Методы и средства борьбы с вибрацией
Мероприятия по борьбе с вибрацией должны разрабатываться в процессе проектирования предприятия с учетом амплитудно-частотных характеристик оборудования, предусмотренного для производства.
Наиболее распространенными и эффективными методами снижения вибрации являются виброизоляция и вибропоглощение.
Виброизолирующие конструкции предотвращают распространение вибрации от источника ее образования на человека и строительные конструкции здания.
Используют два типа виброизолирующих устройств — фундаменты и виброизоляторы. Фундаменты снижают вибрацию за счет своей массы, виброизоляторы — за счет деформации упругих элементов -амортизаторов.
Основная цель виброизоляции сводится к уменьшению амплитуды колебаний.
Оборудование, создающее значительные нагрузки (компрессоры, вентиляторы высокого давления и др.), рекомендуют устанавливать на отдельные фундаменты, не связанные с каркасом здания. Для этой цели выполняют фундаменты двух типов — с акустическим швом и акустическим разрывом.
Виброизоляторы устраняют жесткую связь между источником вибрации и его основанием при помощи амортизаторов, выполненных в виде стальных пружин или упругих прокладок (резины, пеноэласта и др.).
Для снижения низкочастотной вибрации до 16 Гц применяют стальные пружинные виброизоляторы, так как в силу малых внутренних потерь они способны пропускать колебания высоких частот.
Упругие виброизоляторы наиболее эффективны для машин и механизмов, число оборотов рабочих органов которых более 1800 об/мин. Эффективность упругих виброизоляторов определяется статическим прогибом под весом действующей на них нагрузки. Чем больше прогиб, тем выше виброизоляция.
Применяя амортизаторы из резины, необходимо учитывать ее малую сжимаемость, обусловленную боковыми деформациями. В связи с этим резиновые амортизаторы должны иметь форму, допускающую свободное растягивание резины в стороны, например форму ребристых или дырчатых плит. Использование сплошного резинового листа в качестве амортизатора никакого эффекта виброизоляции не даст. В этом случае изоляцию следует выполнять в виде ленты, ширина которой не должна превышать толщину более чем в 2 . 3 раза, что позволит резине при ее осадке расширяться в стороны.
Учитывая достоинства и недостатки пружинных и резиновых амортизаторов, широкое применение на практике нашли комбинированные пружинно-резиновые виброизоляторы (рис.).
Рис. Пружинный и комбинированный виброизоляторы: а — цилиндрический пружинный амортизатор; б — пружинно-резиновый амортизатор
Пружина в комбинированных виброизоляторах обеспечивает их большую механическую прочность и осуществляет гашение низкочастотного спектра вибрации, а резиновая часть (стакан) улучшает изоляцию вибрации в области высоких частот и снижает шум.
Виброизоляцию в производственных помещениях можно осуществлять упругими элементами, вмонтированными в места прохода через стены трубопроводов различного технологического назначения, в том числе воздуховодов вентиляционной системы (рис.).
Рис. Устройство для виброизоляции трубопроводов при их проходе через стену: 1 — стена или перекрытие; 2 — разрезной фланец; 3 — трубопровод; 4 — эластичная прокладка; 5 — обрамление проема (угловая сталь); 6 — пористый материал
В процессе проектирования виброизолирующих конструкций особое внимание необходимо уделить явлению резонанса, когда частота собственных и вынужденных колебаний совпадает или отношение этих частот приближается к 1. В этом случае коэффициент передачи возрастает и резко возрастает уровень вибрации. Таким образом, чем выше частота вибрации, тем легче осуществить виброизоляцию.
Вибропоглощение заключается в снижении вибрации за счет активных потерь или превращения колебательной энергии в другие ее виды. Этот метод в технике называют вибродемпфированием.
При демпфировании уменьшение амплитуды вибрации деталей оборудования достигается применением покрытия упруговязкими мастиками вибрирующих металлических поверхностей машин.
Наибольшее распространение получили мастики типа ВД-17-63, рекомендуемые для нанесения на корпуса вентиляторов, воздуховоды, кожухи и др. При этом уровень виброскорости снижается примерно на 5 . 8 дБ.
Демпфирующие свойства мастик улучшаются, если их применять в слоистых конструкциях, т. е. чередуя слои мастики с такими материалами, как, например, фольга.
