ЗАЩИТА ПЕРСОНАЛА И СООРУЖЕНИЙ ОТ ДЕЙСТВИЯ ВИБРАЦИИ

Если вибрация, воспринимаемая человеком, превышает опреде­ленные пределы, то его самочувствие ухудшается, а работоспособ­ность понижается. При чрезмерно интенсивном и длительном воз­действии вибрации возникает так называемая вибрационная бо­лезнь. С другой стороны, вибрация, передаваемая на элементы зда­ний и сооружений, тоже может оказывать на них вредное влияние, если она превышает определенные пределы. Защиту персонала, со­оружений и прочих объектов от вредного воздействия вибрации на­зывают вибрационной защитой. Вибрационная защита может осу­ществляться следующими путями: предотвращением или снижени­ем вибрации в ее источнике; виброизоляцией; динамическим гаше­нием вибрации. В машинах, действие которых определяется гене­рируемой ими вибрацией, предотвращение или снижение вибрации в ее источнике привело бы к прекращению функционирования ма­шины. Поэтому остаются два последних пути, из них основным яв­ляется виброизоляция.

а)

—МАЛбА— _гр———-

о • ~о:

Виброизоляцией называют метод вибрационной защиты, заключаю­щийся в том, что между источником вибрации и защищаемым объектом устанавливают деформируемое уст­ройство, называемое виброизолято­ром, которое в необходимой степени снижает передаваемую вибрацию.

д)

т

“П гг

Рис. 119

Виброизолятор называют активным, если в него подается энергия для ав­томатической виброизоляции защи­щаемого объекта. В противном слу­чае виброизолятор называют пас­сивным. При виброизоляции вибра­ционных машин используют только пассивные виброизоляторы. Дефор­мируемыми звеньями пассивных виброизоляторов служат упругие
элементы (металлические, резиновые, пневматические), а в некото­рых случаях параллельно с упругими элементами устанавливают демпферы.

Чтобы установить основные возможности виброизоляции, рас­смотрим схему на рис. 119, а. Источник вибрации — поводок 1 — вибрирует гармонически с амплитудой перемещения а и угловой частотой со в направляющих 6. Он соединен с защищаемым телом 4, обладающим массой т, виброизолятором, состоящим из упругого элемента 2, имеющего коэффициент жесткости с, и демпфера 5, имеющего коэффициент сопротивления Ь. Защищаемое тело пере­мещается в направляющих 3. Следовательно, мы имеем частный случай кинематического возбуждения колебаний в системе с одной степенью свободы, схему которого мы видели на рис. 16. В соответ­ствии с формулами (49), (50), (53) и (55) раздела 2 запишем зна­чение амплитуды перемещения ха защищаемого тела:

/ С2+Й2 О)2

Ха — й 1/ ————- ——————— . (0

а У (С — /Я<о2)24-Ъ2ш2

Качество виброизоляции определяется коэффициентом переда­чи є, который равен модулю отношения амплитуды ха защищаемо­го тела к амплитуде а источника вибрации. Из равенства (1) по­лучаем

с2 4- 62ш2 / ш п -4- 4А2и2

= , (2)

(с — /raw2)2 -}- &2ш2 I/ (d>jj—ш2)2 — J — 4/г2о)а

а при отсутствии демпфирования

s — с/ J с — тш2 | = 0)2/ | tog — и)2 I. (3)

Здесь, как и в разделе 2, собственная угловая частота со0 недемпфи­рованных колебаний тела 1 на пружине 2 и коэффициент демпфи­рования h определяются формулами:

= Ус! т, h = Ы2т.

Чем меньше по сравнению с единицей коэффициент передачи, тем совершенней виброизоляция. Говорить о виброизоляции можно только при е<1, а это наступает при a>z/a>oz>2. Коэффициент пере­дачи тем ниже, т. е. виброизоляция тем лучше, чем больше отно­шение вынуждающей частоты к собственной и чем меньше коэффи­циент демпфирования.

Мы ввели понятие коэффициента передачи для случая заданной амплитуды перемещения источника вибрации. Им удобно поль­зоваться, если эта амплитуда практически не зависит от парамет­ров виброизоляции. Но часто приходится иметь дело с силовым возбуждением колебаний, когда задана амплитуда вынуждающей
силы, практически не зависящая от параметров виброизоляции. Тогда в качестве коэффициента передачи удобно пользоваться от­ношением амплитуды силы Qa, с которой виброизолятор действует на защищаемый объект, к амплитуде Fa вынуждающей силы.

На рис. 119,6 тело 1, обладающее массой т, совершает вынуж­денную вибрацию под действием гармонической силы с амплиту­дой Fa и угловой частотой со. Оно движется в направляющих 5 и соединено виброизолятором, состоящим из пружины 2 с коэффици­ентом жесткости с и демпфера 4 с коэффициентом сопротивления Ь, с защищаемой стойкой 3. Если амплитуду перемещения тела 1 обо­значить ха, то амплитуда силы пружины равна хас, а амплитуда си­лы демпфера равна xab = xaiob. Отсюда

Qa=XaV<? + P**. (4)

На основании выражений (27), (7) и (14) раздела 2 амплитуда вынужденной вибрации

Fa

(5)

V(C —* /?гш2)2 62о>2

откуда коэффициент передачи

(6)

— <?д _ 1 / с2 +-ь2ц>2 — -1 / м0 + 4А2т2

Fa V (.С — «<■>»)* +І*»* I/ (ш2—fa>2)2-f 4Л2а

а при отсутствии демпфирования

є = с! [ с — mi»2 [ = о>у | о)2 — ш2 { . (7)

Таким образом, мы получили те же выражения для коэффици­ента передачи силы, что были приведены ранее для коэффициента передачи перемещения. Но следует иметь в виду, что в формулы (1) — (3) входит масса т защищаемого объекта, а в формулах (5) — (7) той же буквой обозначена масса источника вибрации.

Введение демпфирования, как было сказано, ухудшает вибро­изоляцию установившейся периодической вибрации. Тем не менее во многих случаях вводят некоторое демпфирование, полезное в пе­реходных режимах при прохождении через промежуточные резо­нансы, а также в установившихся околорезонансных режимах.

Мы рассмотрели виброизоляцию объекта с одной степенью сво­боды. Решение задачи пространственной виброизоляции объекта даже в простейшем случае, когда его можно схематизировать в ви­де твердого тела, т. е. без учета его сложной внутренней структу­ры, требует рассмотрения шести степеней свободы, что вызывает необходимость выполнения громоздких вычислений. Задача была бы упрощена, если бы свободные колебания каждой из шести ин­тересующих нас координат системы не были связаны с колебания­
ми остальных координат. Полная или хотя бы частичная развязка колебаний достигается, если система обладает симметрией отно­сительно ряда координатных осей и плоскостей. Чем выше симмет­рия, тем больше независимых групп координат. Имеется в виду симметрия расположения масс, пружин и демпферов.

У

Л

s’

v*"»

Значение развязки колебаний не огра­ничивается удобством расчета. Развязка колебаний имеет большое практическое значение. Мы говорили, что виброизоля­ция улучшается с повышением отношения частоты вынуждающего воздействия к собственной частоте колебаний. Часто практически невозможно достичь доста­точно низкого значения всех собственных частот. Поэтому, принимая меры по обе­спечению низкой жесткости виброизоля­торов в направлении одной координатной оси, вдоль которой осуществляется ви­брационное воздействие, следует доби­ваться, чтобы колебания этой координа­ты не были связаны с колебаниями дру­гих координат и не вовлекли в действие остальные упругие силы, порождаемые деформациями виброизоляторов в на­правлениях других координатных осей.

Одним из удобных способов развязки колебаний является наклон виброизоля­торов. Возьмем симметричную относи­тельно вертикальной оси систему (рис. 120, а), где тело установлено на вертикальных виброизоляторах. Пусть начало координат совпадает с его цен­тром массы. Поступательные свободные колебания тела вдоль оси х связаны с угловыми колебаниями. Для их развязки надо наклонить виброизоляторы, сохраняя симметрию системы относительно оси у (рис. 120, б).

Угол наклона <р осей виброизоляторов к оси х, при котором до­стигается развязка, определяется зависимостью

Uh = (ср ctg ф — f сq tg ф) / (ср — с,), (8)

где/ —половина расстояния между виброизоляторами, /і —рас­стояние ОТ виброизоляторов ДО ОСИ X, Ср, сд — коэффициенты жест­кости виброизолятора соответственно вдоль и поперек его оси.

Если перемещения виброизолируемого объекта 3 (рис. 120, в) должны быть лимитированы, то помимо достаточно податливых виброизоляторов 2 устанавливают дополнительные упругие ограни­чители — односторонние 4 или двусторонние 1. Между упругими ог­раничителями и виброизолируемым объектом имеются зазоры та­

кого размера, что амплитуда установившейся вибрации меньше за­зоров и ограничители не работают; они вступают в действие при переходных режимах.

Применение упругих ограничителей может вызвать нежелатель­ные последствия. Начавшиеся при запуске удары об ограничители могут сохраняться и при установившейся вибрации, что приведет к передаче больших переменных сил и может вызвать поломки. Это следствие характерной для нелинейных систем множественно­сти качественно различных периодических режимов движения (см. раздел 3).

Вопрос о динамическом виброгашении был рассмотрен в раз­деле 2. Необходимо еще раз подчеркнуть, что полное динамическое гашение колебаний достигается только на строго определенной ча­стоте колебаний и при отсутствии демпфирования в динамическом гасителе.

а)

LJB

130

16 32 S3 125 250 500 1000 Гц Среднегеометрические частоти октаВных полос

Среднегеометрические частоты октаоных полос

Рис. 121

Существуют санитарные нормы, ограничивающие ви­брацию, передаваемую на руки работающих, и сани­тарные нормы, ограничи­вающие вибрацию рабочих мест. Первые из них уста­навливают предельно допу­стимые, т. е. не подлежащие превышению, величины сред­неквадратических значений виброскорости, передавае­мой на руки при работе с ручными машинами, меха­низмами, органами ручного управления, приспособле­ниями и обрабатываемыми деталями, в полосе частот ниже 11 Гц и в 8 октавных полосах от 11 до 2800 Гц, причем приняты следующие среднегеометрические значе­ния частот октавных полос:

16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 и 2000 Гц.

Для каждой из указан­ных полос нормы устанав­ливают предельно допустимые среднеквадратические значения виброскорости v (см/с) и уровни виброскорости L (дБ). Уровнем в децибелах в этом случае считают умноженный на 20 десятичный лога­рифм отношения виброскорости (см/с) к условно принятому ее от- счетному значению 0,5-10-8 см/с. Для пересчета уровня L в средне­квадратическое значение v вибрсскорости можно на основании ска­занного пользоваться следующими зависимостями:

(9>

106

L = 20 ig •

г 20lg v,

-106

io-e

L

20

(10)

20

:10

o = 5 . 10

Установленные рассматриваемыми санитарными нормами пре­дельные уровни и соответствующие среднеквадратические значе­ния виброскорости приведены в табл. 9 и на рис. 121, а.

Таблица 9

Граничные зна­чения частот, гц

Среднегеомет­рическая частота октавной полосы. Гц

Уровень вибро­скорости, дБ

Среднеквадрати­ческое значение виброскорости, см/с

До П

120

5

11—22

16

120

5

22—45

32

117

3,5

45—90

63

114

2,5

90—180

125

111

1,8

180—355

250

108

1,2

355—710

500

105

0,9

710—1400

1000

102

0,63

1400—2800

2000

99

0,45

Вторые из упомянутых выше санитарных норм устанавливают предельно допустимые величины вибрации рабочего места (пола, сиденья, рабочей площадки и т. п.), обусловленной работой техно­логического оборудования (машин, станков, двигателей и т. п.). Эти нормы не распространяются на средства транспорта и самоход­ные машины, находящиеся в движении. Нормы устанавливают пре­дельные уровни и соответствующие среднеквадратические значения виброскорости в 5 октавных полосах, приведенные в табл. 10 и на рис. 121, б.

Таблица 10

Граничные значения частот, Гц

Среднегеометри­ческая частота октавной полосы, Гц

Уровень виброско­рости, дБ

Среднеквадратическое значение виброско — рости, см/с

11—22

16

97

0,35

22—45

32

93

0,22

45-90

63

95

0,27

90—180

125

97

0,35

180—355

250

97

0,35

Для вибрации с частотой ниже 11 Гц установлены предельно допустимые значения полуразмахов перемещения, приведенные

в табл. 11. При этом среднеквадратические значения виброскорос­ти на частотах выше 11 Гц не должны превышать норм, приведен­ных в предыдущей таблице.

Таблица 11

Основная частота, Гц

Полуразмах,

мм

Основная частота, Гц

Полуразмах,

мм

До 1

0,6

6

0,08

2

0,5

7

0,07

3

0,4

8

0,05

4

0,2

9

0,045

5

0,1

10

0,040

В табл. 10 и 11 нормы даны для случая непрерывного воздей­ствия вибрации в течение всего рабочего дня. Если продолжитель­ность такого воздействия не превышает 20% от рабочего времени в смену, то допустимые значения виброскорости и виброперемеще­ния увеличиваются в 1,5 раза.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *