Вибрация

Вибрация – совокупность механических колебательных движений упругих тел, повторяющиеся через определенные промежутки времени и распространяющиеся в пространстве.

Причиной вибрации неуравновешенные силовые воздействия, например вращающейся массы при неоднородности материала тел, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева.

Во всех случаях смещение центра масс относительно оси вращения приводит к возникновению неуравновешенной центробежной силы: F = me²,

где m – масса вращающейся системы;  - угловая скорость вращения; е – эксцентриситет (радиус-вектор) центра рассматриваемой массы относительно оси ротора.

Использование вибротехники ускоряет многие технологические процессы в десятки раз:

• транспортирование измельченного костного шрота, костной кровяной муки;

• просеивание кормовой муки;

• дозирование муки, соли;

• сушка крови, муки, меланжа;

• коагуляция крови;

• перемешивание колбасного фарша, пельменного теста, паштетных масс;

• экстракция жира из кости и мякотного сырья;

• резание туш убойных животных, различных видов мяса для полуфабрикатов;

• уплотнение колбас, мяса, фарша(при помещении в форму);

• фильтрация мясных бульонов, тузлучных растворов.

Но с точки зрения обеспечения безопасности при работе с вибротехникой необходимо учитывать ряд особенностей такого процесса как вибрация.

Вибрации обладают выраженным биологическим действием, которое зависит от f, интенсивности, направления и времени воздействия. Каждое колебание воспринимается организмом как толчок в ответ на который развивается (практически сразу) компенсаторное напряжение мышц.

Соответственно наиболее опасны вибрации с f более 50 Гц. Для эффектов воздействия вибраций существенное значение имеют резонансные f: для тела 1-5 Гц, для головы и плеч 20-30 Гц, для глаз 60-80 Гц. Вибрации отрицательно сказываются на точности движений (особенно f=5 Гц), на остроте зрения (главным образом f =1-25 Гц).

Частоты 35-250 Гц наиболее характерны при работе с ручным инструментом и могут вызывать вибрационную болезнь со спазмой сосудов.

Частоты ниже 35 Гц – изменения в нервно-мышечной системе и костно-суставном аппаратею

Частоты 6-10 Гц – влияют на психическое состояние человека (равные или близкие к частотам колебания человеческого организма или отдельных органов)

Главный эффект вибраций – развитие вибрационной болезни. В ее основе – нервные и гуморальные нарушения и микротравмы опорно-двигательного аппарата. При низкочастотной локальной вибрации эта болезнь развивается через 8-10 лет с основным поражением опорно-двигательного аппарата. Высокочастотная вибрация (f =125..250 Гц) – через 5 лет приводит к сосудистым расстройствам, побелению пальцев, ломящим и ноющим болям. При общей вибрации наблюдается головокружение, головные боли, поражение внутренних органов и позвоночника.

Влияние вибрации на человека зависит также от направления ее действия. В зависимости от этого она может быть действующей вдоль осей ортогональной системы координат (X Y Z)

Основные параметры: частота колебания (Гц); амплитуда смещения колеблющейся точки от положения равновесия А (мм); виброскорость V(м/с); виброускорение а (м/с); период колебаний Т.

Степень воздействия вибраций на физиологическое ощущение человека определяется величиной колебательного ускорения со скоростью колебаний, м/с и ускорением м²/с.

  (2  f) А;

 = (2  f )² А;

f – число колебаний в секунду, Гц;

А – амплитуда колебаний, м.

Кроме абсолютных значений, широко применяются их логарифмические уровни в дБ (L_v, L_a). Смещение частот оценивают по уровню вибрации в логарифмических единицах – дБ.

L_v= 20 lg (V/V₀), дБ,

L_v = 20 lg v/5 10^-8;

где V – среднеквадратичная виброскорость, м/с;

V₀ – пороговая виброскорость, равная 5 10^-8м/с.

Для виброускорения:

L_a = 20 lg a/a_0, дБ,

L_a = 20 lg a/3 10^-4.

где a – среднеквадратичная величина виброускорения, м/с²;

а₀ – пороговая величина виброускорения, равное 3 10^-4м/с²

Для вибросмещения:

L_s = 20 lg S/S₀,

где S – среднеквадратичная величина вибросмещения, м

S₀ – пороговая величина вибросмещения, равная 8 10^-12 м.

Степень и характер воздействия вибрации зависит от:

• ее вида;

• параметров;

• направления воздействия.

Вибрация широко применяется во многих отраслях пищевой промышленности.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на общую (на рабочих местах) – передается через опорные поверхности на тело (частота 2-63 Гц) и локальную - через руки при работе с ручными инструментами, машинами (частота 63-2000). В реальных условиях часто сочетаются оба эти виды.

