Основные понятия и определения. Расчет средств защиты от вибрации

Расчет средств защиты от вибрации

Практическая работа 2.

Вибрация — это механические колебания, передаваемые по жидким или твердым средам. Вибрация аналогична шуму по физической приро­де.

Термином «вибрация» чаще всего пользуются там, где колебания имеют относительно малую амплитуду и не слишком низкую частоту. Например, едва ли можно применить термин «вибрация», говоря о ко­лебаниях маятника или о раскачивании людей.

Вибрация представляет собой кинетическую энергию, передава­емую машине или человеку. Причинами ее возникновения являются неуравновешенные силовые воздействия, источниками которых слу­жат:

· возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, вибротрамбовки и др.);

· неуравновешенные вращающиеся массы (например, ручные элек­трические шлифовальные машины).

В отдельных случаях вибрации могут создаваться также ударами де­талей (зубчатые зацепления, подшипниковые узлы).

Неуравновешенные силы появляются в результате дисбаланса, при­чиной которого может быть неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения и др.

Основными понятиями теории вибрации являются:

1.вибрационные параметры: виброперемещение, виброскорость и виброускорение;

2.механический импеданс;

3.собственная частота.

Вибрации, встречающиеся в технике, как правило, имеют характер, близкий к гармоническому, а имеющие место в ряде случаев периодиче­ские процессы можно легко представить как наложение гармонических колебаний, т.е. колебаний, при которых колеблющаяся величина изме­няется по закону синуса (косинуса).

Для гармонических колебаний величина отклонения колеблющейся точки от положения равновесия (виброперемещение х) определяется по формуле:

х = хт sin (ωt + φ), (2.1)

где хт — амплитуда виброперемещения; φ — начальная фаза колебаний в момент времени t — 0; ω = 2π f — круговая частота; f — частота колебаний.

Виброскорость (υ) и виброускорение (а) являются соответственно первой и второй производной по времени от виброперемещения, в связи с чем определяются из следующих соотношений:

υ = ωхт cos(ωt + φ) = υт cos(ωt + φ); (2..2)

a =ω²хтsin(ωt + φ) = - a тsin(ωt + φ),

где υт, a т — максимальные значения соответственно виброскорости и виброускорения колеблющейся точки.

Абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, из­меняются в очень широких пределах, поэтому в практике используется понятие уровня параметров. Уровни виброскорости и (Lυ) и виброуско­рения (L a) определяются по формулам:

(2.3)

где υ и a — соответственно средние квадратичные значения виброско­рости (м/с) и виброускорения (м/с²); υ0 = 5 — опорное значение виброскорости, м/с; a0 = 1 — опорное значение виброускорения, м/с².

Средние квадратичные значения величины υ или а — это значения, равные корню квадратному из усредненной за определенный промежу­ток Т времени суммы квадратов мгновенных значений υ (t) или a(t) (рис. 2.1).

(2.4)

Для исследований вибраций весь диапазон частот (так же как и для шума) разбивается на октавные диапазоны.

Рис. 2.1. Среднеквадратичное значение вибрации

Механический импеданс (Z) определяется как отношение вынужда­ющей силы (F), приложенной к системе, к результирующей колебатель­ной скорости v в точке приложения силы

. (2.5)

Собственная частота — это частота свободных колебаний системы, т.е. колебаний без переменного внешнего воздействия и поступления энергии.

Собственная частота колебаний систе­мы (f 0), определяется по формуле:

, (2.6)

где К — жесткость пружины; М — масса груза.

При равенстве собственной частоты колебаний системы частоте вы­нужденных колебаний возникает явление резонанса, приводящее к рез­кому увеличению амплитуды колебаний.

*11111*

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 f_в и нижняя f_н частоты которой связаны соотношением f_в = 2·f_н.

Tpeтьoктaвнaя полоса частот (третьоктава) - такая полоса частот верхняя и нижняя частоты которой связаны соотношением

. (2.7)

Средняя частота, полосы определяется как среднегеометрическая из значений граничных частота. Ввиду широких пределов изменения параметров вибраций используют логарифмические уровни (в дБ) виброскорости L_v и виброуокорения L_a:

; , (2.8)

где V - значение виброскорости, м/c;

L - значение виброускорения м/с²;

V₀ =5×10^-8 м/с и =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 [21].

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 a иих логарифмические уровни - для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или трегьоктавных полосах частот.

Общую вибрацию в зависимости от условий труда подразделяют на три категории [21]. В таблице 2.1 приведены допустимые параметры общей вибрации категории 3а (технологической) на постоянных рабочих в производственных помещениях.

Таблица 2.1 - Допустимые значения параметров общей вибрации категории 3а [21]

Среднегеометрическая. частоты, Гц	Виброускорения	Виброскорости
м/с^2	дБ	м/с ^. 10^-2	дБ
Третьоктава	Октава	Третьоктава	Октава	Третьоктава	Октава	Третьоктава	Октава
1,60	0,090	0,14			0,90	1,30
2,00	0,080		0,64
2,50	0,071		0,46
3,15	0,063	0,10			0,32	0,45
4,00	0,056		0,23
5,00	0,056		0,18
6,30	0,056	0,11			0,14	0,22
8,00	0,056		0,12
10,00	0,071		0,12
12,50	0,090	0,20			0,12	0,20
16,00	0,112		0,12
20,00	0,140		0,12
25,00	0,180	0,40			0,12	0,20
31,50	0,220		0,12
40,00	0,285		0,12
50,00	0,355	0,80			0,12	0,20
63,00	0,455		0,12
80,00	0,560		0,12

Для общей вибрации категории Зв 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 приведенные значения.

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 10мин < t < 480 мин значения нормируемых параметров вибрации u_t, приведенных выше, или их уровней определяются по формулам:

; . (2.9)

где u_t, L_t – допустимые значения параметров вибрации и их уровней при длительности ее воздействия t;

u₄₈₀, L₄₈₀ – допустимые значения параметров вибрации и их уровней при длительности ее воздействия 480 мин;

t –время воздействия, мин.

Для снижения параметров вибрации на работающем и проектируемом оборудовании до нормируемых величин в инженерной охране труда применяют такие методы виброзащиты, как виброизоляция, динамическое гашение колебаний, демпфирование и др. Одним из наиболее эффективных является виброизоляция. Этот метод реализуется путем введения дополнительной упругой связи между источником вибрации и защищаемым объектом [22, 23].

Степень реализации виброзащитыможно охарактеризовать коэффициентом динамичности:

. (2.10)

где к - коэффициент динамичности;

с - жесткость, Н/м;

х₀ – амплитуда динамического вибросмещения, м;

- собственная частота колебаний, c^-1;

- частота вынуждающей силы, c^-1;

Зависимость k от частотного отношения выражается формулой (2.11) и графически представлена на рисунке 2.2:

(2.11)

где - частотное отношения, .

Рисунок 2.2 - Зависимость коэффициента динамичности от частотного отношения

Из графика следует:

1) если , то , т.е. вынуждающая сила действует как статическая, полностью передаваясь основанию;

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

3) при ; и эффективность виброизолятора возрастает с увеличением . Поэтому условием хорошей работы виброизоляторов является . Опытом установлено, что при эффективность виброизоляторов составляет %.

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

; (2.12)

ослабление уровня вибрации (дБ) оценивают по формуле:

; (2.13)

демпфирующие свойства не идеально упругого виброизолятора характеризуются относительным демпфированием b / .

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 о помощью вулканизации. Достоинства виброизоляторов этого типа заключается в простотеих 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 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 n<1800 об/мин, резинометаллические при n> 1800 об/мин.

Дата добавления: 2015-07-13