Источник
Методы снижения воздействия вибрации
Общие методы снижения вибраций основаны на анализе уравнений, описывающих колебания машин и аппаратов. Для простоты анализа принято, что на систему действует переменная возмущающая сила, подчиняющаяся синосоидальному закону, поэтому уравнение, выражающее связь между амплитудами виброскорости (Vm) и возмущающей силы (Fm), имеет вид:
(7)
где: m − масса системы, кг ; q − коэффициент жесткости системы, Н/м;
ω − угловая частота возмущающей силы, рад/c.
Знаменатель в данном уравнении выражает полное механическое сопротивление системы воздействию возмущающей силы, при этом величина µ характеризует активную часть этого сопротивления, а величина 
− реактивную часть.
В режиме резонанса, когда частота колебаний системы равна частоте возмущающей силы, 
− реактивное сопротивление равно нулю и амплитуда колебаний резко возрастает.
Анализ вышеприведенного уравнения позволяет определить основные технические меры борьбы с вибрацией:
• устранение или снижение вибрации в источнике возникновения (устранение или снижение Fm);
• динамическое гашение вибрации.
Устранение или снижение вибрации в источнике возникновения должны быть реализованы еще на стадии конструирования машин и проектирования технологических процессов. При этом особое внимание должно быть уделено исключению или максимальному сокращению динамических процессов, вызванных ударами, резкими ускорениями.
Ослабление вибрации в источнике ее возникновения производится за счет уменьшения действующих в системе переменных сил. Такое уменьшение переменных возможно при замене динамических процессов статическими, при тщательной балансировке вращающихся частей и др.
При наличии контакта с вибрирующим объектом передачу вибрации можно уменьшить, используя дистанционное управление, автоматический контроль и сигнализацию ограждения. Эти методы должны полностью исключить контакт оператора с вибрирующим объектом.
Вибродемпфирование основано на уменьшении уровня вибрации путем преобразования энергии механических колебаний в тепловую. Оно может быть достигнуто:
• использованием в качестве конструкционных материалов с большим внутренним трением;
• нанесением на вибрирующие поверхности упруговязких материалов;
• применением поверхностного трения.
Эффективным видом демпфирующих устройств являются гасители колебаний, работающие по принципу антирезонанса, возникающего в системах с двумя степенями свободы. Принцип действия антирезонанса состоит в том, что одна из масс системы остается в состоянии покоя при действии на нее гармонического возмущения определенной частоты. Наибольший эффект динамических гасителей наблюдается при применении их в условиях резонансных режимов колебаний. На рис.1 приводятся различные типы гасителей вибраций.
Динамическое виброгашение осуществляют установкой машин и агрегатов на фундаменты, массу которых рассчитывают так, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1 − 0,2мм, а для отдельных сооружений − 0,005мм.
Возможно использование виброгасителей, которые представляют собой колебательную систему, собственная частота которой настроена на основную частоту колебаний данного объекта. Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем объекте и потому в нем возникают колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями этого объекта.
 |
Рис.1. Гасители вибраций:
а − пружинного типа; б − с резиновой прокладкой; в − виброизолирующая опора 08 − 31; г − разрез амортизаторе типа AКCC; д − виброизоляция кожуха редуктора; 1 − соединитольный палец; 2 − фиксатор соединительного пальца; 3 − пружина; 4 − рукоятка; 5 − резиновый элемент; 6 − крышка; 7 − регулировочный болт; 8 − гайка;9 − гофрированная пружина; 10 − ребро жесткости; 11 − фрикционные кольца; 12 − паз; 13 − основание амортизатора; 14 − демпфор жидкостного трения; 15 − основание армотизатора; 16 − металлический каркас; 17 − резинометаллический элемент; 18 − анкерный болт; 19 − шайба; 20 − резиновая втулка; 21 − резиновая прокладка
Вибропоглощение заключается в нанесении на вибрирующую поверхность упруговязких материалов, обладающих большим внутренним трением (резина, пластики, вибропоглощающие мастики). Ослабление вибрации достигается за счет поглощения энергии колебаний в упруговязких материалах.
Вибропоглощающие покрытия эффективны при условии, если толщина слоя равна нескольким длинам волн колебаний изгиба.
