К — жесткость амортизаторов, Н/м;

т — масса машины, кг.

Частота вынужденных колебаний определяется частотой возмущающей силы. Если возмущающая сила возникает из-за вращения неуравновешенной массы с угловой скоростью ω, то частота вынужденных колебаний равна ω, при этом смещение машины изменяется по гармоническому закону а=А_msinω t, где а— смещение машины, м; А_m -амплитуда смещения, м; ω — частота вынужденных колебаний, 1/с.

Амплитуда колебаний в установившемся режиме

(1)

где F_m – амплитуда возмущающей силы, Н; µ - коэффициент передачи.

Коэффициент передачи — это отношение силы, передающейся через пружины на основание, к амплитуде возмущающей силы. Коэффициент передачи зависит от соотношения частот:

(2)

В этой формуле F_осн – амплитуда силы, действующей на основание.

При изменении частоты вынужденных колебаний от 0 (машина не работает) до определенной постоянной величины (заданная скорость вращения вала двигателя) коэффициент передачи сначала увеличивается и при совпадении частот ω /ω _о =1 стремится к бесконечности. При этом возникает резонанс колебаний, а амплитуда резко возрастает. Затем коэффициент передачи с ростом ω уменьшается, амплитуда колебаний при этом также уменьшается. Коэффициент передачи дважды принимает значение µ=1 при ω =0 и при ω /ω _о= .

Когда , коэффициент передачи µ< 1, при этом вибрации, передающиеся на основание через амортизаторы (пружины), становятся меньше вибраций, передающихся от машины, установленной без амортизаторов на основание. Амортизаторы подбирают с запасом, чтобы отношение частот получалось больше трех ω /ω _о ≥ 3. При таком отношении частот амортизаторы считаются эффективными, коэффициент передачи тогда принимает значение µ ≤ 1/8.

Уменьшение передачи вибраций от машины на основание путем установки ее на амортизаторы называется виброизоляцией машин.

Благодаря виброизоляции машин уменьшаются вибрации на рабочих местах, расположенных вблизи от машины, но вибрации самой машины могут оставаться достаточно большими.

Виброизоляция машины может быть определена расчетом. Расчет амортизаторов проводится в следующем порядке. Исходными данными для расчета являются параметры вибраций: амплитуда виброскорости (или амплитуда смещения и виброускорения), частота вынужденных колебаний, число и параметры пружин, массы машины с основанием и фундаментной плиты. Жесткость пружинных амортизаторов (Н/м) определяется по формуле:

(3)

где G — модуль сдвига стали, Н/м²; d — диаметр проволоки пружины, м; D — диаметр пружины, м; i — число витков пружины; n— число пружин.

Собственная частота колебаний

(4)

где m₁ — масса машины с основанием, кг; т₂ — масса фундаментной плиты, кг.

Угловая частота вынужденных колебаний (1/с), ω = 2π f, где f — частота вынужденных колебаний, Гц. Коэффициент передачи, .

Среднеквадратичное значение виброскорости установки (м/с) без амортизаторов , где V_m— амплитуда виброскорости. Среднеквадратичное значение виброскорости установки с амортизаторами (м/с) V₂=µV₁. Логарифмические уровни виброскорости установки (дБ) без амортизаторов и с амортизаторами соответственно

L₁ = 20lg(V₁/V₀), L₂ = 20lg(V₂/V₀)

(5)

Полученные уровни виброскорости сравниваются с допустимыми уровнями.

Когда частота колебаний рабочего места приближается к собственной частоте колебаний внутренних органов и отдельных частей тела, действие вибраций становится весьма опасным, так как возможно повреждение отдельных частей тела. Особенно опасны вибрации для отдельных органов, прежде всего для головного мозга, с частотой 6... 9 Гц, а для рук — 30...80 Гц.

Гигиеническую оценку вибрации, воздействующей на человека, производят: или частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра; или интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра; или дозой вибрации.

В зависимости от принятого метода гигиенической оценки вибрации нормируются различные гигиенические характеристики вибрации

(ГОСТ 12.1.012—90) и СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация. Вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми являются кинематические параметры: средние квадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни L_v) или виброускорения а — для локальной вибрации в октавных полосах частот; для общей вибрации в октавных и 1/3-октавных полосах частот.

Общая и локальная вибрации нормируются раздельно в октавных полосах частот.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