Министерство образования РФ Пермский государственный технический университет

Кафедра безопасности жизнедеятельности и рудничной вентиляции

Оценка производственной вибрации, методы и средства защиты от нее

Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе

Пермь2002

Составитель Н.А.Трофимов

УДК 331.453.24

Оценка производственной вибрации, методы и средства защиты от нее: Метод, указания к учебно-исследовательской лабораторной работе

/Сост. Н.А, Трофимов; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2001. -19 с.

Издается под редакцией автора

Приведены цели лабораторной работы, общие теоретические сведе­ния о вибрации, воздействие ее на организм человека, нормирование про­изводственной вибрации и защита от нее. Изложено описание конструкции лабораторного стенда, принципа действия измерительного прибора, а так­же методика проведения и обработки результатов измерений нормируе­мых параметров вибрации и оценки коэффициента эффективности виб­роизоляции.

Предназначены для выполнения лабораторной работы студентами всех специальностей университета.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент А.Д. Овсянкин

© Пермский государственный технический университет, 2001

Цель работы:

1. Ознакомление с общими сведениями о вибрации и вредным воз­действием ее на организм человека.

2. Изучение нормируемых параметров вибрации.

3. Изучение способов измерения некоторых параметров вибрации и сопоставление их с санитарными нормами.

4. Ознакомление с методами и средствами защиты от вибрации.

5. Изучение способа оценки качества применяемой виброизоляции.

1. Теоретическая часть

1.1. Общие сведения

Определившиеся тенденции и прогнозы развития техники свидетель­ствуют о том, что качественные изменения механизмов и машин достига­ются главным образом за счет увеличения скоростных и силовых парамет­ров при одновременном снижении их материалоемкости. Это неизбежно обуславливает возрастание динамических нагрузок, механических воздей­ствий и, следовательно, вибрационной активности выпускаемых машин и производственного оборудования. Распространению вибрации на со­временных предприятиях способствует также широкое использование ме­ханизмов и машин ударного, возвратно-поступательного, вибрационного принципов действия, транспортирующих агрегатов, ручных и передвиж­ных машин различных типов и назначения.

Производственная вибрация выступает как вредное явление прежде всего к самим машинам, так как интенсифицирует износ, снижает их на­дежность и долговечность, повышает уровни излучаемого шума и т.п. В этой связи по интенсивности вибрации принято судить о качестве машины и ее техническом состоянии. Распространяясь по строительным конструк­циям и грунту, вибрация воздействует на другие объекты, вызывая разру­шение строительных конструкций, трубопроводов различного назначения и ухудшая работу приборов и точных станков. И, наконец, контакт челове­ка с вибрирующими объектами отрицательно сказывается на его здоровье и работоспособности: повышается утомляемость, снижается производи­тельность и качество труда, а также развивается профзаболевание - вибра­ционная болезнь, которая в последние годы во всех развитых странах за­нимает 2-е место в профзаболеваниях.

В соответствии с ГОСТ 24346 - 80 под вибрацией понимается дви­жение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание обычно во времени значений какой - либо величины, его характеризующей.

По механизму генерации различают вибрации с силовым, кинемати­ческим и параметрическим возбуждением.

Силовое возбуждение вибрации- это возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и (или) моментами. Источниками их являются: возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные вибраторы и перфораторы, вибротрамбовки, виброп­литы, вибробункеры и т.п.); неуравновешенные вращающиеся массы (руч­ные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков, вентиляторы и т.п.); ударные системы (ковочные и штамповочные молоты, подшипниковые узлы, зубчатые передачи и т.п.).

Кинематическое возбуждение вибрации - возбуждение вибрации системы сообщением каким-либо ее точкам заданных движений, не зави­сящих от состояния системы. Причинами его являются воздействие про­филя дороги на автомобили и строительно-дорожные машины, электрока­ры и ручные тележки в помещениях, колебания пола помещений и т.п.

Параметрическое возбуждение вибрации- это возбуждение колеба­ний (вибрации) системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного или нескольких ее параметров (массы, момента инер­ции, коэффициентов жесткости и сопротивления). Источниками являются двигатели внутреннего сгорания при изменении давления газов в цилинд­рах, пневматические двигатели и т.п.

По характеру изменения во времени различают колебания детерми­нированные (периодические или почти периодические), случайные (ста­ционарные или нестационарные) и импульсные или затухающие, которые могут быть простыми и сложными.

Сложные колебательные процессы могут быть представлены в виде простых гармонических (синусоидальных) колебаний с помощью рада Фу­рье.

Колебания подразделяются на свободные и вынужденные. Свобод­ные колебания - колебания (вибрация) системы, происходящие без пере­менного внешнего воздействия и поступления энергии из вне. Вынужден­ные колебания - колебания (вибрация) системы, вызванные и поддержи­ваемые силовым и (или) кинематическим возбуждением.

