3.2.8 Способы и средства защиты от вибрации

Для изучения способов и средств защиты от вибрации рассмотрим процесс механических колебаний на примере простейшей системы (см. рис. 5), к которой можно свести многие реальные системы (технологическое оборудование, здания и т. д .).

а б

1- объект; 2 – источник колебания (неуравновешенный ротор); 3 – упругий элемент конструкции (например, пружина амортизатора); 4 – элемент трения (например, демпфер амортизатора); 5 – дополнительная масса (динамический гаситель)

Рисунок 5 - Схемы упрощенных колебательных систем

Колебания системы в общем случае определяются взаимодействием сил инерции, трения упругости, и возмущающей силы

, (21)

где - масса объекта;a – виброускорение; - коэффициент демпфирования;V – виброскорость; - коэффициент жесткости упругого элемента;- виброперемещение;- время;- возмущающая сила.

Если систему вывести из равновесия и отпустить (возмущающая сила равна нулю), в ней возникнут свободные затухающие колебания (см. рис. 6), частота которых равна

. (22)

Если возмущающая сила имеет синусоидальный вид, в ней установятся незатухающие вынужденные колебания. Их частота равна частоте возмущающая силы w, а амплитуда зависит от амплитуды возмущающей силы и параметров системы ,и.

При совпадении частоты возмущающей силы с частотой собственных колебаний наступает резонанс (см. рис. 7), который опасен своим разрушительным действием.

1 - свободные затухающие колебания; 2 и 3 - вынужденные колебания

Рисунок 6 - Зависимость амплитуды колебаний от времени (моделирование в среде Mathcad)

Рисунок 7- Частотная зависимость амплитуды колебаний

Защита от вибрации производственного оборудования осуществляется следующими способами:

- снижением вибрации в источнике ее возникновения (заменой и модернизацией старого оборудования, уравновешиванием роторов и т. д.);

- амортизация - снижение вибрации на пути ее распространения с помощью виброизоляции (введения дополнительного упруго элемента, см. рис. 5 а) и вибродемпфирования (введения вибропоглощающего элемента в виде, резины, пластмасс, и других конструкционных материалов с высоким трением). При этом обязательно должно выполняться условие ;

- отстройкой от резонанса (изменением массы и жесткости отдельных элементов конструкции агрегата или режима его работы, например, скорости вращения электродвигателя);

- динамическим гашением (введением дополнительной колебательной системы, которая настроена на резонанс и принимает энергию колебания на себя, см. рис. 5 б). Динамическое гашение возможно лишь на строго определенной частоте, что ограничивает применение данного метода;

- применением средств индивидуальной защиты(специальной обуви, подметок, наколенников, перчаток, нагрудников, костюмов и т. д.).

На рис. 8а…8з показаны типовые конструкции амортизаторов технологического оборудования, обладающие упругостью и демпфированием.

а б в г

д е ж з

Рисунок 8 - Типовые амортизаторы технологического оборудования

На рис. 9а…9е показаны некоторые источники технологичеcкой вибрации, установленные на амортизаторы (9а…9в – металлообрабатывающие станки; 9 г, 9 д - деревообрабатывающие станки; 9е – электронасос).

а б в

г д е

Рисунок 9 - Источники технологической вибрации, установленные на амортизаторы