Средства и методы защиты от вибрации
Средства защиты от вибраций подразделяются на: коллективные и индивидуальные. Основные мероприятия по защите от вибраций условно можно свести к таким группам:технические, организационные и лечебно-профилактические.
К техническим мероприятиям относятся: устранение вибраций в источнике и на пути их распространения. Устранение или уменьшение вибрации в источнике решается, начиная со стадии проектирования и изготовления машин.
Закладываются в их конструкцию решения, обеспечивающие вибробезопасные условия труда: замену ударных процессов на безударные, применение деталей из пластмассы, ременных передач вместо цепных, шестерен с глобоидальным и шевронным зацеплением вместо прямозубых, выбор оптимальных рабочих режимов, тщательная балансировка вращающихся деталей, повышение класса точности их изготовления и чистоты обработки поверхности и другое.
При эксплуатации техники уменьшенные вибрации достигается современной подтяжкой креплений, устранением люфтов, зазоров, качественной смазкой трущихся поверхностей, правильной регулировкой рабочих органов.
В конструкциях, по которым происходит распространение колебаний, делаются разрывы, заполняемые вибро- и звукоизоляционными материалами; замена вибрирующего оборудования или процесса на безвибрационный.
Для снижения вибраций на пути распространения применяют: виброизоляцию, виброгашение, вибродемпфирование.
Виброизоляция:
В инженерной практике одной из действенных мер по уменьшению вибраций на пути её распространения от источника вибраций является виброизоляция. Виброизоляция бывает пассивной и активной.
Виброизоляция называется активной, если для ее уменьшения используется дополнительный источник энергии.
Пассивная виброизоляция применяется, если требуется защитить рабочее место от колебаний вибрирующих машин или защитить остальные машины от колебаний неуравновешенных деталей (ССБТ ГОСТ 12.4.046-78 «Методы и средства вибрационной защиты. Классификация.»).
Виброизоляция ослабляет передачу колебаний от источника на основание, пол, рабочее место и.т.д. за счет устранения между ними жестких связей и установки упругих элементов (виброизоляторов).
Рис. 2.5.11.Схема виброизоляции динамической не уравновешенной машины
В качестве виброизоляторов применяют: стальные пружины или рессоры, прокладки из резины, войлока, а также резинометаллические, пружинно-пластмасовые и пневморезиновые конструкции, использующие упругие свойства материалов и воздуха и т.д. (рис.2.5.11.)
Принцип пассивной виброизоляции хорошо видно на примере виброизоляции неуравновешенной машине массой М с эксцентриком массой m на расстоянии R от оси вращения (рис.2.5.12.).
При вращении вала машины с угловой скоростью ω возникает центробежная сила Fmax=m ω2 R, изменение которой во времени (t) носит гармонический характер:
(2.5.29)
Рис. 2.5.12. Пассивная виброизоляция машины
(а) и рабочего места (б)
Для виброизоляции машины установлены пружинные виброизоляторы. Под действием силы (2.5.29) пружины деформируются, и в пружинах возникает сила упругости:
,(2.5.30)
где К-жесткость амортизаторов;
Х-деформация пружины под действием динамической силы
Эффективность виброизоляции будет тем выше, чем меньшая динамическая сила передается на основание, т.е. чем меньше (сила возмущения F уравновешивается силой инерции от массы М)
Эффективность пассивной виброизоляции оценивается коэффициентом передачиμ, который показывает какую долю динамической силы, возбуждаемой машиной, передают амортизаторы на основание:
(2.5.31)
Если пренебречь затуханием колебаний виброизоляторов, то коэффицент передачи вибраций:
(2.5.32)
где f - частота вынужденных колебаний, Гц;
f0 - частота собственных колебаний, Гц.
Рис.2.5.13. Зависимость коэффициента передачи μ от f/f0:
1 – при использовании стальных пружинных виброизоляторов
(D→0); 2 –то же, резиновых виброизоляторов (D=0,2).
Следовательно, для достижения малого значения коэффициента передачи необходимо, чтобы частота собственных колебаний была значительно меньше частоты вынужденных колебаний.
При f=f0 наступает резонанс - резкое увеличение интенсивности колебаний виброизоляционной машины (при частоте собственных колебаний близкой к частоте вынужденных колебаний применение виброизоляторов бесполезно), при f/ f0 >2 резонансные колебания исключаются, а при f/f0=3-4 достигается эффективность работы виброизоляторов.
Пружинные виброизоляторы широко применяют в машинах и механизмах. Они обладают высокой виброизолирующей способностью и долговечностью (μ=1/90…1/60).Однако из-за небольшого внутреннего трения стальные пружинные виброизоляторы плохо рассеивают энергию колебаний, поэтому затухание колебаний происходит не мгновенно, а за 15-20 периодов, что не всегда целесообразно при использовании машин, работающих в кратковременном режиме (краны, экскаваторы и.т.д).
Рис.2.5.14. Виброизоляторы:
а – резинометаллический типа АКСС с допускаемой нагрузкой до 4000 Н;
б – пружинно-резиновый типа АД с пневмодемпфированием; в – Тима АЦП;
г – пневмоамортизаторы ; д – виброизоляторы типа АПН сильнодемпфированные пластмассовые ; е – виброизоляторы типа ДК.
Пружинные амортизаторы в основном используют для виброизоляции бетоноукладчиков, вентиляторов, двигателей внутреннего сгорания, бетоносмесителей и.т.д.
Рис. 2.5.15. Схема пружинно-резиновых амортизаторов:1, 2, 3-опора машины
Рис. 2.5.16. Схемы пружинно-резиновых амортизаторов:1 – резина; 2 – стальная пружина; 3 – опора виброизолированной машины
Пружинные амортизаторы в сочетании с гидроамортизаторами (комбинированные) находят широкое применение и для виброизоляции кабин управления экскаваторов, бульдозеров и т.д.
Для уменьшения времени затухания колебаний применяют резиновые виброизоляторы, в которых большое внутреннее трение (коэффициент неупругого сопротивления 0,03-0,25). Однако виброизолирующая способность резиновых виброизоляторов меньше чем пружинных ( μ =1/5…1/20).
Положительные свойства пружинных и резиновых виброизоляторов хорошо сочетаются в комбинированных виброизоляторах с применением пневмо- и гидроамортизаторов.
Рис. 2.5.17. Виброизоляция сиденья оператора
(1- гидроамортизатор)
Рис.2.5.18.Схемы виброизоляциивиброактивного оборудования: а – опорный вариант; б – подвесной вариант; в – виброизоляция от вертикальных и горизонтальных колебаний.