Исследование эффективности виброизоляции

Цель работы

Изучить характеристики производственных вибраций, экспериментально определить параметры вибрации и эффективность виброизоляции.

 

Содержание работы

1) Ознакомиться с характеристиками производственных вибраций и их влиянием на организм человека, методами борьбы с вибрациями и их нормированием.

2) Изучить виброизмерительный прибор ВИП-2М и лабораторную установку.

3) Определить параметры вибрации от установки и эффективность виброизоляции. Полученные данные сравнить с нормами, приведенными в табл.7.1.

 

Термины и определения

Вибрация – периодическое смещение центра тяжести от точки равновесия.

Амплитуда вибрации – наибольшее смещение центра тяжести от положения равновесия в одну секунду (мм).

Частота вибрации – число полных повторений колебательного цикла (периодов) в секунду (Гц).

Возмущающая сила – воздействие на детали или узлы машин периодической внешней силы.

Виброизоляция – метод борьбы с вибрацией, при которой вибрирующий агрегат устанавливается на упругие виброизоляторы (амортизаторы).

Вибродемпфирование - покрытие вибрирующей поверхности и оборудования вибропоглощающими (демпфирующими) материалами (резиной, специальными мастиками, асбестом, битумом, пластмассами типа «Агат», мастики типа ВД-17-63 и тд.).

Виброгашение – установка агрегатов на виброгасящем основании (на специальном фундаменте в грунте на перекрытии).

Виброскорость – показатель вибрации, характеризующий техническое состояние оборудования (мм/с).

Уровень виброскорости – показатель, характеризующий физиологическое воздействие вибрации на организм человека (дБ).

 

Общие сведения

Вибрацией называются периодические смещения (колебания) центра тя­жести упругих тел или механических систем относительно положения равно­весия.

Своеобразие колебательного движения заключается в том, что величины смещения, скорости и ускорения постоянно изменяются в некотором ог­раниченном интервале, поэтому вибрацию можно характеризовать средне­квадратичной величиной одного из параметров за определенный промежу­ток времени.

Основными параметрами вибрации, происходящей по синусоидальному закону, являются:

амплитуда смещения А, мм (величина наибольшего отклонения точки от положения равновесия);

частота колебаний f, Гц;

максимальная скорость (виброскорость) колебательного движения точки V, мм/с;

максимальное ускорение колеблющейся точки а, мм/с².

Амплитуда смещения используется в качестве критерия для ограниче­ния вибрации агрегатов и фундаментов; амплитуда колебательной скорос­ти поверхности характеризует уровень возникающего шума;

амплитуда ускорения определяет действующие динамические силы.

В случаях, когда колебания близки к синусоидальным, достаточно определить амплитуду смещения «А» и частоту колебаний «f».

Виброскорость определяют по формулам:

Вибрацию также оценивают по ее уровню, измеряемому в логарифмическом масштабе. Уровень колебательной скорости вибрации определяют по выражению:

где V – действующее, замеряемое значение виброскорости (L) в точке

измерений, мм/с;

V₀ – пороговое значение виброскорости (принято в соответствии с международным соглашением), V₀ = 5 · 10^-5 мм/с.

 

По характеру действия на организм человека вибрацию подразделяют на общую и местную. Общая вибрация передается на все тело человека, а местная – на руки работающего. Возможно комбинированное действие об­щей и местной вибраций. Действие общей вибрации, вызванной работой тех­нологического оборудования (машин, станков и др.), вследствие сотря­сений пола, площадки, сиденья, на котором находится работающий, распро­страняется на весь организм.

Действие местной вибрации распространяется на отдельные участки те­ла, непосредственно соприкасающиеся с источниками вибрации, (при работе с ручными машинами: сверлильными, клепальными, шлифовальными, отбойными молотками, при контакте с вибрациями деталей и т.д.). Опасность воздействия общих вибраций объясняется нижеследующим.

Внутренние органы и отдельные части тела человека (сердце, желудок, голова и др.) можно рассматривать как колебательные системы, имеющие различные сосредоточенные массы и соединенные между собой упругими элементами. Большинство внутренних органов имеют собственную частоту колебаний в диапазоне 5-7 Гц. Воздействие на организм челове­ка внешних колебаний с такими же частотами может вызвать резонанс­ные колебания внутренних органов, что представляет опасность их смеще­ния и механических повреждений.

