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
4. Выбирается материал виброизолятора и определяются его параметры.
N
Исходные
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Общая
Q
Исходные
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Число оборотов
n
Расчёт определяется типом виброизолятора: пружинный или упругие
прокладки. Например, для упругих прокладок определяется требуемая
толщина и площадь одной прокладки
Ex
h
TP
CT
, (2.13)
mg
S
(2.14)
где E – модуль упругости материала прокладки, Н·м-2; – допустимое
напряжение для материала прокладки, Н·м-2, m – масса вибрирующей
машины, кг; N – число прокладок.
5. Если в результате расчёта получается
f
4
, (2.15)
f
0
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 № 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. 2.1 и табл. 2.2 представлены варианты заданий, содержащие массу
компрессора и число N оборотов в минуту электродвигателя компрессора.
Таблица 2.1
Исходные данные к задачам
данные
масса
компрессора
, кг.
720 350 500 320 650 900 1200 470 380 810 400 950
Таблица 2.2
Исходные данные к задачам
данные
электродвигателя
, об/мин.
900 240 320 800 1350 920 1355 710 400 690 1400 920
21
Методика расчёта
60
1. Определяется частота вынужденных колебаний компрессора. Принимаем,
что частота колебаний неуравновешенной массы компрессора в целом
соответствует частоте вращения электродвигателя.
n
f , [с-1, Гц] (2.16)
2. Выбирается материал для амортизирующих прокладок на основании
табл. 2.3 по указанию преподавателя или самостоятельно. Выписывается
основная характеристика материала – это твёрдость по Шору. На
основании этой характеристике выбираем допустимое статическое
напряжение в материале прокладки из табл. 2.4 или с помощью
номограммы, показанной на рис. 2.6.
. (2.17)
Таблица 2.3
Характеристики материалов для резиновых амортизаторов
Материал Тип
Морозостойкая
резина
Натуральный каучук
Полихлоропреновый
каучук
– 30 950
3311 30 980
10574 90 1140
44-1 32 1230
2959 45 1160
137 50 1320
10542 55 1380
604-1 60 1460
604-1 65 1550
604-1с 70 1520
Твердость по Шору,
Плотность,
, кг·м-3
Таблица 2.4
Допустимое напряжение в резине по показателям по Шору
Твердость по Шору,
30 … 49 147 … 239
50 … 70 240 … 392
Допустимое напряжение,
, кПа
3. Определяется общая площадь S амортизаторов
gQ
S . (2.18)
22
4. Определяются размеры амортизатора, его форма, количество. Наиболее
N
оптимальной является кубическая форма амортизатора. Количество N
можно принимать от 4 до 16. Тогда площадь одного амортизатора
составит
S
S
1
. (2.19)
или величина стороны куба амортизатора составит
Sh . (2.20)
1
5. Определяется величина динамического модуля упругости резины
амортизатора по номограмме на рис. 2.7.
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
Допустимое напраяжение, kПа
100
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
30; 147
Твёрдость по Шору
50; 240
70; 392
Рис. 2.6. Номограмма для определения допустимого напряжения в резине
Рис. 2.7. Номограмма для определения динамического модуля упругости
резины для амортизатора
23
6. Определяется собственная частота
L
f колебаний механической системы
0
(компрессора) на резиновых амортизаторах
7. Устанавливается эффективность
f
0
gE
. (2.21)
h
резиновых амортизаторов по
снижению вибрации работающего компрессора по формуле
f
L . (2.22)
lg40
f
0
Задача № 2. Для вентилятора массой Q, устанавливаемого на цементный
пол, необходимо рассчитать параметры пружинных амортизаторов и
установить эффективность снижения уровня вибрации, передаваемой от
вентилятора. В табл. 2.1 и табл. 2.2 представлены варианты заданий,
содержащие массу смесителя и число N оборотов в минуту электродвигателя
привода вентилятора.
Методика расчёта
а) б)
в) г)
Рис. 2.8. Пружинный виброизолятор типа ДО: а) внешний вид;
б) конструктивная схема; в) вид А; г) конструктивная схема опоры
24
1. Принимается минимально необходимое число виброизоляторов типа ДО,
4N
N
60
показанных на рис. 2.8.
. (2.23)
2. Определяется статическая нагрузка на один виброизолятор
gQ
F
1
. (2.24)
3. Из табл. 2.5 выбирается виброизолятор необходимого типоразмера,
который обеспечит правильное функционирование под действием
нагрузки
F . Если в табл. 2.5 не найдётся необходимого типоразмера,
1
тогда увеличивается число виброизоляторов и делается перерасчёт.
