1466

4. Вибрационные и ударные воздействия приводят к нарушению нормального функционирования объекта. Так, вибрация резца металлорежущего станка приводит к снижению чистоты обработки поверхности.

Способность объекта не разрушаться под действием вибрационных нагрузок называется вибропрочностью, а способность нормально функционировать под действием вибрации – виброустойчивостью. Таким образом, задача виброзащиты технических объектов состоит в увеличении вибропрочности и виброустойчивости объекта /1/.

1.4. Влияние вибрации на организм человека

Вредное воздействие вибрации на оператора СДМ характеризуется: объективно регистрируемыми реакциями организма, субъективной оценкой восприятия и результатами труда /8, 12/.

Воздействие вибрации на оператора СДМ определяется спектральной характеристикой, амплитудой, направлением, местом приложения и продолжительностью действия. Воздействия с частотой меньше 1 Гц вызывают укачивание оператора. Наиболее неблагоприятны воздействия с частотой 1…30 Гц. В этом диапазоне находятся резонансные частоты основных частот тела человека: внутренние органы имеют резонансные частоты 6…10 Гц; голова – 20…30 Гц; позвоночник – 4…6 Гц /8, 12/.

По данным НИИ «Гигиена труда и профзаболеваний», 40…60% обследованных операторов СДМ жалуются на боли в мышцах спины. Боли в пояснице связаны с микротравмирующим действием вибрации на опорно-двигательный аппарат оператора. В настоящее время темп прироста частоты жалоб на боли в пояснице в среднем за год

предшествующих исследованиях доказано, что вибрация СДМ является причиной вибрационных нарушений здоровья у операторов (до 30...50 %) /8, 12/.

ГОСТ 12.1.012–90 устанавливает три основных показателя, оценивающих качество виброзащиты рабочего места оператора: обеспечение комфортности, сохранение работоспособности, сохранение здоровья и обеспечение безопасности оператора.

Количественно при санитарном нормировании и контроле вибрационное воздействие на оператора оценивается средними квадратическими значениями виброускорения a или виброскорости , а также их логарифмическими уровнями, выраженными в децибелах /4/.

Логарифмические уровни виброускорения La и виброскорости L , дБ, определяются по формулам /4, 12/:

среднее квадратическое значение виброскорости, м/с.

Вибрационные воздействия можно разделить на общие и локальные. Локальное вибрационное воздействие характеризуется колебаниями отдельных частей тела при относительной неподвижности тела оператора в целом. Общая вибрация характеризуется колебаниями всего тела оператора как единого целого /1, 12/.

Допустимые санитарные нормы значений вертикальной и горизонтальной вибрационной нагрузки на оператора транспортных машин установлены ГОСТ 12.1.012–90. Нормативы даны из условия восьмичасового рабочего дня оператора.

1.5. Методы и средства вибрационной защиты

Вибрационная зашита это совокупность средств и методов уменьшения вибрации, воспринимаемой защищаемыми объектами /12/.

Структурная схема классификации методов виброзащиты представлена на рис. 1.4 /7/.

Методы защиты, по отношению к источнику возбуждения вибрации, подразделяются /6, 7, 8/:

-на методы, снижающие параметры вибрации воздействием на источник возбуждения;

-методы, снижающие параметры вибрации на путях ее распространения от источников возбуждения.

Реализовать первую группу методов можно: а) изменением конструктивных элементов источника возбуждения; б) изменением частоты вибрации источника возбуждения; в) изменением характера вынуждающих сил или моментов, обусловленных рабочим процессом в машине; г) уравновешиванием движущихся масс /7/.

По виду реализации методы, снижающие передачу вибрации при контакте человека-оператора с вибрирующим объектом, подразделяются на методы, снижающие передачу вибрации: а) использованием дополнительных устройств, встраиваемых в конструкцию машины; б) изменением конструктивных элементов машин; в) использованием демпфирующих покрытий; г) антифазной синхронизацией источников возбуждения вибрации /7, 8, 9/.

Методы, снижающие передачу вибрации использованием дополнительных устройств, встраиваемых в конструкцию машины, подразделяются на методы виброгашения и виброизоляции /7/.

Особенностью динамического гашения вибрации является наличие дополнительной массы и упругости, которые имеют определенные параметры, в результате чего защищаемая масса остается неподвижной (антирезонанс), а дополнительная масса совершает колебания, причем демпфирование в динамическом гасителе должно отсутствовать /21/.

Классификация средств виброизоляции (СВ) /7, 8/ позволяет представить блок - схему классификации СВ (рис. 1.5).

СВ классифицируются по различным признакам /7, 12/:

-по конструктивному: простые СВ; составные СВ;

-по порядку включения простых СВ:

споследовательным включением;

спараллельным включением;

скомбинированным включением.

Рис. 1.5. Блок - схема классификации средств виброизоляции

Простые СВ по использованию дополнительных источников энергии подразделяются на пассивные и активные /46/.

