Методы снижения вибрации на производстве

Все используемые методы и средства снижения вибрации на производстве можно разделить на методы уменьшения вибраций в источнике, методы организации условий труда, направленных на снижение вредного воздействия вибраций на работающих, средства индивидуальной защиты и лечебно-профилактические мероприятия.

Классификация технических методов и средств защиты от вибраций представлена на рис. 10.10.

Методы и средства коллективной защиты от вибраций разделяют на две большие группы. Первая группа - защита работающего от непосредственного контакта с вибрирующим объектом, что включает средства антифазной синхронизации, вибродемпфирование (вибропоглощение) и встраивание дополнительных устройств в конструкцию машин и строительных сооружений: виброизоляция и динамическое виброгашение.

Под средством антифазной синхронизации понимается исключение резонансных режимов работы, т. е. отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынужденной силы. Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняют двумя путями: либо изменением характеристик системы (массы или жесткости), либо установлением нового рабочего режима (отстройка от резонансного значения угловой частоты вынужденной силы.

Рис. 10.10 Классификация технических методов и средств защиты от вибраций

Вибродемпфирование (вибропоглощение) - это процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний в другие виды энергии, например, в тепловую энергию, электрическую, электромагнитную. Вибропоглощение (виброгашение) может быть реализовано в случаях, когда конструкция выполнена из материалов с большими внутренними потерями; на ее поверхность нанесены вибропоглощающие материалы; используется контактное трение двух материалов; элементы конструкций соединены сердечниками электромагнитов с замкнутой обмоткой и др.

Для вибродемпфирования используются различные материалы: сплавы металлов, композиционные материалы, полимерные металлы, мастики, смазочные материалы. Большим затуханием колебаний обладают (после закатки) сплавы марганца с содержанием 15- 20% меди и магниевые сплавы. Детати у этих сплавов имеют меньшую, чем чугуны и стати (из них делают основные конструкционные материалы в машиностроении), вибропроводимость. Затухание колебаний в металлах резко увеличивается при повышении температуры.

Значительное снижение вибраций происходит при использовании в качестве конструкционных материалов пластмасс, дерева, резины. В тихоходных редукторах применяют шестерни из капрона, текстолита и дельты древесины. В некоторых случаях вызвано использование шестерен из твердой резины. Использование этих материалов приводит к снижению вибраций оснований фундаментов машин, т. е. к снижению вибраций рабочих мест. В качестве конструкционных материалов позволяет снизить уровень вибрации по виброскорости в широкой полосе средних и высоких частот на 8-10 дБ.

Для снижения вибраций используются вибродемпфирующие покрытия из полимерных материалов, которые невозможно использовать в качестве конструкционных материалов. Действие покрытий основано на колебании вибраций путем перевода колебательной энергии в тепловую при деформациях покрытий. Эффективное действие покрытий происходит на резонансных частотах элементов конструкций агрегатов и машин. Особый интерес представляют многослойные покрытия, состоящие из слоя вязкоупругого материала (твердой пластмассы, рубероида, изола, битумизированного войлока) и слоя фольги, увеличивающей жесткость покрытия. Широкое распространение получили фольгоизол, стеклоизол, гидроизол.

В качестве жестких возможно применение металлических покрытий (на основе меди, алюминия, свинца, олова), в качестве мягких вибродемпфирующих покрытий используют легкие пластмассы и материалы типа резины - пеноэпаст, технический винипор, пенопласт и др.

Хорошо гасят колебания смазочные материалы, так как слой смазочного материала устраняет возможность контакта между двумя сочлененными элементами, а следовательно, и появление сил поверхностного трения - причины возбуждения вибраций.

Динамическое виброгашение является одним из способов увеличения реактивного сопротивления колебательных систем. Наибольшее распространение в промышленности получили динамические виброгасители, уменьшающие уровень вибраций защищаемого объекта за счет воздействия на него реакций виброгасителя. Динамические виброгасители представляют собой дополнительную колебательную систему с массой т и жесткостью собственная частота которой/0 настроена на основную частоту/ колебаний данного агрегата, имеющего массу М и жесткость 0. В этом случае подбором массы и жесткости виброгасителя обеспечивается выполнение условия

(10.35)

(трением пренебрегаем).

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 колебания.

Для снижения вибраций используют такие ударные виброгасители, в которых осуществляется переход кинетической энергии относительно движения контактирующих элементов в энергию деформации с распространением колебаний из зоны контакта по взаимодействующим элементам. В результате энергия распределяется по объему соударяющихся элементов виброгасителя, вызывая их колебания и вместе с тем рассеяние энергии вследствие действия сил внешнего и внутреннего трения. Ударные виброгасители колебаний простейшей конструкции подразделяются по типу на маятниковые, пружинные и плавающие.

Виброизоляция - это метод защиты, позволяющий уменьшить передачу колебаний от источника возбуждения запрещенному объекту при помощи устройств, помещенных между ними. Она осуществляется введением в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибрации 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.

Эффективность виброизоляции определяется коэффициентом передачи К_п (коэффициентом амортизации КА), т. е. отношение амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта или действующей на него силы к амплитуде той же величины источника возбуждения при гармонической вибрации. Чем меньше это соотношение, тем выше виброизоляция.

