Защита от вибрации

Источником вибрации являются многие виды производственного оборудования – станки экскаваторы, краны, погрузчики и др. Повышенная вибрация характерна и для многих судов. Все это вызывает необходимость в проведении соответствующих виброзащитных мероприятий.

Методы защиты от вибрации делятся на две группы: методы, снижающие параметры вибрации воздействием на источник возбуждения, и методы, снижающие параметры вибрации на пути ее распространения от источника возбуждения. В основе первой группы методов лежит снижение силового возбуждения вибрации (уравновешивание, изменение частоты источника вибрации, изменение конструкции виброопасных машин и т.д.), снижение кинематического возбуждения вибрации (уменьшение неравномерностей опорных элементов машин), снижение параметрического возбуждения вибрации и самовозбуждения.

Вторая группа методов включает снижение передачи вибрации за счет использования дополнительных устройств в конструкциях виброопасных машин (виброизоляция, виброгашение), применения демпфирующих покрытий, изменения конструктивных элементов машин и строительных конструкций, применения антифазной синхронизации двух или более источников возбуждения вибрации.

Средства виброизоляции по своей структуре делятся на простые и составные, а последние, в зависимости от порядка включения простых средств виброизоляции, на средства с последовательным, параллельным и комбинированным включением.

Средства виброгашения по принципу действия делятся на ударные и динамические виброгасители.

Главные направления борьбы с вибрацией можно определить на основе анализа уравнения вынужденных колебаний тел. Рассмотрение этого уравнения дает следующее выражение для определения амплитуды виброскости │v_m│:

(2.95)

где F_m – амплитуда вынуждающей силы, Н; μ – коэффициент сопротивления, Н·с/м; m – масса колеблющейся системы, кг; ω – угловая частота вынуждающей силы, рад/с; q – коэффициент жесткости системы Н/м.

Из выражения (2.95) непосредственно следует, что чем меньше будет вынуждающая сила F_m и больше масса колеблющейся системы m и коэффициент жесткости q, тем меньше окажется вибрационная активность, оцениваемая по амплитуде виброскорости.

На практике для борьбы с вибрацией применяют тщательную балансировку вращающихся масс, отстройку от режима резонанса, вибродемпфирование (вибропоглощение), осуществляемое как за счет применения конструкционных материалов с высокими значениями коэффициента μ, обеспечивающими затухание вибрации (композиционные материалы: сталь – медь, сталь – алюминий, медь – никель, никель – титан, пластмассы), так и за счет нанесения специальных покрытий (Антивибрит-2 и др.). Вибродемпфирующие покрытия должны быть в 2-3 раза толще той конструкции, на которую они наносятся.

Для уменьшения передачи вибрации на сопряженные с ее источником объекты (фундаменты, площадки с рабочими местами) применяют упругие вставки-виброизоляторы. Эффективность виброизоляции оценивают по коэффициенту передачи К, он показывает, какая доля динамических сил, под воздействием которых возникает вибрация, передается фундаменту. Если пренебречь трением, коэффициент К можно рассчитать по формуле:

, (2.96)

где f – частота возбуждения вибрации в источнике, Гц.; f_о- частота собственных колебаний системы, Гц.

Зная коэффициент К, определяют эффективность ΔL виброизоляции (в дБ):

ΔL = 20 lg l/K. (2.97)

Частоту f определяют на основании технических характеристик источника вибрации. Частоту f_о рассчитывают по формуле

, (2.98)

где х_ст = mg / q – статистическая осадка системы на виброизоляторах под давлением своей массы, м; g – ускорение свободного падения, м/с².

Анализ выражений (2.96) – (2.98) позволяет получить следующую формулу для расчета необходимой осадки виброизолятора, обеспечивающей снижений уровня вибрации на величину ΔL_необх:

(2.99)

ΔL_необх = L_ф – L_н, (2.100)

где L_ф, L_н - фактический и нормативный уровни вибрации соответственно.

Виброизоляторы могут быть пружинными, резиновыми и комбинированными. Одна из разновидностей пружинного виброизолятора приведена на рис. 2.35.

Для обеспечения эффективности виброизоляции требуется чтобы фундаменты для виброопасного оборудования были достаточно массивными.

В тех случаях, когда не удается обеспечить вибробезопасность путем применения технических методов и средств, используют СИЗ. При наличии общей вибрации эффективны вибродемпфирующие коврики из легкопористой резины и амортизирующие площадки на пружинных или резинометаллических амортизаторах, специальная обувь, подошва которой выполняется из разных гасящих вибрацию материалов – резины, пластмасс, войлока. В обувь могут вкладываться виброзащитные прокладки.

Рис. 2.35. Пружинный виброизолятор

В качестве СИЗ при действии вибрации, передающейся на руки работающих, применяют антивибрационные рукавицы, перчатки или полуперчатки. Эти изделия могут быть либо полностью изготовлены из виброзащитного материала методом литья, формования или другим способом, либо в них могут быть применены виброзащитные прокладки или пластины (поролон и др.). В стандартах на рассматриваемые изделия указывается их эффективность по защите от вибрации в децибелах.

Эффективными и профилактическими мероприятиями являются уменьшение времени непрерывного воздействия вибрации, рационализация режима труда и отдыха, применение комплекса физиопрофилактических процедур – водные процедуры, массаж, ультрафиолетовое облучение и лечебная гимнастика. Рекомендуется, чтобы суммарное время контакта с машинами, вызывающими вибрацию на уровне норм, не превышало 2/3 рабочей смены, продолжительность одноразового непрерывного воздействия вибрации (включая микропаузы) не должна превышать для ручных машин 15-20 мин.

Неблагоприятное действие вибрации усиливается при пониженных температурах, поэтому работы с вибрирующим оборудованием должны проводиться в отапливаемых помещениях с температурой не ниже 16 ^оС, влажностью 40-50 % и скоростью движения воздуха до 0,3 м/с. При работах в условиях пониженных температур должны предусматриваться помещения для обогрева с температурой воздуха 21-22 ^оС.

Работающие должны иметь два перерыва: через 1-2 ч после начала смены продолжительностью 20 мин и через 2 часа после обеденного перерыва 30 мин. Не реже 1 раза в год все лица, занятые на работах в условиях действия вибрации, должны проходить медосмотры.

В число организационных мероприятий по защите от вибрации входят: проведение ее периодических эксплуатационных проверок в сроки, установленные нормативно-технической документацией для данного вида оборудования, но не реже 1 раза в год при общей вибрации и не реже 2 раз в год при локальной; проведение своевременного планового и предупредительного ремонта машин с обязательным послеремонтным контролем вибрационных характеристик; контроль за наличием данных о вибрационных характеристиках в паспортах вновь поступающих машин, если они отсутствуют, то необходимо организовать входной контроль вибрационных характеристик этих машин.

При расчетах допустимого времени работы в условиях повышенной вибрации можно использовать установленные значения дозы вибрации D_в

(2.101)

где - эквивалентное корректированное значение виброускорения (или виброскорости), м/с²; Т – время воздействия вибрации, ч.