Общая вибрация по источнику возникновения подразделяется на:

1. транспортную (категория I) – действует на водителей подвижных машин и транспортных средств (тракторы, автомобили);

2. транспортно-технологическую (категория II) – действует на операторов машин с ограниченным перемещением только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений (водитель автокары), вентиляторы, оборудование.

3) технологическая –действующая на операторов стационарных машин или передающаяся на рабочие места не имеющие источников вибрации (аператор тестомесильной машиныб укупорочного автомата) подразделяется на:

• тип а: на постоянных рабочих местах в цехах;

• тип б: на рабочих местах складов и т.д. где нет машин, генерирующих вибрацию;

• тип в: на рабочих местах в помещениях заводоуправления.

Локальная вибрация классифицируется по такому же принципу, но источники другие:

• ручные машины с двигателями (распиловка туш);

• ручные инструменты без двигателей.

Нормирование вибрации.

Основные нормируемые параметры – среднеквадратичные величины L_v (дБ) уровней виброскорости (виброускорения или вибросмещения) в октавных полосах со среднегеометрическим значением частот 2 4 8 16 31,5 и 63Гц.

Вибрацию, действующую на человека нормируют:

• по частоте;

• для каждого установленного направления;

• учитывают при общей вибрации ее категорию;

- учитывают при местной вибрации фактическое время действия.

В нормативные уровни вносят также поправки на время суток.

При этом для локальных вибраций:

нормируемая частота 63-1000 Гц

виброскорость 2,5-0,6 см/с

уровень виброскорости 114-102 дБ

для общих вибраций:

нормируемая частота 2-63 Гц

виброскорость 1,5-0,2 см/с

уровень виброскорости 108-92 дБ

МЕРОПРИЯ ТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА

Необходимость проведения мероприятий по снижению шума, производимого эксплуатируемыми источниками, определяется на основании измерений соответствующих уровней L, L_{А экв}, L_{А max} в сравнении с допустимыми нормами.

Акустический расчет включает:

- выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;

- выбор расчетных точек (РТ) акустического расчета и определение для них допустимого уровня звукового давления;

- определение ожидаемых УЗД в расчетных точках до осуществления мероприятий по снижению шума;

- определение требуемого снижения УЗД в расчетных точках;

- выбор мероприятий для обеспечения требуемого снижения УЗД;

- расчет и проектирование шумоглушащих, звукопоглощающих и звукоизолированных конструкций.

Мероприятия по снижению шума.

1.Уменьшение УЗМ источника шума L_p достигается заменой шумного, устаревшего оборудования, при проектировании – выбором оборудования с лучшими шумовыми характеристиками, правильным расчетом режима работы, применение бесшумных или малошумных технологических процессов; замена возвратно-поступательного движения деталей равномерным вращательным, применение пластмасс, текстолита, резины и других нешумных материалов;

2. Правильная ориентация источника шума или места излучения шума по отношению к РТ для снижения показателя направленности G. С этой целью, например, устройства для забора и выброса воздуха и газовоздушной смеси аэродинамических установок следует устанавливать так, чтобы излучение шума шло в противоположную сторону от жилых и общественных зданий.

3. Размещение источника шума на возможно удаленном от РТ расстоянии, т.е. архитектурно-планируемым решением

Чтобы не допустить передачу шума из шумных помещений в малошумные и за пределы здания или территории предприятия необходимо:

• планировать размещение шумных предприятий с исключением проникновения шума в жилые районы;

• удалять шумные цехи от нешумных и от границы территории жилой застройки;

• организовывать зеленую зону вокруг шумных цехов, звукоизолировать шумные цехи;

4. Использование средств звукопоглощения; Эффективность звукопоглощающего ограждения зависит от коэффициента звукопоглощения и звукоизоляции стенок кожуха (конструкции).

Звукопоглащающими считаются материалы с коэффициентом звукопоглощения более 0,2

Коэффициент звукопоглощения для большинства пористых материалов на средних и высоких частотах 0,4…0,6. Применяются также пористо-волокнистые, мембранные, слоистые материалы.

Эффективность звукопоглощения оценивается площадью звукопоглощения. С увеличением объема помещения уменьшается уровень шума, но на звукопоглощение большее влияние оказывает высота Н помещения, чем его объем. Звукопоглащаюшие покрытия и облицовки размещают на потолке и стенах, при этом площадь облицованной поверхности не должна быть меньше 60 % общей площади поверхности помещения. Уровень шума снижается на 6-8 (10-12 дБ).