Основными величинами, характеризующими вибрацию, происходя­щую по синусоидальному закону, являются: амплитуда виброперемещения S_a- величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; амплитуда виброскоростиV_a- максимальное значение скоро­сти колеблющейся точки; амплитуда виброускорения α_а- максимальное значение ускорения колеблющейся точки; период колебаний Т - наимень­ший интервал времени, через который при периодических колебаниях (вибрации) повторяется каждое значение колеблющейся величины, характеризующей вибрацию, и частота колебанийf- величина, обратная перио­ду колебаний.

Виброскорость и виброускорение связаны с виброперемещением и частотой колебаний соотношениями:

V=2πfSи а = (2πf)²S(1.1)

Учитывая, что абсолютные значения величин, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброаку­стических исследований и инженерных расчетах используют логарифми­ческие уровни колебаний. Под ним понимается сравнительная характери­стика колебаний двух одноименных физических величин, пропорциональ­ная десятичному логарифму отношения оцениваемого и исходного значе­ний величины

L=20lq(b/b₀), (1.2)

где b- оцениваемое значение величины (скорость, ускорение и т.п.); b₀-исходное значение величины (скорости, ускорения и т.п.).

Так, например, уровни виброскорости и виброускорения определя­ются соответственно как

L_v=20lq(V/V₀) и L_A=20lq(a-a₀)

где Vи а - оцениваемые значения соответственно виброскорости и виброускорения;V₀и а₀- исходные (пороговые) значения виброскорости и виброускорения. Согласно международному соглашению принятоV₀=5•10^-8м/с и а₀=3•10^-4м/с2.

Уровни колебаний (вибрации) измеряются в децибелах (дБ).

В общем случае физическая величина, характеризующая вибрацию (например, виброскорость) является некоторой функцией времени: V-Vft). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно долго длящихся гармонических (синусоидальных) колебаний с различными амплитудами и периодами. В случае периодических колебаний частоты этих составляющих кратны основной частоте колебаний (процесса):f_n=n•f₁, гдеn= 1,2,3,..;f₁- ос­новная частота колебаний.

Основной характеристикой в производственной безопасности или охране труда является спектр вибрации, под которым понимается совокупность соответствующих гармоническим составляющим значений величины, характеризующей колебания (вибрации), в которой указанные значения располагаются в порядке возрастания частот гармонических со­ставляющих. Периодическим и почти периодическим колебаниям соответ­ствует дискретный спектр, непериодическим - непрерывный спектр. Если колебания представляют собой наложение периодических и случайных ко­лебаний, то спектр имеет смешанный характер.

Интенсивность вибрационных воздействий на человека, приборы и другие объекты зависит от частоты. Поэтому весь диапазон частот колеба­ний принято разбивать на отрезки (полосы частот) и определять уровни

вибрации для каждой полосы в отдельности: В качестве стандартных час­тотных полос при оценке вибрационной безопасности принимают октавные полосы, у которых отношение верхних граничных частот к нижним частотам равно 2. Каждую октавную полосу принято обозначать средне­геометрическим значением ее граничных частот, определяемым по форму­лам

f_c=(f_maxf_min)^0,5=2^0,5f_min≡1,41f_min(1.3) гдеf_min- нижняя, аf_max- верхняя граничная частота, Гц, причемf_max = 2f_min.

При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные, для которых f_max=2^1/3f_min≡ 1,26f_min. Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частотаf_c= 1 Гц; следующая, соответственно 1,4... .2,8 Гц и 2 Гц и т. д.

По способу передачи на человека различают общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека, вибрацию.

Общая вибрация в соответствии с ГОСТ 12.1.012 - 90 и СН 2.2.4/2.1.8.566 - 96 в зависимости от ее источника подразделяется на три категории:

1 - транспортная вибрация, воздействующая на операторов самоход­ных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по ме­стности, агрофонам и дорогам, в т.ч. при их строительстве;

2 - транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на опе­раторов машин с ограниченной подвижностью, перемещающихся только по специально подготовленным поверхностям производственных помеще­ний, промышленных площадок и горных выработок;

3 «а» - технологическая вибрация, воздействующая на операторов стационарных машин и оборудования или передающаяся на рабочее место, не имеющее источников вибрации;

3 «б» - технологическая вибрация, передающаяся на рабочие места, где нет генерирующих вибрацию машин;

3 «в» - вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом.

Вибрация в зависимости от времени действия подразделяется на:

- постоянную, при которой величина контролируемою параметра за время наблюдения изменяется не более чем в два раза (на 6 дБ);

- непостоянную, при которой величина контролируемого параметра изменяется более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 мин при измерении с постоянной времени 1 с, в том числе колеблющуюся, прерывистую и импульсную.