Захист від виробничих вібрацій

.  (6.7)

 

Знаменник цього виразу характеризує опір, який здійснює система збуджуючій змінній силі, і називається повним механічним опором, або імпедансом коливальної системи.

Величина μ складає  активну, а величина - реактивну частину цього опору.

Реактивний опір, у свою чергу, складається з двох опорів: пружного g/ω та інерційного mω.

Одиниця механічного  опору - Нс/м.

Аналізуючи формулу, можна зробити  такі висновки про шляхи зниження вібрації:

1 Боротьба з вібрацією в джерелі  її виникнення полягає в тому, що ще на стадії конструювання машин і проектування технологічних процесів перевага повинна віддаватися таким кінематичним і технологічним схемам, при яких динамічні процеси, викликані ударами, різкими прискореннями і т.п., були б виключені або максимально знижені.

Наприклад:

а) заміна кулачкових і кривошипно-шатунних механізмів такими, що рівномірно обертаються;

б) заміна кування і штампування  пресуванням;

в) заміна ударної правки вальцюванням;

г) заміна пневматичної клепки  гідравлічною клепкою і електрозварюванням;

д) для зниження рівня  вібрацій редукторів застосовуються шестерні із спеціальними видами зчеплення - глобоїдним, шевронним замість звичайних шестерень з прямим зубом.

2 Усунення резонансних  режимів при роботі технологічного устаткування може бути здійснено двома шляхами:

а) зміною маси і жорсткості системи;

б) встановленням нового режиму роботи, тобто зміною частоти збуджуючої сили.

Як можна змінити жорсткість системи?

Жорсткість системи змінюються введенням в конструкцію ребер жорсткості або зміною її пружних характеристик.

3 Вібродемпферування - це зменшення  рівня вібрацій об'єкта, що захищається,  шляхом перетворення енергії  механічних коливань даної системи, що коливається, в інші види енергії.

Збільшення втрат енергії в  системі може здійснюватися:

1. використанням конструкційних матеріалів з великим внутрішнім тертям (гума, дерево, пластмаси, сплави);
2. нанесенням шару пружних матеріалів, що мають великі втрати на внутрішнє тертя (мастика - антивібріт на основі епоксидної смоли), застосовується для покриття днищ автомобіля;
3. використанням поверхневого тертя (наприклад, при коливаннях двох скріплених і щільно прилеглих одна до одної пружних пластин).

4 Віброгасіння. Під віброгасінням  розуміють зменшення рівня вібрацій об'єкта, що захищається, шляхом введення в систему додаткових мас (реактивного імпедансу):

а) найчастіше віброгасіння реалізується шляхом установки агрегатів  на самостійні фундаменти. Масу фундаменту підбирають так, щоб амплітуда коливань підошви фундаменту у будь-якому випадку не перевищувала 0,1-0,2 мм;

б) шляхом установки віброгасителів.

Принцип роботи: додаткова  коливальна система з масою "m", яка пружно пов’язана з основною з масою "М", має частоту, яка налаштована на основну частоту коливань системи з масою "М", але знаходиться з нею у протифазі.

Цей метод боротьби з вібрацією  зручний, коли частота коливань постійна, наприклад, вібрація суднових двигунів. У компресоробудуванні до цього методу боротьби з вібрацією можна віднести установку на нагнітальному трубопроводі буферних місткостей.

5 Віброізоляція здійснюється за  допомогою введення в коливальну  систему пружного додаткового  зв'язку, який перешкоджає передачі  вібрації від машини (джерела  коливань), до основи або суміжних елементів конструкції (рис.6.3).

Ефективність віброізоляції оцінюється коефіцієнтом передачі (КП):

 

,   (6.8)

 

де F_m - сила, що діє на основу за наявності пружного зв'язку;

F - сила, що діє на основу при  жорсткому зв'язку.

 

 

Рисунок 6.3 - Система з  віброізоляцією.

Якщо КП = , то віброізоляція добра. Коефіцієнт передачі розраховується за формулою:

 

,   (6.9)

 

де f - частота збуджуючої сили;

f₀ - власна частота коливань системи на віброізоляторах.

Види віброізоляторів

1 Віброізоляція між стаціонарним устаткуванням і фундаментом здійснюється за допомогою гумових прокладок, пружин і гумовометалевих амортизаторів (рис.6.4).

 

 

Рисунок 6.4 - Віброізолюючі опори (амортизатори):

а - пружинні; б - гумові віброізолятори

 

Пружинні віброізолятори в порівнянні з гумовими мають ряд переваг: вони можуть застосовуватися для ізоляції як низьких, так і високих частот, довше зберігають постійність пружних властивостей в часі, добре протистоять дії мастил і високої температури, відносно малогабаритні. Але вони можуть пропускати коливання високих частот, оскільки матеріал пружин (сталь) має малі внутрішні втрати. Тому пружинні віброізолятори в цьому випадку рекомендується встановлювати на прокладки з пружних матеріалів типу гуми (комбінована амортизація).

2 Акустичні шви фундаментів  будівель (за фундаментом будівлі залишають пустоти).

3 Віброізоляція фундаменту від  ґрунту.

На Каунаському заводі прецизійних  верстатів свого часу не могли  добитися необхідної точності виготовлення деталей для точних верстатів. Вихід: самі фундаменти верстатів поставили на віброопори.

4 Пружні вставки між  несучими елементами будівель  і конструкцій (вентилятори відокремлені  пружною вставкою від повітроводів).

5 При роботі з ручним  механізованим інструментом застосовуються засоби індивідуального захисту рук від дії вібрації. До індивідуальних засобів захисту відносять:

а) віброізолюючі рукавиці або рукавички;

б) віброізолюючі прокладки або  пластини, які забезпечені кріпленнями до рукояток;

в) спеціальне взуття на високій пружній підошві.