Активные СВ это СВ, использующие энергию дополнительного источника /1/. По виду преобразователей энергии активные СВ могут быть с гидравлическими, пневматическими, пневмогидравлическими, электромеханическими амортизаторами /8, 9/.

На ряде транспортных средств для снижения вибрации, воздействующей на человека-оператора, устанавливают виброизолирующие настилы и виброизолированные кабины. Выбор СВ

машины зависит от ее конструктивных особенностей, условий работы оператора, характера и интенсивности вибрационных воздействий.

Виброизолирующие настилы устраиваются на тех машинах, на которых оператор работает в положении стоя. Виброизолированные кабины устанавливаются на мобильных машинах, в первую очередь с целью снижения звуковой вибрации, но при этом обеспечивают снижение вибрации, воздействующей на оператора /8/.

Кроме перечисленных способов защиты человека-оператора от динамических воздействий на мобильных машинах применяется упруговязкая подвеска кресла человека-оператора, которая может иметь как различное конструктивное исполнение, так и параметры упруговязких связей /8/.

2.УРАВНОВЕШИВАНИЕ РОТОРОВ

2.1.Основные понятия

Ротором в теории уравновешивания (балансировки) называется любое вращающееся тело. Ротором являются коленчатый вал двигателя, якорь электродвигателя, шкивы, маховики и т.п. /13/.

Как известно из курса теоретической механики, давление вращающегося тела на его опоры в общем случае складывается из двух составляющих: статической и динамической. Возникновение статической составляющей обуславливается действием сил тяжести, возникновение динамической составляющей – ускоренным движением материальных частиц, из которых состоит ротор. Если динамическая составляющая не равна нулю, то ротор называется неуравновешенным /13/.

Рассмотрим ротор, установленный на двух опорах А и В (рис.2.1). Плоскость ОХУ проходит через центр масс S ротора, а вся система координат ОХУZ вращается вместе с ротором.

Х

a b

У

Рис. 2.1. Расчетная схема ротора

При равномерном вращении ротора вокруг оси Z (см. рис. 2.1), проекции динамической составляющей определяются следующим образом:

Как видно из представленных формул, неуравновешенность можно численно оценить посредством проекций главного вектора Ф и главного

момента МФ центробежных сил инерции ротора.

JУZ , JХZ – центробежные моменты инерции ротора относительно координат

ОХУZ (см. рис. 2.1).

Следует отметить, что в рассматриваемой задаче момент сил инерции ротора МФ есть величина векторная /13/.

Как видно из уравнений (2.1), неуравновешенность ротора возрастает пропорционально квадрату его угловой скорости. Поэтому если быстроходные роторы (рабочие колеса турбин, коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания и т.п.) не уравновешены, то они оказывают на свои опоры динамическое давление, вызывающее вибрацию стойки (станины) и ее основания /13/.

Это можно пояснить следующим числовым примером. Пусть масса ротора m=10 кг, постоянная угловая скорость =1000 рад/с, смещение центра масс от оси вращения хS =0,0001 м. Модуль силы инерции Ф определим по формуле (2.2).

ФХ = m 2 хS =10 10002 0,0001 = 1000 Н.

Как видно из полученных значений, даже при небольшом смещении центра масс от оси вращения ротора сила инерции превышает силу тяжести в 10 раз, а следовательно, возрастают и реакции в опорах /11/.

Устранение этого вредного воздействия называют уравновешиванием (балансировкой) ротора. Решение данной задачи относится к динамическому проектированию машин /13/.

Согласно уравнениям (2.2) модуль главного вектора центробежных сил инерции ротора будет равен /13/

испытаниями. Ротор цилиндрической формы устанавливают на два горизонтальных ножа (бруска). Если центр масс расположен вне оси цилиндра, то ротор будет поворачиваться, пока не займет положения устойчивого равновесия, при этом центр масс звена займет низшее положение /11/.

Устранить статическую неуравновешенность можно, если к ротору прикрепить дополнительную массу mк, называемую корректирующей. Ее необходимо разместить так, чтобы

должно быть свободным для движения шатуна. В этом случае вектор Dк должен быть равен сумме дисбалансов от двух корректирующих масс. Таким образом, число и расположение плоскостей коррекции выбирается в соответствии с конструкцией и назначением ротора /13/.

Моментально неуравновешенным называется ротор, центр масс S

которого находится на оси вращения, а главная центральная ось инерции I

– I ротора (рис. 2.4) наклонена к оси вращения ротора под углом . При этом rS=0, JXZ 0, JУZ 0. Таким образом, моментальная неуравновешенность выражается только главным моментом MD дисбалансов, т.е. парой дисбалансов DМ1 и DМ 2 , которая вращается вместе с ротором. Примером моментально неуравновешенного ротора может служить двухколенчатый вал двигателя. Главный момент дисбалансов такого вала равен