Вибропоглощающие покрытия наносят в местах максимальных амплитуд вибраций, которые определяют на основании исследования виброскорости в различных точках конструкции.
Толщина вибропоглощающего слоя обычно в 2 − 3 раза больше толщины покрываемой конструкции.
В тех случаях, когда перечисленные выше меры защиты оказываются недостаточно эффективными и не удается снизить уровень вибрации до допустимых значений, используют виброизоляцию.
Виброизоляция основана на уменьшении передачи колебаний от источника возникновения защищаемому объекту с помощью устройств, помещаемых между ними. Между источником колебаний и защищаемым объектом появляется упругая связь, ослабляющая уровень вибрации. В качестве таких упругих элементов могут быть использованы виброизоляторы в виде пружин, рессор, резиновых прокладок и т.д.
Установка машины на виброизоляторы (амортизаторы) уменьшает передачу вибраций на основание и, следовательно, уменьшает вредные вибрации рабочих мест.
Виброизоляция называется активной, если она применяется для уменьшения вибраций от источника возбуждения (машины) на поддерживающую конструкцию.
Наиболее эффективным методом создания вибробезопасных условий является разработка активной виброизоляиии, уменьшающей динамические нагрузки, передаваемые от вибрирующих установок на поддерживающие конструкции. Схема активной виброизоляции представлена на рис.2. Виброизоляция может быть двух вариантов: опорной и подвесной. При опорной виброизоляции виброизоляторы располагаются под корпусом изолируемой машины или под жестким фундаментным блоком. При подвесной виброиэоляции изолируемый объект подвешивается на виброизоляторах, закрепленных выше подошвы фундамента.
 |
Рис.2. Схема активной виброизоляции:
m – упруго закрепленная машина; K− общий коэффициент жесткости пружин; h − коэффициент деформирования
Пассивная виброизоляция применяется, если требуется защитить виброизолируемый объект от колебаний поддерживающего основания.
Пассивная виброизоляция применяется для защиты людей, находящихся в зоне распространения вибрации. Чаще всего пассивная изоляция устраивается в виде массивной плиты, имеющей контакт с вибрирующим основанием через другие амортизаторы. Расчет такой изоляции сводится к подбору соотношения между массой плиты и коэффициентом жесткости упругих опор, при котором колебания плиты доводятся до значений более низких, чем колебания основания (под коэффициентом жесткости упругих, опор (кг/см) имеется ввиду величина усилия (кг), при котором осадка упругих опор равна 1см).
Виброизоляция — это единственный способ уменьшить вибрацию, передающуюся на руки от ручного механизированного инструмента.
На рис.3 показана изоляция виброударной площадки. Примеры пассивной изоляции рабочих мест показаны на рис. 4.
 |
Рис.3. Виброизолированный фундамент виброударной площадки:
1 − амортизаторы крышки; 2 − стаканы; 3 − крышка; 4 − вибрирующая машина; 6 − стенки; 7 − подвижный блок.
 |
Рис.4. Схемы виброизоляции рабочего места:
а − рабочее место оператора; б − рабочее место на уровне пола; 1 − виброизолирующая железобетонная плита; 2 — виброизоляторы; 3 − виброизолируемая машина; 4 — фундамент виброплошадки.
При воздействии на работающих локальной вибрации используется также метод защиты временем. Он заключается в том, что при использовании виброопасных ручных инструментов работы следует производить в соответствии с разработанными режимами труда, согласно которым суммарное время контакта с вибрацией в течение рабочей смены устанавливается в зависимости от величины превышения санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» (табл.1.5).
Допустимое суммарное за смену время действия локальной вибрации
Источник
Методы снижения вибраций машин и оборудования
Ослабления вибраций достигают следующими конструктивными и технологическими мерами:
— уравновешиванием, балансировкой вращающихся частей для обеспечения плавности работы машин;
— устранением дефектов и разболтанности отдельных частей;
— использованием динамических гасителей вибраций;
— упругой подвеской агрегатов и амортизацией.
Основные меры по снижению и полному устранению действия вибраций на работающих – внедрение автоматизированных и высоко механизированных производств, дистанционного управления цехами и участками.
