21.Защита от вибрации

Абсолютное большинство мероприятий, направленных на уменьшение вибрационного воздействия, так или иначе связано со снижением виброскорости. Поскольку нормируются среднеквадратичные значения виброскорости и виброускорения, то полезно знать связь между ними (для гармонических колебаний):

где v_m и а_m - амплитудные значения виброскорости и виброускорения; ω – угловая частота виброколебаний.

Для уяснения механизма действия тех или иных защитных мероприятий выведем уравнение, связывающее модуль амплитуды виброскорости с основными параметрами колебательной системы.

Согласно принципу д’Аламбера, уравнение, связывающее вибровозбуждающее усилие с параметрами колеблющейся под его воздействием системы, выглядит следующим образом:

,

где m – масса колеблющейся системы; μ - коэффициент вязкого трения; q – жесткость системы; a(t), v(t), x(t) - соответственно виброускорение, виброскорость и вибросмещение от положения равновесия колебательной системы.

Для упрощения математических преобразований рассмотрим случай гармонических колебаний. Запишем закон изменения скорости во времени (в комплексном виде): ,

где ω – угловая частота колебаний, φ – начальная фаза колебаний.

Отсюда законы изменения виброускорения и вибросмещения:

Возмущающая сила также меняется по гармоническому закону:

Используя соотношения (46), (47) и (48), уравнение (45) для случая гармонических колебаний можно записать в следующем виде:

Сокращая на , получаем соотношение виброскорости с параметрами колеблющейся системы:

;

Организационные меры защиты от вибрации.

Эта группа мер, в основном, направлена на уменьшение до допустимого значения эквивалентной виброскорости, виброускорения или их логарифмических уровней путём уменьшения времени контакта с виброактивным оборудованием и основывается на соотношении

Можно выделить следующие мероприятия:

уменьшение времени контакта с виброактивным оборудованием или инструментом или чередование работы с виброактивным инструментом работой при отсутствии вибровоздействия;

организация перерывов в работе (10-15 мин каждый час), в ходе которых работник может заниматься лечебно-профилактической гимнастикой;

использование виброинструментов и виброоборудования, соответствующих требованиям ГОСТ по вибрации;

использование средств индивидуальной защиты от вибрации (антивибрационная обувь, рукавицы с вибродемпфирующими наладонниками), имеющих сертификат;

минимизация работы на холоде.

Лечебно- профилактические меры.

Основной смысл этих мер - повысить сопротивляемость организма негативному воздействию вибрации. К ним относятся:

самомассаж рук и сосудов, подвергшихся воздействию вибрации;

лечебно-профилактическая гимнастика;

удвоенные порции витаминной группы B ежедневно.

22.Технические меры.

В основе технических мероприятий лежит уменьшение амплитуды и среднеквадратичного значения виброскорости путем использования различных технических средств. Эта группа методов базируется на соотношении.

Уменьшение амплитуды вибровозбуждающих усилий F_m

Может достигаться несколькими путями:

а) более тщательная обработка и монтаж детали;

б) балансировка вращающихся элементов;

Рассмотрим массу M, эксцентрично вращающуюся с круговой частотой ω вокруг центра О с эксцентриситетом е. Образуется центробежное усилие с амплитудой:

Это обстоятельство можно использовать для подавления вибрации данной системы. Если в исходной системе на определенном расстоянии R от оси вращения расположить массу m, то в определённых случаях можно скомпенсировать существующую вибрацию:

Таким образом, происходит использование энергии источника вибрации для подавления самой вибрации, т.е. дополнительного источника энергии не требуется. Метод прост в реализации, однако точной компенсации виброусилий достичь не удаётся.

в) применение активного виброгашения. Активный виброгаситель – система, которая с использованием стороннего внешнего источника энергии генерирует колебания той же частоты и амплитуды, но с фазой, противоположной фазе подавляемых (исходных) колебаний. В основном, такие методы применяются пока для снижения вибрации, создаваемой устройствами небольшой массы с небольшой возбуждающей силой. Этот метод очень эффективен, но дорог. Примеры его использования можно встретить в авиакосмической отрасли.

Увеличение реактивного импеданса (сопротивления) колеблющейся системы.

Для очень многих реальных объектов собственный коэффициент внутреннего трения системы мал, преобразуется в:

Этот метод реализуется несколькими способами. Для высокочастотной вибрации оптимально увеличение массы колеблющейся системы, а для низкочастотной – увеличение жесткости. Ключевой критерий правильности технического решения:

Следует учитывать, что в результате повышения импеданса потребительские свойства оборудования не должны ухудшаться.

Вибродемпфирование (увеличение механического сопротивления колеблющейся системы)

Некоторые материалы (в основном, синтетические) обладают высоким коэффициентом внутреннего трения, достаточным для того, чтобы их можно было использовать для снижения виброскорости. Эти материалы слоем определенной толщины наносят на вибрирующую поверхность, что позволяет на 3-7 дБ уменьшить уровень виброскорости. Эти материалы используют для антивибрационных средств индивидуальной защиты и очень часто - для уменьшения вибрации в трубопроводах (Рис.3.7).

Рис.3.7. Вибродемпфирование на трубопроводах.

Ширина слоя , расстояние между слоями L и толщина слоя ∆ связаны со снижением вибрации ∆L и частотой колебаний.

Очень часто используют расположение между источником вибрации и объектом устройства или системы (например, гидравлический или электромеханический амортизатор), преобразующей механическую энергию колебаний в тепловую, тем самым уменьшая вибрацию.