Параметры некоторых вибропоглощающих материалов

 

Название материала	µ
Мастики:
Антивибрит-2;	0,44
А-2	0,4
Войлок	0,2
Резина 8987	0,2
Стеклопластик	0,02

 

Виброизоляция. Это метод виброзащиты, заключающийся в ослаблении связи между источником вибрации и объек­том защиты путем размещения между ними виброизолирую­щего устройства (виброизолятора). Виброизоляция машин и оборудования в зданиях и сооружениях проектируется с целью снижения колебаний последних до уровней, кото­рые не опасны для их несущей способности или допустимы с гигиенической точки зрения. При виброизоляции используются опорный и подвесной варианты опоры механизма через виброизоляторы на основание (рис. 11.4). В качестве основания могут служить пластины, плиты, балки и более сложные конструкции.

 

 

 

Рис. 11.4. Опорный (а) и подвесной (б) варианты

Виброизоляции

Динамическая модель простейшей виброзащитной системы с одной степенью свободы представлена на рис. 11.5. Она состоит из массы m (кг) и виброизолятора, представленной в виде параллельно соединенных пружины и демпфера (вязкого сопротивления), характеризуемых соответственно коэффициентом жесткости (жесткостью) с и коэффициентом сопротивления k. Сила, с которой виброизолятор, размещенный между основанием и массой, действует на них, будет определяться его деформацией.

 

 

Рис. 11.5. Динамическая модель виброзащитной системы

 

Количественно степень передачи вибрации на основание можно охарактеризовать коэффициентом передачи Если пренебречь демпфированием в системе виброизоляции, то выражение для коэффициента передачи К_п приводится к виду

Графики зависимости К_п от относительной частоты , где для различных малых значений относительного демпфирования ε, представлены на рис. 11.6. Из представленных графиков следует, что при изменении ω в интервале от 0 до 1 коэффициент передачи К_п≥ 1 при любом демпфировании в системе. На резонансе при коэффициент передачи К_п > 1.

 

Рис. 11.6. Зависимость коэффициента передачи от частоты

 

Поскольку условие эффективности виброзащиты определяется неравенством К_п < 1, то оно выполняется при . Таким образом, для удовлетворения целей виброзащиты необходимо, чтобы собственная частота системы была бы по крайнем мере в раз ниже частоты возбуждения, т.е. . Причем, чем больше частота возбуждения превышает собственную частоту системы, тем больший эффект виброизоляции можно получить. Если частота возбуждения фиксирована, то для повышения эффективности виброзащиты собственную частоту системы нужно делать как можно меньше. В области виброзащиты, как следует из рис. 11.6, демпфирование играет отрицательную роль. Однако наличие демпфирования существенно снижает амплитуду резонансных колебаний, что бывает особенно важно, если при эксплуатации машины могут иметь место резонансные режимы, например, при ее разгоне или торможении.

Эффективность виброизоляции оценивают и в децибелах, используя формулу.

Конструктивно виброизоляция выполняется либо в виде отдельных опор, либо в виде слоя упругого материала, укла­дываемого между машиной и основанием.

Виброизоляторы в общем случае включают в себя сле­дующие детали: упругий элемент, воспринимающий массу машины и снижающий передачу вибрации; демпфирующий элемент, снижающий амплитуду колебаний на резонансных режимах; ограничители перемещений, функционирующие при высоких уровнях возмущающих воздействий; элементы крепления виброизолятора к машине и основанию.

В качестве упругих элементов используют рессоры, пружины, резиновые и резино-металлические элементы (рис. 11.7).

 

Рис. 11.7. Упругие элементы виброизоляторов: а — резина, работающая на сжатие; б — резина, работающая на сдвиг; в — рессора; г — пружина

Наиболее распространенным материалом, используемым для виброизоляторов, является резина. По характеру работы резиновые виброизоляторы делятся на два типа: работающие на сжатие и на сдвиг. На рис. 11.8 показано несколько типовых конструкций сварных резино-металлических опорные виброизоляторов.

 

 

 

 

Рис.11.8. Типовые конструкции резино-металлических виброизоляторов (а — в): 1 — верхняя пластина; 2 — резиновый массив;

3 — нижняя пластина

В практике виброзащиты нашли применение и цельнометаллические виброизоляторы, в которых используется стальная пружина в сочетании с опорно-демфирующим элементом из металлорезины (рис. 11.9). Они обладают преимуществами металла (прочностью) и резины (высокими потерями).

 

 

Рис. 11.9. Цельнометаллические (пружинно-сетчатые)

виброизоляторы:

1 — стальная пружина; 2,3 — опорно – демпфирующие

подушки из металлорезины (МР)

Заметим, что пружинные стальные виброизоляторы широко применяются в приборостроении, автомобиле- и тракторостроении вследствие простоты конструкции, практической независимости их эффективности от внешних условий, возможности получения эффекта на низких частотах.

Динамическое виброгашение. Это метод виброзащиты, заключающийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения характера его колебаний. На рис. 11.10 показана схема системы с динамическим гасителем колебаний.

