Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Нормативная база для оценки вибрационных характеристик конструкций. Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению 20.03.01 «Техносферная б
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
В.Л. Мурзинов, В.Я. Манохин, И.А. Иванова, В.И. Буянов
НОРМАТИВНАЯ БАЗА
ДЛЯ ОЦЕНКИ ВИБРАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИЙ
Учебное пособие
для студентов, обучающихся по направлению
20.03.01 «Техносферная безопасность»,
профиль «Пожарная безопасность в строительстве»
Воронеж 2017
УДК 331.45(07)
ББК 65.247я7
Н832
Авторский коллектив:
В.Л. Мурзинов, В.Я. Манохин, И.А. Иванова, В.И. Буянов
Н832
Учебное пособие содержит методические материалы к выполнению
практических работ по курсу «Управление техносферной безопасности»,
«Законодательство в БЖД». Работа включает теоретическую часть, примеры
решения задач, рекомендации по выполнению заданий, контрольные вопросы
по изучаемой теме, задания для лабораторных работ.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки
20.03.01 «Техносферная безопасность», профиль «Пожарная безопасность в
строительстве».
Ил. 15. Табл. 17. Библиогр.: 12 назв.
Нормативная база для оценки вибрационных характеристик
конструкций: учебное пособие для студентов, обучающихся по
направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность», профиль
«Пожарная безопасность в строительстве» / В.Л. Мурзинов [и др.];
ВГТУ. – Воронеж, 2017. – 52с.
УДК 331.45(07)
ББК 65.247я7
Рецензенты: Е.В. Романюк, к.т.н., доцент кафедры пожарной безопасности
технологических процессов ФГБОУ ВО Воронежский
институт ГПС МЧС России, майор внутренней службы;
А.А. Леденев, к.т.н., доцент кафедры ПБС
ФГБОУ ВО Воронежский институт ГПС МЧС России
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом ВГТУ
© Мурзинов В.Л., Манохин В.Я.,
Иванова И.А., Буянов В.И.,
© Оформление. ВГТУ, 2017
ВВЕДЕНИЕ
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.
Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической
активностью. Выраженность ответных реакций обусловливается главным
образом силой энергетического воздействия и биомеханическими свойствами
человеческого тела как сложной колебательной системы. Мощность
колебательного процесса в зоне контакта и время этого контакта являются
главными параметрами, определяющими развитие вибрационных патологий,
структура которых зависит от частоты и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного
воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса и других
условий.
Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) среди
профессиональных заболеваний. Рассматривая нарушения состояния здоровья
при вибрационном воздействии, следует отметить, что частота заболеваний
определяется величиной дозы, а особенности клинических проявлений
формируются под влиянием спектра вибраций. Выделяют три вида
вибрационной патологии от воздействия общей, локальной и толчкообразной
вибраций.
При действии на организм общей вибрации страдает в первую очередь
нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный.
Вибрация является специфическим раздражителем для вестибулярного
анализатора, причем линейные ускорения – для отолитового аппарата,
расположенного в мешочках преддверия, а угловые ускорения – для
полукружных каналов внутреннего уха.
Бич современного производства, особенно машиностроения, – локальная
вибрация. Локальной вибрации подвергаются главным образом люди,
работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация
вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей
кровью. Одновременно колебания действуют на нервные окончания,
мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности,
отложение солей в суставах пальцев, деформируя и уменьшая подвижность
суставов. Поэтому контроль и прогнозирование параметров вибрации
современного оборудования является актуальной проблемой, которой
необходимо уделять должное внимание.
3
Практическая работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ МАШИН
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. Изучить основные принципы работы и правила пользования прибора
ВИП-2.
3. С помощью приборов провести замеры виброскорости и сравнить ее с
нормативными параметрами.
Краткие теоретические положения
Вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих
телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического
поля. Причинами возникновения вибрации являются неуравновешенные
силовые воздействия, источниками которых служат:
1. возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-
шатунные механизмы, вибротрамбовки);
2. неуравновешенные вращающиеся массы (ручные электрические
шлифовальные машины).
Неуравновешенные силы появляются в результате дисбаланса, причиной
которого может быть неоднородность материала вращающегося тела,
несовпадение центра массы тела и оси вращения
В качестве факторов, влияющих на степень и характер неблагоприятного
воздействия вибрации, согласно нормативным документам [1, 2], принимается
следующее:
риски появления различных патологий вплоть до профессионального
заболевания – вибрационной болезни;
показатели физической нагрузки и нервно-эмоционального
напряжения;
сопутствующие факторы, усугубляющие воздействие вибрации
(охлаждение, влажность, шум, химические вещества и т.п.);
длительность и прерывистость воздействия вибрации;
длительность рабочей смены.
При вибрации происходит поочередное возрастание и убывание
амплитуды и частоты колебаний. Основными параметрами вибрации являются:
частота колебаний – f(Гц, с-1); виброскорость – V (м с-1), амплитуда смещения
4
- , (м), виброускорение - W (м с-2), период колебания (время, в течение
которого совершается одно полное колебание) – Т (с).
В соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.566 – 96 «Производственная вибрация,
вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» вибрация,
воздействующая на человека, классифицируется по направлению действия
следующим образом и подразделяют:
на вертикальную, распространяющуюся по оси Z, перпендикулярной к
опорной поверхности;
на горизонтальную, распространяющуюся по оси X, от спины к груди;
на горизонтальную, распространяющуюся по оси Y, от правого плеча к
левому плечу.
Направление координатных осей показаны в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Направление координатных осей при действии общей и локальной вибрации
Общая вибрация
а) положение стоя б) положение сидя
Локальная вибрация
а) при обхвате торцевых поверхностей б) при обхвате сферических поверхностей
Нормирование вибрации. В настоящее время классификацию, гигиенические
нормы вибрации, требования к вибрационным характеристикам производственного
оборудования и транспортных средств определяют ГОСТ 12.1.012-2004 «ССБТ.
Вибрационная безопасность. Общие требования» и СН 2.2.4/2.1.8.566-96
«Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных
зданий». Классификация производственных вибраций показана в табл. 1.2, а
нормативные показатели вибрации – в табл. 1.3.
5
Классификация производственных вибраций
По способу передачи
Общая
передаётся через опорные поверхности на
всё тело сидящего или стоящего человека
По направлению действия
Вертикальная Горизонтальная
По временной характеристике
Постоянная
величина виброскорости изменяется на
белее, чем на 6 дБ
По спектру
Узкополосный
уровни виброскорости на отдельных
частотах или диапазонах частот более чем
на 15 дБ превышают значения в соседних
диапазонах
По частотному спектру
Низкочастотный Среднечастотный Высокочастотный
локальный
f =
8, 16 Гц
Транспортная
воздействие на человека на
рабочих местах
транспортных средств при
их движении по местности
общий
f =
1, 4 Гц
локальный
f =
31.5, 63 Гц
По источнику возникновения
Транспортно-
технологическая
воздействие на человека на
рабочих местах машин с
ограниченной зоной
перемещения при их
перемещении по специально
подготовленным
поверхностям
Таблица 1.2
Локальная
передается на руки или отдельные участки
тела человека, контактирующие с
вибрирующим инструментом
Непостоянная
величина виброскорости изменяется белее,
чем на 6 дБ
колеблющиеся вибрации
уровень виброскорости изменяется во
времени непрерывно
прерывистые вибрации
контакт человека с вибрирующей
поверхностью прерывается, причём
длительность интервалов, в течение
которых имеет место контакт с вибрацией,
не превышает 1 секунду
импульсные вибрации
состоят из одного или нескольких
вибрационных воздействий, каждый
длительностью менее 1 секунды
Широкополосный
отсутствуют выраженные частоты или
узкие диапазоны частот, на которых уровни
виброскорости превышают более чем на
15 дБ уровни соседних частот
общий
f =
8, 16 Гц
локальный
f =
125, 250, 500,
1000 Гц
Технологическая
воздействие на человека на
рабочих местах
стационарных машин и
технологического
оборудования
общий
f =
31.5, 63 Гц
6
Основные термины, используемые в нормативных документах
fV2
10
5
10
представлены в приложении табл. П1.
Основными характеристиками оценки вредности производственной
вибрации являются амплитуда колебаний, частота, скорость и ускорение.
Частота колебаний - это количество полных колебаний за единицу времени,
величина обратно пропорциональная периоду колебаний.
Период колебаний – это отрезок времени, в течение которого происходит
полный колебательный цикл. Амплитуда колебаний (м) – это наибольшее
смещение колеблющейся точки от нейтрального положения.
Скорость вибрации – это первая производная смещения во времени, (м·с-1),
(1.1)
где f – частота вибрации, Гц, Ω- амплитуда вибрации, м.
Ускорение вибрации (м·с-2 ) – это вторая производная смещения во
времени, измеряется по формуле:
22
4 fW (1.2)
Уровень вибрационной скорости и вибрационного ускорения, дБ
V
lg20
L
V
, (1.3)
8
W
lg20
L
W
(1.4)
6
Вибрация нормируется для каждого установленного направления в каждой
октавной полосе частот. Для общей и локальной вибрации нормируемыми
параметрами являются среднеквадратичные значения вибрационной скорости в
октавных полосах частот.
Таблица 1.3
Санитарные нормы спектральных показателей
Среднегеометри
ческие частоты
октавных полос,
вибрационной нагрузки на оператора. Локальная вибрация
Нормативные значения в направлениях
виброускорения виброскорости
Гц
8 1,4 123 2,8 115
16 1,4 123 1,4 109
31,5 2,7 129 1,4 109
63 5,4 135 1,4 109
125 10,7 141 1,4 109
250 21,3 147 1,4 109
500 42,5 153 1,4 109
м·с
-2
дБ м·с-1·10
-2
дБ
1000 85 159 1,4 109
7
Гигиенические нормы вибрации установлены, исходя из того, что рабочие
f
ZYX,,
-
2
-
1
-
2
подвержены воздействию вибрации в течение смены продолжительностью 8
часов.