5. Использование средств звукоизоляции: материалы, конструкции стен, окон, дверей, коммуникаций; устройство специальных боксов и кожухов; метод основан на отражении звукоковой волны, при этом, чем больше поверхностная плотность ограждения, тем выше звукоизолирующая способность. Эффективными материалами являются металлы, бетон, дерево, плотные пластмассы… Уровень шума снижается на 30-40 дБ.

6. Использование экранов;

Эффективность звукопоглощения экрана зависит от отношения расстояния между источником и расчетной точкой l к длине А, ширине В и высоте Н помещения. Эффективная работа экрана будет обеспечена при l / A, l / B, l / H меньше 0,5.

Если эти отношения равны 1, экран малоэффективен.

5. Установка глушителей шума (в случае образования шума вследствие вихреобразования или выхлопа газов при работе вентиляторов, компрессоров…). Делятся на активные (канал, облицованный звукопоглащающим материалом) и реактивные (камеры расширения и сужения с перегородками…для отражения звука);

6. Проведение организационно-технических мероприятий: современный ремонт, смазка оборудования, ограничение или запрещение проведения шумных работ в ночное время, сокращение времени нахождения в условиях воздействия шума, рациональная организация и режим труда, те зоны, где уровни шума превышают 85дБ, обозначают знаками безопасности, а работающих в таких зонах обязательно обеспечивают средствами индивидуальной защиты.

Для борьбы с шумом используют также подвесные или штучные звукопоглотители кубической или конической формы, выполненные из перфорированной фанеры, пластмассы, металла, заполненных пористым звукопоглощающим материалом.

При установке оборудования, не требующего специальных фундаментов, рекомендуется применять амортизаторы, упругие материалы.

ослабление шума от внутризаводского транспорта обеспечивают специальными мерами – укладкой рельсов на упругое, виброизолированное основание.

Средства индивидуальной защиты от шума.

1. Вкладыши – многочисленные варианты заглушек в виде тампонов из ультратонкого стекловолокна, ткани Петрянова (беруши) и из др. материалов с пропиткой; вкладыши в виде колпачков из пластичных материалов(резина, полимеры) Бывают однократного и многократного пользования. Снижение на 5-20 дБ.

2. Наушники – представляют собой чашки из легких металлов или пластмасс, заполненных волокнистыми звукопоглотителями. Для полного прилегания к околоушной области они снабжены валиками из синтетических пленок. Снижение на 7-47 дБ в зависимости от частоты.

3. Противошумные шлемы (каски) – громоздкие средства индивидуальной защиты, используются при высоких уровнях шума. Применяется при уровне шума более 120 дБ т.к. шум действует на мозг человека.

На предприятиях, в учреждениях, организациях должен быть обеспечен контроль уровней шума на рабочих местах не реже 1 раза в год.

В соответствии с нормами для выявления ИФ звука в производстве следует учитывать:

а) технологические признаки: высокая единичная мощность машины при сравнительно низком рабочем числе оборотов, ходов и ударов;

ПДУ – 105дБ для октавных полос со среднегеометрич. f 2, 4, 8, 16 Гц

ПДУ – 102Гц для октавных полос со среднегеометрич. f 32 Гц

б) конструктивные признаки: большие габариты двигателей или рабочих органов, наличие замкнутых объемов,

Меры снижения интенсивности ИФ звука:

• на стадии конструирования;

• изоляция, поглощение глушителями;

• устранение низкочастотных вибраций;

• повышение быстроходности машин и жесткости их конструкций больших размеров;

• установка глушителей реактивного типа.

Основным способом борьбы –устранение ИФ звука в источнике.

Меры снижения УЗ:

• технологические мероприятия: создание автоматического УЗ оборудования с отключением его, дистанционным управлением;

• повышение рабочих частот (для них выше допустимые нормы);

• использование звукоизолирующих кожухов и экранов из листовой стали (толщиной 1,5-2 мм), покрытые слоем резины до 1 мм;

• использование маломощного оборудования;

• определенная конструкция инструментов (с вибрирующей рукояткой), защита рук резиновыми перчатками с хлопчатобумажной прокладкой.

• инструктаж работающих и рациональный режим работы.

УЗ установки, при работе которых уровни УЗ превышают нормы должны быть изолированы в специальные кожухи.

Методы и средства защиты от вибраций.

Для исключения воздействия вибраций на окружающую среду необходимо принимать меры по их снижению прежде всего в источнике возникновения или на путях распространения.