 

 

 

Рис. 11.10. Схема виброзащитной системы с динамическим

Гасителем колебаний

Инерционный динамический гаситель пружинного типа представляет собой твердое тело , упруго присоединяемое с объекту массой m в точке, колебание которой требуется погасить. Объект виброзащиты связан с основанием пружиной с жесткостью с (рис. 11.10). Динамический гаситель содержит массу m_г, пружину с жесткостью с_г и демпфер с коэффици­ентом сопротивления . Колебания в рассматриваемой сис­теме возбуждаются вибрациями основания, изменяющимися по гармоническому закону x(t)= .

Динамический гаситель колебаний применяют в тех случаях, когда собственная частота колебаний объекта близка к частоте возмущающей силы (условие резонанса) и по каким-то причинам нет возможности их развести. При присоединении гасителя к объекту образуется двухмассовая колебательная система, имеющая уже две собственные частоты. При этом существенное влияние на результирущие колебания объекта с гасителем оказывают диссипативные потери в гасителе. Настройка гасителя осуществляется как правило, из условия, чтобы его собственная частота совпадала с частотой возбуждающей силы.

Динамическое виброгашение широко используется для снижения вибраций от работы кузнечного оборудования. Расчетная схема виброгасящего фундамента показана на рис. 11.11.

 

 

 

Рис. 11.11. Расчетная схема виброгасящего фундамента

 

Расчет фундамента оборудования сводится к определению его массы M, при которой амплитуда виброперемещений фундамента и создаваемое им давление на грунт не превышают допустимых значений. При расчете машина, размещаемая на фундаменте, представляется в виде массы m, связанной с фундаментом через упругий элемент, характеризуемый жесткостью с и коэффициентом сопротивления k, а фундамент с массой М устанавливается на грунт, упругие характеристики которого определяются жесткостью грунта.

Схема установки штамповочного молота на виброгасящий фундамент показана на рис. 11.12. Машина устанавливается на упругие опоры, размещенные непосредственно на фундаменте. В качестве упругих опор используются резинометаллические виброизоляторы, пружинные виброизоляторы и листовые рессоры.

Защита человека-оператора от вибраций. Для защиты от вибраций человека-оператора могут применяться разнообразные средства. Классификация этих средств приведена ниже.

 

 

Средства коллективной защиты располагаются между источником вибрации и оператором, а средства индивидуаль­ной защиты используются непосредственно оператором.

 

 

 

 

Рис. 11.12. Схема установки молота непосредственно

на фундамент:

 

 

1 — основание молота; 2 — рессоры; 3 — плита; 4 — прокладка;

5 — фундамент

 

Виброзащитные подставки — наиболее приемлемые сред­ства защиты от общей вибрации при работе стоя (рис. 11.13). Основной частью подставки является опорная плита (1), на которой выполняет работу оператор. Средства виброизо­ляции (2) могут размещаться сверху плиты, снизу плиты или с обеих сторон одновременно. В зависимости от принятой схемы расположения виброзащитные подставки изготавли­вают с опорными, встроенными, накладными или комбинированными виброизоляторами. На практике применяются и другие конструктивные схемы подставок: с резиновыми и пневмобаллонными виброизоляторами, с пружинными виброизоляторами и др.

 

 

Рис. 11.13. Схемы виброзащитных подставок для виброизоляторов:

а — опорного; б — встроенного; в — накладного;

г — комбинированного

 

Устройство виброизоляции рабочего места оператора пока­зано на рис. 11.14.

 

 

Рис. 11.14. Устройство виброизоляции рабочего места

Виброзащитные сидения применяют, если оператор выпол­няет работу сидя. Рабочие места, расположенные на транс­портных машинах и перемещающихся технологических агрегатах, оснащают сидениями со встроенными средствами виброизоляции. Отдельные конструктивные

 

 

Рис. 11.15. Виброзащитные сидения с виброизоляторами:

а – упругая накладка; б – упругие опоры; в – пружины,

встроенные в опору; г – упругие подвески

 

Виброзащитные кабины используют обычно в тех случаях, когда на оператора воздействует не только вибрация, но другие негативные факторы: шум, излучения, химические вещества и т.д. Виброзащитная кабина, в отличие от обычных кабин, защищающих человека от других вредных факторов, устанавливается на виброизолирующих опорах. В зависи­мости от действующих одновременно с вибрацией вредных факторов виброзащитные кабины могут быть шумовиброзащитными, пылевиброзащитными и т.п. На рис. 11.16 пока­зана шумовиброзащитная кабина.

Виброзащитные рукоятки предназначаются для защиты от локальной вибрации рук оператора. Конструктивные схемы виброзащитных рукояток представлены на рис. 11.17. По месту расположения виброизоляторов рукоятки класси­фицируются:

― на рукоятки с промежуточными виброизоляторами, в которых виброизоляторы расположены между корпусом ручной машины и рукояткой, охватываемой рукой опера­тора (рис. 11.17, а);

― рукоятки со встроенными виброизоляторами, разме­щенными непосредственно в теле рукоятки (рис. 11.17, б);

― рукоятки с накладными виброизоляторами, в кото­рых упругие полимерные накладки и облицовки размещены на наружной поверхности рукоятки и контактируют с руками оператора (рис. 11.17, в);

― рукоятки с комбинированными виброизоляторами, предусматривающие различные сочетания промежуточных, встроенных и накладных виброизоляторов (рис. 11.17, г).