Таблица 2.5
Характеристики пружинного виброизолятора типа ДО
4. Определяется частота вынужденных колебаний систем
n
f . (2.25)
5. Определяется статическая осадка пружины по формуле
25
c
F
10
c
L
x
CT
1
, (2.26)
где c – жесткость пружины виброизолятора и значения этой жесткости
берётся из табл. 2.5. Однако в табл. 2.5 дана размерность кг/см2 и чтобы
привести формулу (2.26) в соответствие с системой СИ вводится
множитель 105. Тогда
F
x
CT
1
, (2.27)
5
6. Определятся частота собственных колебаний системы на
виброизоляторах по формуле
g
7. Устанавливается эффективность
1
f
0
2
. (2.28)
x
CT
пружинных виброизоляторов по
снижению вибрации работающего вентилятора по формуле
f
L . (2.29)
lg40
f
0
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.
Вопросы для самоконтроля
1. Гигиеническая оценка вибрации.
2. Дать определение вибрации и перечислить основные физические
характеристика вибрации.
3. Какая размерность децибела – единицы измерения уровня вибрации в
системе СИ?
4. Охарактеризуйте вред, наносимый вибрацией.
5. Приборы, применяемые для определения вибрации. Принцип действия
виброметра ВИП-2.
6. Что такое децибел?
7. Что такое уровень вибрации?
26
Практическая работа №3
ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ
Цель работы – изучить основные характеристики шума, способов и
средств защиты от него; освоить методику определения эффективности
акустических экранов.
Краткие теоретические положения
Звук, оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью человека,
определятся как шум. Строго говоря, между упорядоченным звуковым потоком
и шумом физической разницы нет. Законы, в соответствии с которыми эти
потоки распространяются, одни и те же. В обоих случаях физической основой
являются упругие колебания воздушной среды. Иногда шум представляют как
случайное сочетание звуков, различающихся по интенсивности, частоте, фазе, и
называют это статистическим шумом. Шумы с ярко выраженной тональной
окраской носят название тональных шумов.
В газах распространяются только продольные волны, которые движутся
от источника в трех взаимно перпендикулярных направлениях,
характеризующих трехмерное пространство. Особенность этих волн состоит в
том, что частицы среды в них колеблются относительно некоторого положения
равновесия. При этом скорость звука или скорость распространения этих волн
намного больше колебательной скорости частиц. Изменение звукового
давления в волнах описывается волновым уравнением.
2
p
2
t
2
p
2
c
2
x
2
p
2
y
2
p
, (3.1)
2
z
где p – звуковое давление, Па; zyx ,, – координаты, м; t – время, с.
Звуковое давление p и плотность среды [кг/м3] в звуковой волне
связаны соотношением
2
cp , (3.2)
где c – скорость распространения звуковой волны, м/с.
Волновое сопротивление среды
p
, (3.3)
c
где
– колебательная скорость частиц, м/с.
Чем больше волновое сопротивление среды, тем меньшее количество
звуковой энергии теряется при распространении в ней звуковых волн. В
плоской бегущей волне волновое сопротивление не зависит от амплитуды
27
колебаний. При температуре воздуха +20°С волновое сопротивление
410
c
t
c
6.0
332
S
S
S
н·с·м-3.
Скорость звука в воздухе практически не зависит от частоты, но
находится в сильной зависимости от температуры давления и влажности. При
повышении температуры воздуха на 1°С скорость звука увеличивается
примерно на 0,61 м·с-1. Зависимость скорости звука в воздухе от температуры
может быть выражена следующим соотношением:
, (3.4)
где c – скорость звука, м·с-1; t – температура воздуха,° С.
Ухо человека способно воспринимать уровень звукового давления или
интенсивности звука в определенном диапазоне звуковых давлений, например,
на средних звуковых частотах от 10-5 до 102 н·м-2, т. е. различающихся
примерно в 107 раз. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать
звуковое давление или, соответственно, интенсивность звука не в абсолютных,
а в относительных единицах – белах (Б) или децибелах (дБ). Измеренные таким
образом величины называются уровнями. Своё название децибел получил в
честь Александера Грейама Белла (1847-1924) – изобретателя телефона.
Эффективность использования децибела для оценки физиологического
воздействия звуковых волн на человека опирается на работы Э. Вебера (1795–
1878), Г. Фехнера (1801–1887) и С. Стивенса (1906–1973), которые внесли
большой вклад в исследование вопроса стимулов и реакций. В 1846 году Вебер
сформулировал закон: изменение восприятия отмечается при увеличении
стимула на постоянную величину
S
r
, где
– величина стимула;
–
минимальная величина увеличения стимула, при котором восприятие может
различить S и
SS
. В 1860 году Фехнер исследовал последовательность
едва заметных увеличений стимула
S
3
1 rSS ,
03
n
rSS 1
n
0
или
rn
lg1lg
Сделав замену
SSSS
0001
S
n
S
0
0
1
S
0
n
1
r
.