При длительном и интенсивном воздействии вибрации может возник­нуть тяжелое и трудно излечимое заболевание – вибрационная болезнь. Воздействие общей вибрации проявляется в виде головных болей, нарушения сна, повышенной утомляемости, возможны головокружения. Признаками вибрационной болезни при воздействии местной вибрации являются боли и слабость в области кистей и пальцев рук, чувство онемения, по­вышенная утомляемость рук. Со стороны периферической нервной системы наблюдается нарушение болевой, температурной и вибрационной чувстви­тельности.

Нормируемыми параметрами общей вибрации являются среднеквадратичные значения виброскорости и их уровни в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 2 Гц; 4 Гц; 8 Гц; 16 Гц; 31,5 Гц и 63 Гц.

 

Таблица 7.1.

 

Гигиенические нормы общей вибрации, действующей на человека в производственных условиях

Вид вибрации	Среднеквадратичные значения виброскорости U, м/с 10^-2
Логарифмические уровни виброскорости L, дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, f Гц
				31,5
Технологическая: - на постоянных рабочих местах в производственных помещениях предприятий; - в машинно-котельных, постах управления; - в производственных помещениях на судах.	1,3	0,45	0,20	0,20	0,20	0,20

 

Методы борьбы с вибрацией:

- устранение (уменьшение) вибрации в источнике ее возникновения;

- демпфирование вибрации (виброгашение);

- виброизоляция.

Устранение причин возникновения вибраций в машинах и механиз­мах конструктивными и технологическими методами является наиболее радикальной мерой (статическая и динамическая балансировка вращающихся масс, устранение люфтов, зазоров в машинах, замена кривошипно-шатунных механизмов кулачковыми, подшипников качения на подшипники скольжения и т.д.).

При демпфировании уменьшение амплитуды колебаний деталей машин достигается их изготовлением из материалов с большим внутренний тре­нием или применением покрытий на вибрирующих поверхностях из материа­лов с большим внутренним трением или вязкостью (пластмассы, капрон, текстолит, дельтадревесина, резина, упруговязкие мастики).

Гашение колебаний предусматривает увеличение инерционного и уп­ругого сопротивления колебательных систем либо введение в механизмы специальных устройств – динамических гасителей.

Наиболее распространенной мерой защиты от вибрации является виброизоляция источника возмущения вибрации от фундаментов и перекрытий.

При этом методе уменьшение вибрации, передающейся от машины на опорные конструкции, достигается установкой между машиной и кон­струкцией виброизоляторов (амортизаторов).

В качестве амортизаторов используют упругие элементы в виде стальных пружин, рессор, прокладок из резины, резино-металлических деталей и т.п.

При изоляции вибрации звуковой частоты 16 Гц и более не рекомендуют пользоваться металлическими пружинами, хорошо изолирующими ви­брацию низкой частоты. Высокочастотная вибрация хорошо распростра­няется по металлу вдоль витков пружины.

Для снижения вибрации высокой частоты целесообразно применять резиновые амортизаторы.

При разработке мероприятий по виброизоляции добиваются того, чтобы амплитуды колебаний, проходящие через упругие прокладки, были возможно меньше.

Расстановка амортизаторов для машин производится таким образом, чтобы центр тяжести амортизаторов находился на одной вертикали с центром жесткости массы, которую представляет собой машина, установленная на специальное основание.

Сплошная резиновая прокладка имеет незначительный статический прогиб и передает на основание все колебания, как жесткое тело. Для амортизации резиновые прокладки должны иметь форму, способствующую свободное вытягивание материала в стороны под весом агрегата, например, ребристую или дырчатую.

Основным показателем, определяющим качество виброизоляции оборудования, установленного на виброизоляторы с жесткостью С и массой М, является коэффициент передачи или коэффициент виброизоляции КП. Он показывает, какая доля динамической силы F_ф от общей силы F, действующей со стороны оборудования, передается виброизоляторам и фундаменту:

где f – частота возмущающей силы;

f₀ – частота собственных колебаний оборудования;

где g – ускорение силы тяжести, 9,81 м/с²;

Х_ст – статическая осадка виброизолятора под действием собственной массы машины, м:

где G – сила тяжести агрегата, Н;

С – жесткость амортизатора, Н/м.

Статическую осадку, например, резиновой амортизирующей прокладки можно принимать равной 10% ее толщины.

Коэффициент передачи зависит от частоты возмущающей силы.

Амортизаторы начинают приносить эффект при частоте возмущения

f > f₀ . При виброизоляторы полностью передают ви­брацию фундаменту (КП=1) или даже усиливают ее (КП>1).