Снижение вибрации проводится:

• уменьшением динамических процессов, вызываемых ударами, резкими колебаниями; совершенствование кинематической схемы;

• вибродемпфированием – превращение энергии механических колебаний в другие виды энергии (например тепловую при нанесении на поверхность слоев упруго-вязких материалов;

• виброгашение, осуществляется в виде динамического гашения и вибропоглащения, в основу метода положено рассеивание энергии колебаний покрытиями с большим внутренним трением (резина, пластики, мастики), их наносят в местах максимальных амплитуд вибраций;

• виброизоляция, в качестве виброизоляторов используют металлические пружины, резину, пробку, войлок; В основу способа положено снижение передаваемой от машин и механизмов вибрации на оснавание путем размещения между ними других элементов или амортизаторов. При вертикальных колебаниях используют опорные или подвесные амартизаторы.

• выделение опасных с точки зрения вибрации участков ограждениями, надписями, предупреждающими знаками, окраской…

• рациональные режимы работы. Общее время работы с вибромашинами ( при допустимых уровнях) не больше 2/3 рабочего дня, а непрерывная продолжительность (включая микропаузы) 15-20 минут.

• поддержание оптимальных параметров микроклимата (температура не ниже 16 С,при влажности 40-60%, скорости ветра не более 0,3 м/с)

• СИЗ (руковицы, перчатки, вкладыши, прокладки, спецобувь

• медосмотр не реже 1 раза в год.

Проблематика Данный раздел разъясняет некоторые основные положения и термины вибротехники ,необходимые для лучшего понимания сути наших предложений по решению Ваших проблем ,связанных с вибрацией. Вибрация и удары оказывают негативное и разрушающее воздействия во многих областях . Примерами отрицательного влияния вибрации могут служить : ухудшение работы измерительного оборудования и прецизионных станков, спад производительности труда рабочих и разрушение производственных зданий . Для определения степени негативного влияния вибрации на человека и его окружающую среду специально разработаны нормы DIN и VDI. Основные критерии Основными критериями при решении проблемы вибрации являются знания о самом оборудовании и месте его размещения. Именно с учетом данных базовых критериев ,а также с учетом других дополнительных факторов ,как , например, тип задания или помещения, окружение источника вибрации , длительность вибрации и т.д., происходит выбор средств для устранения вибрации. Виброизоляция Принципиально различают два вида виброизоляции : активная и пассивная Активная виброизоляция создает препятствие для распространения разрушающих сил вибрации , исходящих от какого -либо оборудования . Различают 2 вида активной виброизоляции : изоляция периодических колебаний и абсорбция (поглащение ) ударов. Степень авктивной виброизоляции зависит от соотношения частоты колебаний возбудителя колебаний ( например, число оборотов станка) и частоты собственных колебаний виброизолятора. Удары характеризуются , прежде всего , своей силой и продолжительностью .Ударные импулсы возникают ,например , при работе вырубных штампов и прессов. Для ударов характерно кратковременное , резкое усилие с последующим длительным затуханием остаточных сил. Величина остаточных ударных сил тем меньше , чем ниже собственная частота антивибрационных изоляторов Пассивная виброизоляция означает изоляцию станков, измерительных приборов или их отдельных частей от разрушающего воздействия извне. В теоретическом рассмотрении не существует различий между активной и пассивной виброизоляцией и поэтомустепень пассивной изоляции определяется по аналогии с активной . В практике для пассивной изоляции применяют виброопоры с низкой собственной частотой Источником колебаний в данном случае являются ,как правило, собственные колебания межэтажных перекрытий (при размещении оборудования на нескольких этажах) или низкочастотные ударные импульсы. Лучшими изолирующими показателями обладают виброопоры EFFBE-LEVEL MOUNT R тип SLM. Звукоизоляция корпусных шумов представляет собой особый вид виброизоляции. Вибрация , вызванная корпусными шумами , распространяется волнообразно внутри оборудования и воздуждают вибрацию его отдельных частей. Эта вибрация слышна в качестве звуковых волн. Волны корпусных шумов отражаются в местах соприкосновения или соединения различных материалов. Величина отражения, а также и величина звукоизоляции корпусных шумов зависит от скачка импеданса (полное сопротивление акустической системы ) , который рассчитывается из разницы показателей эластичности и плотности различных материалов Следующий пример наглядно демонстрирует ,как сложная проблема ,связанная с вибрацией , решается за счет правильного подбора эластичных вибропор. ПРИМЕР: Эксцентриковый пресс установлен неподвижно на третьем этаже .Вибрация деревянного пола ограничивает производитель ность пресса и снижает ее до 100 ходов/мин. РЕШЕНИЕ : Эксцентриковый пресс устанавливается на эластичных опорах типа SLM, что обеспечило отличную виброизоляцию и позволило повысить производительность пресса до 180 ходов /мин. ОПТИМИЗАЦИЯ : В ходе дальнейшей оптимизации было принято решение об использовании опор типа SLM с вискозным наполнителем ,что позволило еще больше снизить вибрацию станка и повысить его производительность до 240 ходов /мин ,т.е. в два раза (!).