Расчет виброизоляции (пружинные амортизаторы)

Виброизоляция — уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от источника колебаний. Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины — источника колебаний — к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может также использоваться для ослабления передачи вибраций от основания на человека, либо на защищаемый агрегат.

Для виброизоляции стационарных машин с вертикальной вынуждающей силой чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок или пружин. Возможно использование их сочетания (комбинированные, виброизоляторы).

Пружинные виброизоляторы по равнению с прокладками имеют ряд преимуществ. Они могут применяться для изоляции как низких, так и высоких частот, дольше сохраняют постоянство упругих свойств во времени, хорошо противостоят действию масел и температуры, относительно малогабаритны. Однако они могут пропускать высокочастотные колебания, поэтому пружинные виброизоляторы рекомендуется в этом случае устанавливать на прокладки из упругих материалов типа резины (комбинированный виброизолятортор).

Резина имеет малую плотность, хорошо крепится к деталям, ей легко придать любую форму и она обычно используется для виброизоляции машин малой и средней массы.

Частота собственный колебаний системы:

(2.3.2)

 

где f ₀ – частота собственный колебаний системы, Гц;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

S _ст – статическая осадка, м.

 

Статическая осадка - величина, характеризующая изменение длины пружины под действием веса источника вибрации.

Эффективность виброизоляции определяют коэффициентом передачи, который имеет физический смысл – какая часть колебательной энергии передается от источника колебаний к основанию, на котором стоит человек.

Коэффициент передачи (К_п):

(2.3.3)

 

где f – частота вибрации, создаваемая источником, Гц

 

Эффективность виброизоляции (Δ L) показывает на сколько уменьшится уровень вибрации при использовании виброизоляции.

Эффективность виброизоляции:

(2.3.4)

 

Δ L -эффективность виброизоляции, дБ

 

Уровень вибрации с применением виброизоляторов (L _ви):

 

L ви = Lv – Δ L

(2.3.5)

 

L _v – уровень вибрации, создаваемый источником, дБ

 

Виброизоляция эффективна, если полученная величина меньше допустимой.

Пример расчета

Таблица 2.3.3

Исходные данные

Частота вибрации f, Гц	Уровень вибрации, создаваемый электродвигателем, Lv, дБ.	Статическая осадка пружин S ст, м.	Рабочее место
16	106	0,009	фрезеровщик

 

Частота собственный колебаний системы:

f ₀ = 5,26 Гц

 

Коэффициент передачи:

К_п = 0,121

 

Эффективность виброизоляции:

Δ L = 18,34 дБ

 

Уровень вибрации с применением виброизоляторов:

L _ви = L_v – Δ L = 106 – 18,34 = 87,66

L _ви = 87,66 дБ

 

 

Вид вибрации для рабочего места фрезеровщика:

- общая вибрация 3а – технологическая

По месту действия:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

     Согласно СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» допустимая величина вибрации для вида вибрации «3а» и частоты 16Гц составляет L _доп=92дБ.

Вывод: виброизоляция эффективна, т.к. величина уровня вибрации снизилась после пружин ниже допустимой величины.

 

2.4 Защита от электромагнитных полей

 

Выполнить расчет экрана как способа защиты от электромагнитных полей (ЭМП) источников радиочастот. Варианты заданий приведены в табл. 2.4.1.

Источником излучения ЭМП является генератор радиолокационной станции. Исходные данные для расчета:

- мощность генератора;

- частота излучения ЭМП;

- размеры и материал экрана;

- время работы персонала t, час;

- расстояние от источника ЭМП до рабочего места.

 

Таблица 2.4.1

Варианты заданий

Вариант	Мощность Р ист, кВт	Частота f, ГГц	Расстояние до источника r, м	Время работы t, час	Толщина экрана  h, мм	Материал экрана
1	1,6	250	1,0	4	0,5	Сталь
2	1,0	150	1,5	5	0,6	Алюминий
3	0,8	30	2,0	6	0,7	Медь
4	0,4	3	2,2	7	0,8	Сталь
5	1,2	25	2,5	8	0,9	Алюминий
6	1,4	8	2,4	7	1,0	Медь
7	1,6	200	2,1	5	0,9	Сталь
8	1,8	15	1,7	4	0,8	Алюминий
9	2,0	1	1,4	3	0,7	Медь
0	2,2	0,4	1,3	2	0,6	Сталь

Порядок расчета:

- Рассчитать плотность потока энергии на рабочем месте без применения способов защиты;

- Рассчитать предельно допустимое значение плотности потока энергии на рабочем месте;

- Сравнить плотностью потока энергии на рабочем месте без применения способов защиты с ПДУ. Сделать вывод;

- Рассчитать требуемую эффективность экрана;

- Рассчитать эффективность металлического сплошного экрана из заданного материала и толщины;

- Сделать вывод.

Пояснения к решению задачи

Воздействие электромагнитных полей СВЧ диапазона оценивается величиной плотности потока энергии:

(2.4.1)

 

где ППЭ - плотность потока энергии, Вт/м²;

Е - напряженность электрической составляющей ЭМП, В/м;

Н - напряженность магнитной составляющей ЭМП, А/м.

Р _ист – мощность источника ЭМП, Вт,

r – расстояние от источника до рабочего места, м.

 

Согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» предельно допустимые уровни электромагнитных полей диапазона частот ≥ 30 кГц - 300 ГГц оцениваются и нормируются по величине энергетической экспозиции (ЭЭ).

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот ≥ 300 МГц - 300 ГГц рассчитывается по формуле:

 

ЭЭппэ = ППЭ ∙ Т, (Вт/м^2)∙ч

(2.4.2)

 

где ППЭ - плотность потока энергии (Вт/м²).

Т - время воздействия за смену (час).

 

ПДУ энергетических экспозиций (ЭЭ_пду) на рабочих местах за смену представлены в таблице 2.4.2.

 

Таблица 2.4.2

ПДУ энергетических экспозиций ЭМП диапазона частот ≥ 30 кГц - 300 ГГц

Параметр	ЭЭпду в диапазонах частот (МГц)
	0,03 - 3,0	3,0 - 30,0	30,0 - 50,0	50,0 - 300,0	300,0 - 300000,0
ЭЭ Е, (В/м)^2∙ч	20000	7000	800	800	-
ЭЭ Н, (А/м)^2∙ч	200	-	0,72	-	-
ЭЭппэ, (Вт/м^2)∙ч	-	-	-	-	2

 

Одним из методов защиты от электромагнитного излучения является экранирование источника или рабочего места. Экраны могут быть выполнены из сплошных или сетчатых металлических материалов.

     Требуемая эффективность экрана (Э_тр) определяется по формуле:

 

Э тр = ППЭ/ ППЭПДУ,

(2.4.3)

 

где ППЭ - плотность потока энергии на рабочем месте без экрана,

ППЭ_ПДУ – допустимая величина ППЭ.

 

Эффективность металлического сплошного экрана рассчитывается по формуле:

(2.4.4)

 

где Э_экр - эффективность экранирования;

f - частота, Гц,

μ - относительная магнитная проницаемость материала экрана (таблица 2.4.3);

ρ - удельное сопротивление материала экрана, Ом∙м;

h - толщина металлического листа экрана, м;

 

Таблица 2.4.3