1lg и обозначив её как восприятие будем иметь
далее логарифмируя, получим
00
11 rSrSSSS ,
01112
S
n
S
0
rnM
rSS
2
,
психофизиологический закон Вебера-Фехнера, который запишется в виде
S
n
lg
M
(3.5)
S
0
28
Так, уровень звукового давления
p
lg20
дБ, (3.6)
p
0
где
0
5
102
p н·м
L
p
-2
– условный минимальный порог давления, способный
восприниматься человеком.
Уровень интенсивности (силы) звука
I
lg10
дБ, (3.7)
I
0
где
12
10
I вт·м
0
L
I
-2
– интенсивность звука, принимаемая условно за нулевой
уровень.
В плоской звуковой волне свободного звукового поля уровень звукового
давления (УЗД) и уровень интенсивности численно совпадают.
Интенсивность звука представляет собой количество энергии
перенесенной звуковой волной в единицу времени через площадь единичной
величины, т.е. размерность интенсивности звука это – вт·м-2. Интенсивность
звука может быть выражена через звуковое давление и волновое сопротивление
2
p
I
(3.8)
c
Воздействие шума на человека зависит от его основных характеристик,
которыми являются следующие:
УЗД – уровни звукового давления в октавных полосах (дБ);
УЗ – уровни звука используется для ориентировочной оценки шума (дБА);
частотный состав спектра (Гц).
Классификация методов и средств защиты от шума и вибрации
Современная инженерная акустика накопила солидный арсенал средств и
методов защиты от шума и звуковой вибрации. По отношению к защищаемому
объекту различаются: средства индивидуальной защиты и средства
коллективной защиты.
Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от шума используются
персонально, и их главное назначение – перекрыть основной канал
проникновения звука в ухо человека. Цель применения СИЗ – предупредить
ухудшение или расстройство функционирования не только органов слуха, но
также нервной и других систем человеческого организма, подвергающихся
вредному воздействию шума.
Индивидуальные средства защиты от вибрации в основном применяются
для уменьшения воздействия локальной вибрации. К ним, в частности,
относятся виброзащитные рукавицы с мягкой поролоновой прокладкой и
29
виброзащитная обувь, снижающая общую вибрацию при работе человека на
вибрирующей поверхности в стоячем положении.
Коллективные средства защиты от шума предназначены и используются
для его ослабления в местах пребывания человека: на работе, дома, в
транспорте, на улице и т.п. По отношению к источнику шума все средства
коллективной защиты можно подразделить на следующие: снижающие шум в
самом источнике, снижающие шум на пути распространения от источника к
точке наблюдения (ТН) или расчетной точке (РТ).
Все рассмотренные средства защиты от шума на пути его распространения основаны на использовании поглощения звука (звуковой вибрации),
отражения звука или комбинации этих двух явлений.
По принципу действия различаются следующие методы защиты от шума
и звуковой вибрации: звукоизоляция, звукопоглощение, виброизоляция, вибропоглощение (вибродемпфирование), глушители шума.
Заметим, что эта классификация в определенной степени условна, так как
глушители являются также и средством защиты от шума, например,
реактивных струй и т.д.
Звукоизоляция – метод защиты от воздушного шума, основанный на
отражении звука от бесконечной плотной звукоизолирующей преграды.
Звукопоглощение – метод ослабления воздушного шума, использующий
переход звуковой энергии в тепловую в мягкой звукопоглощающей
(волокнистой или пористой) конструкции.
Виброизоляция – метод снижения структурного звука, базирующийся на
отражении вибрации в виброизоляторах.
Вибродемпфирование – способ защиты от звуковой вибрации, в котором
используется переход вибрационной энергии в тепловую в вибродемпфирующих покрытиях.
Глушители шума – устройства, применяемые для уменьшения
аэродинамического или гидродинамического шума за счет отражения
(реактивные) или поглощения (абсорбционные) звуковой энергии.
Классификация акустических экранов
Акустический экран (АЭ) – это преграда на пути распространения звука,
имеющая конечные размеры. Свободные стороны АЭ, на которых звук
дифрагирует, называются ребрами. По назначению и месту установки
различают следующие виды акустических экранов:
офисные (используются в помещениях, чаще всего в офисах);
транспортные (устанавливаются вдоль автомобильных и железных дорог);
технологические (устанавливаются вблизи стационарных отдельно
стоящих источников – чиллеров, трансформаторов и др.);
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]