Методы и средства коллективной защиты от вибрации

По отношению к источнику возбуждения вибрации методы коллек­тивной защиты подразделяются на:

• методы, снижающие параметры вибрации воздействием на источ­ник возбуждения;

• методы, снижающие параметры вибрации на путях ее распростра­нения от источника возбуждения.

Методы и средства защиты от вибрации по мощности.

К первым относятся такие средства защиты, как динамическое урав­новешивание, антифазная синхронизация, изменение характера возму­щающих воздействий, изменение конструктивных элементов источни­ка возбуждения, изменение частоты колебаний и др. Они используются, как правило, на этапе проектирования и изготовления источников ви­брации.

Средства защиты от вибрации на путях ее распространения, пред­ставленные на рис. 12.9, могут быть заложены в проекты машин и обо­рудования, а могут быть применены на этапе их эксплуатации.

Вибродемпфирование — это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических коле­баний системы в другие виды энергии.

Увеличение потерь энергии в системе может быть достигнуто:

• использованием конструктивных материалов с большим внутрен­ним трением;

• нанесением слоя упруговязких материалов, обладающих больши­ми потерями на внутреннее трение;

• использованием поверхностного трения;

• переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля.

С точки зрения снижения вибраций наиболее предпочтительным является использование в качестве конструктивных материалов: пласт­массы, дерева, резины. Так, в редукторах используют шестерни из ка­прона, текстолита. В некоторых случаях оказывается возможным также использовать шестерни из твердой резины. В результате происходит снижение вибраций оснований и фундаментов машин, а, следователь­но, снижается вибрация рабочих мест.

В настоящее время начат выпуск ручного механизированного ин­струмента в корпусах из полимерных материалов. Это в значительной мере ослабляет воздействие вибраций на руки работающих. На многих видах оборудования внедряется постановка в подшипниковые узлы вибродемпфирующих втулок, что значительно снижает уровень вибраций.

Кроме того, установка таких подшипниковых узлов значительно по­вышает срок их службы (иногда в 10 раз).

Использование в качестве конструкционных материалов пластмасс позволяет снизить уровень вибрации по виброскорости на 8-10 дБ.

В том случае, когда применение полимерных покрытий в качестве конструктивных непредставляется возможным, для снижения вибра­ций используют вибродемифирующие покрытия. Действие покрытий основано на ослаблении вибраций путем перевода колебательной энер­гии в тепловую при деформациях покрытий. Эффективное действие по­крытий наблюдается на резонансных частотах элементов конструкций агрегатов и машин.

Методы и средства защиты от вибрации на пути ее распространения.

Рис. 12.9. Классификация методов и средств защиты от вибрации

Действие жестких покрытий проявляется главным образом на низ­ких и средних частотах, мягких — на высоких. В качестве жестких покрытий используются вязкоупругие материалы (твердые пластмассы, битуминизированный войлок, различные полимерные смеси). В каче­стве мягких — мягкие пластмассы, материалы типа резины, пенопласты, поливинилхлоридные пластики. Хорошо демпфируют колебания смазочные материалы. Например, консистентные смазки в подшипни­ковых узлах, а также масляные ванны в редукторах.

Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защи­щаемого объекта путем введения в систему дополнительных реактив­ных импедансов, т.е. сопротивлений упругого или инерционного типа.

Чаще всего виброгашение реализуется путем установки агрегатов на самостоятельные фундаменты (рис. 8.13). Массу фундамента подби­рают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений — 0,005 мм. Для небольших объектов между основанием и агрегатом устанавливают массивную опорную плиту.

Рис.12.10. Установка агрегатов на виброгасящем основании:

а - на фундаменте и грунте, б - на опорной плите.

Кроме такого способа, изменение реактивного сопротивления си­стемы может быть достигнуто путем установки виброгасителей. Дина­мические виброгасители представляют собой дополнительную колеба­тельную систему.

На рис. 12.11 представлен агрегат массой М и жесткостью К_2, име­ющий частоту колебании f. Виброгаситель подбирается по характеристикам массы т и жесткости К₁ так, чтобы его собственная частота колебаний f₀ была равна ча­стоте f:

.

Рис. 12.11. Динамический гаситель колебаний.

Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент време­ни возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата. Недостатком дина­мического виброгасителя является то, что он дей­ствует только при определенной частоте, соответствующей его резо­нансному режиму колебаний.

Виброгашение связано с ослаблением колебаний посредством при­соединения к системе дополнительных реактивных импедансов. По­этому оно может быть осуществлено также путем изменения упругих характеристик колебательной системы. Увеличение жесткости систе­мы достигают соответствующим изменением конструкции и, в частно­сти, введением ребер жесткости. В последнем случае помимо упругих свойств колебательных систем нарушается синфазность колебаний от­дельных поверхностей, снижаются амплитуды смещения отдельных точек. Это в значительной мере способствует снижению амплитуды смещения отдельных точек и снижению уровня вибрации.

Виброизоляция — это уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от ис­точника колебаний (рис. 12.12). 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.

Виброизоляция достигается путем установки агрегатов на специ­альные упругие устройства (опоры), обладающие малой жесткостью.

Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом пере­дачи, который имеет физический смысл отношения силы, действующей на основание при наличии упругой связи, к силе, действующей при жесткой связи. Чем это отношение меньше, тем лучше виброизоляция. Хорошая виброизоляция достигается при КП= 1/8-1/15.

Коэффициент передачи может быть рассчитан по формуле:

,

где f — частота возмущающей силы;

f ₀ –собственная частота системы на виброизоляторах.

а) б)

Рис.12.12. Виброизоляция станка (а), рабочего места (б).

Оптимальное соотношение между f и f₀ равно 3...4.

Для виброизоляции машин с вертикальной возмущающей силой применяют виброизолирующие опоры 3-х типов: резиновые, пружин­ные и комбинированные (рис. 12.13).

Пружинные по сравнению с резиновыми имеют ряд преимуществ. Они могут применяться для изоляции как низких, так и высоких ча­стот (обеспечивают любую деформацию), дольше сохраняют постоян­ство упругих свойств во времени, хоро­шо противостоят действию масел и вы­сокой температуры, относительно мало­габаритны. Однако металлические пру­жины имеют тот недостаток, что будучи спроектированы на низкую частоту, они пропускают более высокие.

Рис. 12.13. Виброизолирующие опоры: а -пружинные, б - резиновые.

Резина имеет малую плотность, хорошо крепится к деталям, ей легко придать любую форму и она обычно используется для виброизоляции машин малой и средней массы (электродвигателей и т.п.). В виброизоляторах резина работает на сдвиг и (или) сжатие.

Методы и средства защиты от вибрации по расстоянию.

При наличии технической возможности отсутствия контакта оператора с вибрирующим объектом на практике рекомендуется использование системы дистанционного управления, автоматического контроля и сигнализации, а также инвентарных ограждений. В ряде случаев снижение воздействия вредного фактора (вибрации) достигается оптимальным размещением технологического оборудования, машин и механизмов, рабочих мест.

Методы и средства защиты от вибрации по времени.

Это система защиты, при которой исключается одновременное присутствие в данном месте пространства человека и действие опасного фактора, если такое совмещение произошло, действие неблагоприятного фактора ограничивается безопасным временем. В первую очередь, к данным средствам коллективной защиты относятся: организация рационального режима труда и отдыха работников, назначение специального питания и лечебно-профилактических процедур и пр.