Если f - частота вынуждающей силы, f₀ - собственная частота установки (агрегата), то

(10.36)

Чем ниже собственная частота по сравнению с частотой вынуждающей силы, тем выше эффективность виброизоляции. При f<<f₀ вынуждающая сила действует как статическая и целиком передается основанию. При f=f₀ наступает резонанс, сопровождающийся резким возрастанием уровня вибраций. При f > 2f₀ режим резонанса не осуществляется, значение К_п равно единице, а при дальнейшем увеличении оно становится меньше единицы, так как система оказывает вынуждающей силе все большее инерциальное сопротивление. Вследствие этого передача вибраций через виброизоляцию уменьшается.

Обычно эффективность виброизоляции определяют в децибелах.

(10.37)

Выражение для собственной частоты в герцах с учетом, что mg/q = х_ст, можно представить в виде

(10.38)

где х_ст - статическая осадка системы на виброизоляторах под действием собственной массы. Чем больше статическая осадка, тем ниже собственная частота и тем эффективнее виброизоляция.

Из приведенных формул следует, что эффективность виброзащиты увеличивается с увеличением массы виброизолятора и частотой вибрации. Это на практике может привести как к удорожанию установки (агрегата), так и к его большой подвижности по отдельным степеням свободы. С целью выработки компромисса между экономическими и техническими требованиями к виброизоляции приняли оптимальным соотношение между частотой возбуждения и собственной частотой возбуждения и собственной частотой колебаний системы, равное

что соответствует

Для виброизоляции стационарных машин с вертикальной вынуждающей силой в промышленности чаще всего используются виброизолирующие опоры типа упругих прокладок или пружин или их сочетания (комбинированные виброизоляторы).

Пружинные виброизоляторы по сравнению с прокладками имеют ряд преимуществ. Они могут применяться для изоляции колебаний как низких, так и высоких частот (обеспечивают любую деформацию), дольше сохраняют постоянство упругих свойств во времени, хорошо противостоят действию массы и температуры, относительно маю габаритны, однако могут пропускать колебания высоких частот.

Для повышения виброзащитных свойств резиновых прокладок (избежание деформации в горизонтальной плоскости) их изготовляют в виде ребристых или дырчатых плит либо разбивают на ряд параллельно устанавливаемых виброизоляторов.

Для уменьшения передачи вибраций на руки работающих с ручным механизированным инструментом, а также для снижения вибраций основания некоторых машин вибрационного действия используют пневматические виброизоляторы.

В целях профилактики неблагоприятного воздействия вибрации работающие должны пользоваться средствами индивидуальной защиты: перчатками, рукавицами, спецобувью согласно ГОСТ 12.4.010-75 "Средства индивидуальной защиты рук от вибрации. Общие технические требования" и ГОСТ 12.4.024-76 "Обувь специальная виброзащитная".

К лечебно-профилактическим мерам защиты от производственной вибрации относятся внедрение рационального режима труда и отдыха: регламентированные перерывы, ограничение времени контакта с вибрационными машинами и др.; периодические медосмотры.

Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности работников следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминопрофилактику, спецпитание. Для профилактического лечения и отдыха работников, в том числе и занятых в виброопасных профессиях, в организациях должны быть организованы профилактории.

Активная виброизоляция создает препятствие для распространения разрушающих сил вибрации , исходящих от какого -либо оборудования . Различают 2 вида активной виброизоляции : изоляция периодических колебаний и абсорбция (поглощение ) ударов. Степень активной виброизоляции зависит от соотношения частоты колебаний возбудителя колебаний ( например, число оборотов станка) и частоты собственных колебаний виброизолятора.

Удары характеризуются , прежде всего , своей силой и продолжительностью .Ударные импульсы возникают ,например , при работе вырубных штампов и прессов. Для ударов характерно кратковременное , резкое усилие с последующим длительным затуханием остаточных сил. Величина остаточных ударных сил тем меньше , чем ниже собственная частота антивибрационных изоляторов

Пассивная виброизоляция означает изоляцию станков, измерительных приборов или их отдельных частей от разрушающего воздействия извне. В теоретическом рассмотрении не существует различий между активной и пассивной виброизоляцией и поэтому степень пассивной изоляции определяется по аналогии с активной .

В практике для пассивной изоляции применяют виброопоры с низкой собственной частотой Источником колебаний в данном случае являются ,как правило, собственные колебания межэтажных перекрытий (при размещении оборудования на нескольких этажах) или низкочастотные ударные импульсы. Лучшими изолирующими показателями обладают виброопоры типа SLM.

Человека и технику можно защитить от воздействия вибраций по той же схеме, поместив их на виброизолирующее устройство, которое ослабляет передачу вибрации от основания к защищаемым объектам. При определении эффективности такой виброзащиты пригодны приведенные выше формулы. Для ослабления передачи вибраций по элементам конструкции практикуется установка виброзадерживающих масс с импедансом, значительно превышающим импеданс основной конструкции (рис.).

Рис. Виброгасящие массы