Основные меры борьбы с вибрацией:
— совершенствование конструкций машин и технологических процессов;
— отстройка от режима резонанса (изменением массы или жёсткости системы)
— вибродемпфирование (вибропоглощение) – использование конструкционных материалов с большим внутренним трением; нанесение на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение (пластмассы, дерево, резина). Эффективно применение покрытий из слоя вязкоупругого материала – пластмассы, рубероида, битума, резины;
— виброизоляция при помощи устройства амортизаторов, то есть введение в колебательную систему дополнительной упругой связи. Эффективность виброизоляции определяют коэффициентом передачи, который может быть рассчитан по формуле
где и — соответственно частота вынужденных и собственных колебаний системы ( соответствует оптимуму ; чем меньше значение КП, тем выше виброизоляция).
Обычно эффективность виброизоляции , дБ, определяют из выражения
Виброизоляторы характеризуются параметрами хст
где –статическая осадка системы на амортизаторах под действием собственной массы; q – жёсткость амортизаторов вдоль вертикальной оси; m – масса.
Чем больше статическая осадка, тем ниже собственная частота и тем эффективнее виброизоляция.
— изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций за счёт увеличения жёсткости системы (введение рёбер жёсткости);
— динамическое гашение вибрации (рис. 6.6) – увеличение реактивного сопротивления колебательных систем путём установки динамического виброгасителя (дополнительной колебательной системы m и жёсткостью c), собственная частота которого настроена на основную частоту колебаний данной машины с массой M и жёсткостью С. В этом случае подбором массы и жёсткости виброгасителя обеспечивается выполнение условия (6.20).
Рис. 6.6. Схема динамического виброгасителя
В комплексе мероприятий по снижению неблагоприятного действия вибрации на организм человека важная роль отводится режимам труда и отдыха. Согласно режимам труда суммарное время контакта с вибрацией в течение смены должно быть ограничено в соответствии с величиной превышения нормативного уровня. Рекомендуется устанавливать 2 регламентированных перерыва для активного отдыха, проведения физиотерапевтических процедур и т. д.: 1-й — продолжительностью 20 мин (через 1—2 ч после начала смены) и 2-й — 30 мин (через 2 ч после обеденного перерыва). Обеденный перерыв должен длиться не менее 40 мин. При работе с вибрирующим оборудованием продолжительность одноразового непрерывного воздействия вибрации не должна превышать 10—15 мин.
К мерам организационного характера, направленным на сокращение времени контакта с вибрационным оборудованием, относится создание комплексных бригад со взаимозаменяемостью профессий. В целях профилактики неблагоприятного воздействия локальной и общей вибраций работники должны использовать средства индивидуальной защиты: рукавицы или перчатки, коврики, обувь, подмётки и наколенники.
Виброзащитные рукавицыотличаются от обычных рукавиц тем, что на их ладонной части или в накладке закреплён упругодемпфирующий элемент. Этот элемент выполняется из поролона, однако более эффективно использование пеноэласта, губчатой резины. Применяются рукавицы с эластично-трубчатыми элементами. На рукавице имеются трубчатые элементы, закрепленные накладками и расположенные вертикальными рядами параллельно друг другу и перпендикулярно оси рукавицы. Также рукавицы могут выполняться с накладным карманом, в который вставляется накладка с эластично-трубчатыми элементами.
Виброзащитная обувьизготовляется в виде сапог и ботинок как мужских, так и женских, и отличается от обычной обуви наличием подошвы или вкладыша из упругодемпфирующего материала.
Среди лечебно-профилактических мероприятий, направленных на предупреждение неблагоприятного воздействия вибрации, важное место отводится ранней диагностике заболеваний и активной дифференцированной диспансеризации работников виброопасных профессий. Диспансеризация предусматривает предупреждение возникновения (первичная профилактика), прогрессирования (вторичная профилактика) вибрационной болезни, а также заболеваний непрофессионального характера.
К медико-биологическим и общеоздоровительным мероприятиям профилактики вибрационной патологии относятся:
— тепловые процедуры для рук в виде гидропроцедур (ванночки) или сухого воздушного обогрева;
— взаимомассаж и самомассаж рук и плечевого пояса;
— витоминопрофилактика и др. мероприятия общеукрепляющего характера, например комната психологической разгрузки, кислородный коктейль и др.
На предприятиях должны быть разработаны конкретные комплексы медико-биологических профилактических мероприятий с учётом характера воздействующей вибрации и сопутствующих факторов производственной среды.
Источник