Гигиенические нормы вибрации в логарифмических условиях средних
квадратичных значений виброскорости для октавных полос частот показаны в
табл. 1.2 и табл. 1.3.
При воздействии вибрации, превышающей установленные нормативы,
продолжительность вибрации на человека в течение рабочей смены рекомендуется уменьшить в соответствии с данными, приведенными в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки
на оператора. Общая вибрация, категория – «технологическая»
Частота
вибрации,
, с-1
1,6
2,0
2,5
3,15
4,0
5,0
6,3
8,0
10,0
12,5
16,0
20,0
25,0
31,5
40,0
50,0
63,0
80,0
Нормативные значения в направлениях
виброускорения виброскорости
м·с
дБ м·с
в ⅓ окт. в 1 окт. в ⅓ окт. в 1 окт. в ⅓ окт. в 1 окт. в ⅓ окт. в 1 окт.
0,09
0,08
0,071
0,063
0,056
0,056
0,056
0,056
0,071
0,09
0,112
0,140
0,18
0,22
0,285
0,355
0,445
0,56
0,14
0,10
0,11
0,20
0,40
0,80
99
98
97
96
95
95
95
95
97
99
101
103
105
107
109
111
113
115
103
100
101
106
112
118
0,9
0,64
0,46
0,32
0,23
0,18
0,14
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
·10
дБ
1,3
0,45
0,22
0,20
0,20
0,20
105
102
99
96
93
91
89
87
87
87
87
87
87
87
87
87
87
87
108
99
93
92
92
92
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка, показанная на рис. 1.1, позволяет имитировать
работу промышленного оборудования. Эта установка является источником
вибрации. В качестве источника вибрации используется электродвигатель, на
выходном валу которого установлен металлический диск с заданной величиной
дисбаланса. Электродвигатель включается в сеть через регулятор напряжения,
8
позволяющий изменять частоту вращения вала, и, следовательно, частоту
вынужденных колебаний.
Рис. 1.1. Схема лабораторной установки, имитирующей вибрацию
промышленного оборудования: 1 – основание электродвигателя, 2 – тахометр,
3 – регулятор напряжения, 4 – электродвигатель в корпусе (источник
вибрации), 5 – магнитоэлектрический датчик, 6 – платформа, 7 – вторичный
прибор ВИП-2
Измерения вибрации производятся в нескольких точках, произвольно
выбранных на колеблющихся поверхностях корпуса электродвигателя, его
основания и отдельно расположенной платформы. В качестве прибора для
измерения параметров вибрации применяется магнитоэлектрический датчик
совместно с вторичным прибором ВИП-2.
Описание прибора ВИП-2
Внешний вид прибора ВИП-2 вместе с магнитоэлектрическим датчиком
представлен на рис. 1.2. Рабочая панель прибора ВИП-2 показана на рис. 1.3.
Виброметр ВИП-2 (рис. 1.3) состоит из вибропреобразователя,
измерительного прибора и соединительного кабеля. Вибропреобразователь Д21А
имеет цилиндрическую форму и состоит из сейсмоприемника СВ-10 Ц13002-74,
расположенного в стальном корпусе и поджатого стальным основанием. На
основании имеется шпилька для навинчивания наконечника (штыря). Принцип
работы вибропреобразователя состоит в следующем: при контактировании штырем с
вибрирующим объектом происходит смещение подвесной системы (инертной массы)
относительно магнитопровода, при этом на концах обмотки катушки подвесной
системы возникает ЭДС, величина которой пропорциональна скорости смещения.
Измерительный прибор выполнен в виде отдельного блока.
Виброметр ВИП-2 предназначен для измерения амплитуды
виброперемещений от 2 мкм до 1000 мкм и виброскорости в диапазоне от
0,1 мм/с до 100 мм/с в диапазоне частот от 10 Гц до 1000 Гц.
9
10
30
100
300
1000
Рис. 1.2. Внешний вид прибора ВИП-2 с магнитоэлектрическим датчиком
Рис. 1.3. Внешний вид прибора ВИП-2. Рабочая панель
На лицевой панели расположены следующие элементы:
милливольтметр, измеряющий напряжение от магнитоэлектрического
датчика и имеющий две шкалы с диапазонами «0÷10» и «0,5÷3»;
переключатель «ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ» и шкала для измерений: «
3
«
», «
10
», «
30
», «
100
». Верхние цифры (1, 3, 10, 30, 100) – это
1
соответствующий диапазон значений виброскорости в мм/с, а нижние цифры (10,
30, 100, 300, 1000) – это соответствующий диапазон значений размаха
виброперемещения в мкм.
10
»,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]