Эффект виброизоляции тем выше, чем больше отношение f/f₀.Следовательно, для лучшей виброизоляции фундамента от вибрации агрегата при известной частоте возмущающей силы необходимо уменьшить частоту собственных колебаний агрегата на виброизоляторах для получения больших отношений f/f₀, что достигается либо увеличением массы агрега­та М, либо снижением жесткости виброизоляции С. Хорошая виброизоляция достигается при f/f₀ =3 4, что соответствует КП=1/3 – 1/15.

Ослабление передачи вибрации на фундамент, как было уже сказано, характеризуется величиной виброизоляции L в децибелах (дБ). Величина виброизоляции на данной частоте определяют по формулам:

где L_V1; U₁ – уровень вибрации и виброскорость агрегата или фундамента при отсутствии виброизоляторов между агре­гатом и фундаментом;

L_V2; U₂ – уровень вибрации и виброскорость фундамента при наличии виброизоляторов между агрегатом и фундаментом;

V₀ = 5 · 10^-5 мм/с (const).

,

 

где f – частота возмущающей силы, Гц;

f₀ – частота собственных колебаний, Гц.

 

Порядок выполнения работы

Объектом исследования является определение параметров общей вибрации.

Общую вибрацию определяют на стенде, включающем электродвига­тель, жестко закрепленный на платформе. Платформа установлена на фундаменте с помощью виброизоляторов. Прижимной винт позволяет жест­ко соединить платформу и фундамент. В этом случае они будут коле­баться как одно целое (виброизоляция исключена). Измерение вибрации производится переносным виброизмерительным прибором.

Для проведения измерений необходимо:

1. Изучить устройство прибора.

2. Наметить контрольные точки на фундаменте.

3. В каждой намеченной точке произвести измерения размаха вибрации К в трех повторностях, вычислив среднее арифметическое значение размаха, занести в табл.7.2.

4. Замеры общей вибрации произвести для двух режимов работы «виброизоляция включена» (прижимной винт отпустить) и "виброизоляция выключена" (платформа закреплена винтом к фундаменту).

5. По вышеприведенным формулам вычислить частоту возмущающей силы, виброскорость и уровень виброскорости.

6. Сравнить полученные значения параметров виброскорости с предельно допустимыми значениями и дать оценку влияния вибрации на организм человека в различных режимах работы установок.

7. Определить эффективность виброизоляции экспериментально и расчетным путем.

 

Таблица 7.2.

Протокол отчета по лабораторной работе № 7

 

Вид вибрации	Наименование опытов	Номер точек	Экспериментальные значения	Средняя фактическая виброскорость U, м/с	Уровень виброскорости Lv, дБ	Допустимые значения
размах вибрации К, М	средний размах Кср, М	средняя амплитуда А, М	Частота колебаний f, Гц	Виброскорость, U доп, м/с	Уровень виброскорости, Lv, дБ	Вывод
	виброизоляция выключена
	виброизоляция включена

 

Работу выполнил студент ______________________________

Ф.И.О. шифр

 

Работу принял преподаватель _____________________________

Ф.И.О.

Производственная ситуация к лабораторной работе № 7

 

Возникла необходимость установить вентилятор на перекрытии производственного помещения. Число оборотов вала вентилятора п=1450 об/мин. Вентилятор динамически отбалансированный. Какой вид виброизоляторов целесообразно использовать в такой ситуации:

1. Пружинные виброизоляторы.

2. Резиновые виброизоляторы, имеющие ребристую форму и разбитые на отдельные квадраты.

3. Виброизолятор из сплошного листа резины толщиной 500 мм.

Вопросы для самопроверки:

1. Какими параметрами характеризуют вибрацию?

2. Какой показатель вибрации характеризует техническое состояние оборудования?

3. В чем заключается математическая сущность уровня виброскорости?

4. В каких единицах измеряют уровень виброскорости?

5. Какие параметры вибрации нормируют?

6. Какие методы и средства используют для снижения вибрации оборудования?

7. Какой показатель вибрации снижается виброзащитой?

8. В чем заключается сущность нормирования вибрации на рабочем месте?

 

Литература:

1. СН 2.2.4/2.1.8566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

 

2. СанПиН 2.2.2.540-96 «Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ».

 

3. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ «Вибрационная безопасность. Общие требования».

 

4. Безопасность жизнедеятельности. Учебник по ред. С.В.Белова. – М.: Высшая школа, 2006 г.

 

5. Калинина В.М. техническое оснащение и охрана труда в общественном питании. Учебник. – М.: Академия, 2004 г.

 

Лабораторная работа № 6