 

 

 

Рис. 11.16. Шумовиброзащитная кабина для оператора компрессорной станции: — пневматические виброизоляторы; 2 — основание кабины; 3 — корпус кабины; 4 — стол оператора; 5 — кондиционер; 6 — вешалка для одежды

 

 

Рис. 11.17. Классификация виброзащитных рукояток: а - с

промежуточными виброизоляторами; б — встроенными виброизоляторами; в — накладными виброизоляторами;

 

В качестве средств индивидуальной защиты от вибрации используются следующие способы: для рук — виброизолирующие рукавицы (рис. 11.18), перчатки, вкладыши и про­кладки; для ног — виброизолирующая обувь (рис. 11.19). Она изготавливается в виде сапог, полусапог, полуботинок и отли­чается от обычной обуви наличием подошвы или вкладыша из упругодемпфирующего материала.

 

 

Рис. 11.18. Виброзащитная рукавица с эластично-трубчатыми

элементами:

1 — поверхность рукавицы; 2 — трубчатые элементы;

3 — накладки

 

 

 

 

Рис. 11.19. Виброзащитная обувь:

а — на упругой подошве; б — со съемными упругими каблуками и подметкой; в — с упругой стелькой

 

Рекомендуются следующие рациональные режимы труда при работе с ручными машинами:

8—10 ч— работа;

20 мин— перерыв;

20 мин — 12 ч— работа;

12-13ч— обеденный перерыв;

13ч-15ч— работа;

30 мин— перерыв;

15 ч 30 мин — 17ч — работа.

 

Защита от транспортных вибраций. Практика защиты от транспортных вибраций должна учитывать, что вибра­ции, генерируемые проходящим транспортом, особенно железнодорожным, распространяются по грунту, вовлекая в колебательный процесс расположенные по близости зда­ния и сооружения. Передача вибраций от движущегося поезда по земле к зданиям зависит от характеристик фундамента зда­ния. Обычно имеется некоторое ослабление уровней вибрации фундамента по сравнению с уровнем вибрации поверхности земли. Вместе с тем полы, стены и потолки здания вибрируют со значительным усилением по сравнению с фундаментом.

Существуют следующие методы снижения вибрации, вызываемой взаимодействием колеса и рельса при движе­нии поезда: ограничение в источнике; упругое крепление рельсов; совершенствование конструкции тоннелей; уста­новка экранов; виброизоляция зданий. Кратко рассмотрим все эти методы.

Ограничение вибрации в источнике. Ведется по следую­щим направлениям: устранение износа и дефектов поверх­ности качения колес, заключающегося в проточке бандажа колес; предупреждение возникновения износа поверхно­сти качения колес, основанное на применение более совер­шенных методов смазки, повышении износостойкости колес, применение тормозных колодок из композиционных мате­риалов; шлифовка рельсов, уложенных на полотне, с помо­щью рельсошлифовальных машин; сварка рельсовых стыков; применение колес, содержащих упругодемпфирующие эле­менты (рис. 11.20), ограничение скорости движения поездов, позволяющее снижать уровни вибрации в среднем на 6 дБ при уменьшении скорости

в два раза.

 

 

Рис. 11.20. Поперечное сечение колеса с упругим материалом 1

Применение упругих элементов в конструкции желез­нодорожного полотна. С целью защиты от вибрации используются следующие способы: упругое крепление рельсов, с целью виброизоляции рельса от шпал и грунтового осно­вания пути; упругое основание под шпалами; «плавающее» основание пути, представляющее собой бетонную конструк­цию толщиной 0,2—0,3 м, которая опирается на упругие про­кладки. На рис. 11.21 приведен пример применения упругих элементов в конструкции полотна метрополитена. Конструк­ция состоит из полиуретановых шпал, заключенных в ребри­стую резиновую оболочку и утопленных в бетонную плиту, толщиной 26 см, которая опирается на слой прессованного стеклопластика, размещенного в свою очередь на основа­нии тоннеля.

 

Рис. 11.21. Виброизоляция железнодорожного полотна:

1 — рельс; 2 — шпала; 3 — резиновая оболочка; 4 — бетонная плита; 5 — плита из стекловолокна; 6 — бетонное основание

 

Совершенствование конструкции тоннелей. Массивные тоннельные конструкции с толстыми или двойными стенками вызывают меньшую вибрацию в соседних зданиях.

Экранирование. Состоит в применении монолитных препятствий в виде бетонной стены в грунте или траншее, достигающих глубины 4—5 м, с целью нарушения процесса распространения волн в грунте.

Виброизоляция зданий. Заключается в установке виброизолирующих прокладок под фундаменты на сваях, у основания несущих колонн и сводов. При этом надо иметь в виду, что должны быть предприняты меры по перекрытию всех путей распространения вибрации. В противном случае она будет распространяться по таким неперекрытым путям, сводя на нет эффективность проведенных мероприятий.