Для профілактики вібраційної хвороби  для працівників з вібруючим устаткуванням рекомендується проводити комплекс профілактичних заходів:

1) водні процедури;

2) масаж;

3) лікувальну гімнастику;

4) вітамінізацію та ін.

При роботі з вібруючим устаткуванням у робочий цикл включаються технологічні операції, не пов'язані з дією вібрації. Якщо це неможливо, потрібно передбачити 10-15-хвилинні перерви після кожної години роботи.

Помічено, що несприятливі наслідки дії  вібрації посилюються в холодних умовах. Тому в зимовий час робітників потрібно забезпечувати теплими рукавицями.

 

5 Вимірювання вібрації  і вібровимірювальна апаратура

 

У даний час для  вимірювання вібрацій застосовуються різні прилади електронної техніки. Їх різновидів дуже багато. Але загальну схему їх можна подати у вигляді (рис. 6.5):

 

 

 

     

 

 

 

 

Рисунок 6.5 - Схема вимірювання вібрації:

1 - вимірювальний перетворювач (вібродатчик);

2 - попередній підсилювач;

3 - реєструючий прилад

 

Як первинні вимірювальні перетворювачі  найбільш поширені в даний час такі перетворювачі:

1) ємнісні;

2) індукційні;

3) п'єзоелектричні.

Недоліком ємнісних датчиків є їх низький захист від перешкод. Тому їх застосування обмежено. Використовуються вони в основному лише у випадках, коли неприпустимий вплив датчиків на поверхню, що коливається (іншими словами, безконтактні вимірювання).

При установці перетворювача ємності  на певній відстані від випробовуваного об'єкта між ними утворюється повітряний конденсатор, який заряджається сталою напругою 200 вольт від попереднього підсилювача.

У результаті вібрацій випробовуваного  об'єкта виникає змінна напруга, пропорційна величині вібропереміщення.

Індукційні датчики на відміну  від ємнісних відрізняються підвищеною перешкодостійкістю і надійністю. Але ці датчики можуть застосовуватися лише при невеликій частоті вібрацій (не більше 500 Гц).

Недоліком їх також є значні габарити і маса. Це, у свою чергу, призводить до спотворення результатів вимірювань через дію датчиків на поверхню, що коливається.

Для вимірювання вібраційних прискорень на високих частотах (верхня межа вимірювань досягає 15-20 кГц) найбільше розповсюдження отримали п'єзоелектричні перетворювачі віброприскорення – акселерометри.

Вібродатчик акселерометра складається  з двох п'єзоелектричних дисків, на яких закріплена важка маса.

Ця маса заздалегідь  навантажена жорсткою пружиною. При вібраціях маса створює змінні зусилля на п’єзоелементі, пропорційні віброприскоренню. Внаслідок п'єзоефекту на обкладинках дисків виникає змінна напруга, пропорційна прикладеному зусиллю, а отже, вібро прискоренню.

 

Тести для самоконтролю

 

Серед запропонованих варіантів  знайдіть та обґрунтуйте правильну відповідь.

 

1. Що таке вібрація:

• це рух механічної системи або точки, при якому відбувається почергове зростання або спадання в часі хоча б однієї з координат;
• це циклічний рух механізмів;
• це неврівноважений зовнішній силовий вплив  елементів, що обертаються;
• це не керовані періодичні рухи робочого місця або інструмента, що проводять до швидкого стомлення працівників?

2. За якими ознаками класифікуються вібрації:

• за способом передачі, напрямком дії, джерелом виникнення;
• за джерелом виникнення, частотою, амплітудою;
• за напрямком, швидкістю, частотою;
• за способом передачі, джерелом виникнення, за призначенням?

3. Які з перелічених параметрів характеризують вібрацію:

• амплітуда вібропереміщення;
• амплітуда коливальної швидкості;
• амплітуда коливального прискорення;
• амплітуда частоти;
• амплітуда періоду?

4. Від чого залежить результат впливу вібрації на організм людини:

• від величини коливальної енергії, поглиненої тілом людини;
• від рівня віброшвидкості робочого місця, де працює людина;
• від виду виконуваних робіт;
• від виду інструмента, яким працює людина?

5. Які з перелічених симптомів є симптомами вібраційної хвороби:

• атрофія м'язів;
• утрата чутливості сухожиль;
• утрата чутливості нервових закінчень;
• підвищена ламкість волосся, нігтів?
• утрата пружності кровоносних судин і рухливості сухожиль?

6. Які параметри вібрації нормуються:

• віброприскорення;
• віброшвидкість;
• вібропотужність;
• віброчастота?

7. Що являє собою коливальна система із зосередженими параметрами:

• це система, у якій елементи пружності, маси і тертя відділені одне від іншого;
• це система, у якій коливальні елементи обов'язково взаємодіють;
• це система, у якій коливальні елементи не залежать одне від одного;
• це система, у якій можливий резонанс між коливальними елементами?

8. Від яких з названих показників залежить амплітуда коливальної швидкості в коливальній системі:

• від імпедансу коливальної системи;
• від величини сили, що діє;
• від активності подразника;
• від часу впливу?

9. У якому з названих методів зниження вібрації використовується явище перетворення енергії механічних коливань в інші види енергії:

• вібродемпферування;
• віброгасіння;
• віброізоляція;
• боротьба з вібрацією у джерелі виникнення?

10. У якому з названих методів зниження вібрації користуються введенням у коливальну систему додаткового пружного зв'язку:

• віброізоляція;
• віброгасіння;
• боротьба з вібрацією в джерелі виникнення;
• вібродемпферування?

11. У якому з названих методів зниження вібрації здійснюється за рахунок введення в систему додаткових реактивних ампедансів: