Методическое пособие 525

Принимая во внимание табл. П4, приходим к выводу, что работать на оборудовании с такими вибрационными характеристиками можно не более 191 мин в течение рабочей смены.

Оформление отчета

Отчет составляется по установленной форме и должен содержать следующие пункты:

цель работы;

краткую теоретическую часть с расчётными формулами;

условие задания;

решение с пояснениями и формулами, написанными в буквенном и численном виде;

вывод.

51

Практическая работа № 6

РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

Цель работы – освоение методов измерения параметров механических колебаний и оценка вредности вибрации.

Задачи.

1.Ознакомиться с основными видами вибрации, с воздействиями вибрации на организм человека.

2.Предложить методы снижения вибрации и защиту от ее действия.

Краткие теоретические положения

На современном этапе развития техники и технологии все большую социальную и гигиеническую значимость приобретает борьба с вибрацией, неблагоприятно воздействующей на организм человека. Это вызвано тем, что улучшение технико-экономических показателей машин и технологического оборудования осуществляется за счет увеличения мощностей и рабочих скоростей при одновременном снижении их материалоемкости, что сопровождается усилением вибрации.

Амплитуда скорости вибрации (виброскорости) V может быть определена по формуле

где Fm – амплитуда возмущающей вибросилы, Н; – коэффициент сопротивления , Н·с·м-1; f – частота вибрации, Гц; m – масса системы, кг; c – коэффициент жёсткости системы, Н·м-1.

Анализ формулы (6.1) показывает, что для уменьшения виброскорости V необходимо снижать силу Fm и увеличивать значения величин, входящих в знаменатель, а именно, повышать сопротивление системы .

Методы снижения вибрации. Длительное воздействие вибрации может привести к ухудшению самочувствия и поражению отдельных систем организма: сердечно-сосудистой, нервной, кровеносной, вестибулярного аппарата и других, изменению мышечных и костных тканей. Поэтому особое значение приобретают методы и средства уменьшения вибрации.

Для защиты от вибрации необходимо применять следующие методы:снижение виброактивности машин (уменьшение силы Fm );

отстройка от резонансных частот (2 f m c ); 2 f

52

вибродемпфирование (увеличение );

виброгашение (увеличение т m) – для высоких и средних частот;

повышение жесткости системы (увеличение c) – для низких и средних частот;

виброизоляция;

применение индивидуальных средств защиты.

Снижение виброактивности машин достигается изменением

технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, резкими ускорениями и т. п., были бы исключены или предельно снижены (например, замена клепки сваркой); хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и частотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности (например, использование шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых); заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.

изменении режимов работы машины и, соответственно, частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы (например, установка ребер жесткости) или изменения массы системы (например, закрепление на машине дополнительных масс).

Собственная частота f0 вибрирующей системы определяется по формуле:

Вибродемпфирование (увеличение ) – это метод снижения вибрации путём усиления в конструкции процессов внутреннего трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение; мягких покрытий (резина, покрытие «Агат», пенопласт ПХВ-9, мастики ВД17-59, «Антивибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, использование прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов. Примером таких демпферов могут являться амортизаторы автомобилей, которые подавляют раскачку машины.

53

Виброгашение (увеличение массы системы m) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент (рис. 6.1) или на виброгасящее основание (рис. 6.2). Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот метод нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т.п.).

Одним из способов подавления вибраций является установка динамических виброгасителей, представляющих собой дополнительную

При равенстве собственной частоты и частоты, которую необходимо снизить f01 f , происходит процесс виброгашения на частоте f .

Рис. 6.3. Схема динамического виброгасителя

54

Схема динамического виброгасителя показана на рис. 6.3. Динамический виброгаситель 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 подавляет колебания только определенной частоты, соответствующей его собственной. Такие виброгасители применяют в агрегатах, например турбогенераторах, имеющих характерный, постоянный во времени дискретный спектр вибрации.

Динамическое виброгашение достигается установкой в систему динамических виброгасителей (маятниковых, пружинных или плавающих), установкой виброизоляторов (дополнительных устройств между агрегатом и защищаемым объектом). Для гашения вибрации на автомобилях, в последнее время используют специальный генератор колебаний, который создает частоту колебаний одинаковую по величине с гасимой частотой, но находящуюся с ней

впротивофазе.

Вкачестве средств индивидуальной защиты от вибрации используются: для рук – виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки; для ног – виброизолирующая обувь, стельки, подметки.

Повышение жесткости системы (увеличение c), например путем установки ребер жесткости. Как видно из формулы (6.1), этот способ эффективен только при низких частотах и в ряде случаев средних.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. На рис. 6.4 показаны пружинные амортизаторы, а на рис. 6.5 – резиновые.

Средствами виброзащиты различных объектов могут быть: гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов; разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструкций зданий; устройства «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; использование ручного механизированного инструмента с виброзащитными рукоятками, перфораторов с качающейся виброгасящей рукояткой; виброизолирующие опоры в виде упругих прокладок в сочетании с пружинами и др. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации:

Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция. Для виброизолированных систем, в которых можно пренебречь трением:

55

виброизолированной системы, Гц. Как видно из приведённой формулы, только

По конструктивным и экономическим соображениям существует оптимальное

Рис. 6.4. Виброизолирующие опоры пружинные

Рис. 6.5. Виброизолирующие опоры резиновые

Собственная частота виброизолированной системы

Умножив числитель и знаменатель подкоренного выражения в формуле (6.6) на

56

Из формулы (6.7) следует, что чем больше осадка виброизоляторов под действием веса машины, тем меньше f0 , а значит меньше КП и лучше виброизоляция.

Эффективность виброизоляции в дБ определяется по формуле

Схема расчёта виброизоляторов

1.Определяется требуемый уровень снижения вибрации по результатам замеров

где L – уровень вибрации без виброизоляции, дБ; L on – допускаемый уровень вибрации в соответствии с нормативной документацией, дБ.

2. Из формулы (6.8) путём преобразований находится соотношение частот

f0

и значение собственной частоты виброизолированной системы

1020 1

3.Из формулы (6.7) находится требуемая статическая осадка виброизолятора

4.Выбирается материал виброизолятора и определяются его параметры. Расчёт определяется типом виброизолятора: пружинный или упругие прокладки. Например, для упругих прокладок определяется требуемая толщина и площадь одной прокладки

напряжение для материала прокладки, Н·м-2, m – масса вибрирующей машины, кг; N – число прокладок.

5. Если в результате расчёта получается

57

то расчёт ведут по этой величине, но в этом случае не обеспечивается требуемое снижение уровня вибрации и необходимо применять другие мероприятия для её снижения.

Задания

Задача № 6.1. Для компрессора массой Q, устанавливаемого на цементный пол, необходимо рассчитать параметры резиновых амортизаторов и установить эффективность снижения уровня вибрации, передаваемой от компрессора. В табл. 6.1 и табл. 6.2 представлены варианты заданий, содержащие массу компрессора и число N оборотов в минуту электродвигателя компрессора.

Таблица 6.1

Исходные данные к задачам

Методика расчёта

1.Определяется частота вынужденных колебаний компрессора. Принимаем, что частота колебаний неуравновешенной массы компрессора в целом соответствует частоте вращения электродвигателя.

2.Выбирается материал для амортизирующих прокладок на основании табл. 6.3 по указанию преподавателя или самостоятельно. Выписывается

58

основная характеристика материала – это твёрдость по Шору. На основании этой характеристики выбираем допустимое статическое напряжение в материале прокладки из табл. 6.4 или с помощью номограммы, показанной на рис. 6.6.

4.Определяются размеры амортизатора, его форма, количество. Наиболее оптимальной является кубическая форма амортизатора. Количество N можно принимать от 4 до 16. Тогда площадь одного амортизатора составит

или величина стороны куба амортизатора составит

59

5.Определяется величина динамического модуля упругости резины амортизатора по номограмме на рис. 6.7

Рис. 6.6. Номограмма для определения допустимого напряжения в резине

Рис. 6.7. Номограмма для определения динамического модуля упругости резины для амортизатора

6.Определяется собственная частота f0 колебаний механической системы (компрессора) на резиновых амортизаторах

60