Министерство образования и науки

Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

Экология

ИССЛЕДОВАНИЕ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ВИБРАЦИЙ

Методические указания к выполнению лабораторной работы

для студентов всех специальностей

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2011

Цель работы: ознакомиться с приборами и методами измерения па­раметров вибраций, научиться производить санитарно-гигиеническую оценку опасности воздействия вибраций и эффективность инженерных решений по защите от них.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Вибрация представляет собой механические колебательные движения частей машин, технологического оборудования, коммуникаций, сооруже­ний, вызванные динамической неуравновешенностью вращающихся дета­лей, пульсацией давления при транспортировании жидкостей и газов. Со­прикосновение с колеблющимися частями оборудования приводит к коле­бательным движениям отдельных частей тела человека (руки, ноги, грудь, живот, спина, бедра) или всего организма в целом.

Анализ производственных вибраций представляет большие трудно­сти, т.к. колебания машин и другого оборудования являются сложными апериодическими колебаниями несинусоидального характера (например, импульсные или толчкообразные). Однако, вибрации несинусоидального характера всегда можно представить в виде суммы синусоидальных со­ставляющих с помощью разложения в ряд Фурье.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию гармониче­ского (синусоидального) вида, являются:

амплитуда вибросмещения А, м;

амплитуда колебательной скорости V, м/с;

амплитуда колебательного ускорения W, м/с²;

линейная (или круговая) частота вынужденных колебаний, Гц.

Между собой указанные параметры связаны соотношениями:

V=2π·f·A=ω·A (1)

W=(2π·f)²·A=ω²·A (2)

3

По способу передачи на человека вибрация классифицируется на:

общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидяще­го или стоящего человека;

локальную (местную), передающуюся через руки человека. В свою очередь, общая вибрация по источнику ее возникновения подразделяется на:

транспортную (1 категория);

транспортно-технологическую (2 категория);

технологическую (3 категория). По направлению действия вибрация подразделяется на:

действующую вдоль осей ортогональной системы координат X, V, Z для общей вибрации;

действующую вдоль осей ортогональной системы координат Х_р, Y_р, Z_p, где X, У, Z - соответственно вертикальная и горизонтальные оси ко­ординат;

ось Х_р - совпадает с осью охвата (рукоятки, рулевого колеса, ложе­мента и т.п.), Z_p - лежит в плоскости, образованной осью Х_р с направлени­ем подачи или приложения силы.

Нормирование вибраций

Основным нормативным документом в области вибрации является ГОСТ 12.1.012-90 "ССБТ. Вибрационная безопасность". В соответствии с ним гигиеническая оценка воздействия вибрации на человека произво­дится одним из следующих методов:

частотный (спектральный);

интегральный;

метод доз.

4

Рис. 1. Направление действия общей вибрации:

а - положение стоя; б - положение сидя

Рис. 2. Направление действия общей вибрации:

а - при охвате цилиндрических, торцовых и близких к ним поверхностей; б - при охвате сферических поверхностей

5

При частотном (спектральном) методе нормируемыми параметрами в пределах каждой октавной полосы частот являются:

среднеквадратичные значения виброскорости V (м/с) или их лога­рифмические уровни L, (дБ) для общей вибрации;

среднеквадратичные значения виброускорения W (м/с²) или их лога­рифмические уровни L_w, (дБ) для локальной вибрации.

В соответствии с международными стандартами октавные полосы частот составляют следующий ряд: 1, 2, 4, 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Из этого ряда общая вибрация включает в себя полосы частот 1, 2, 4, 8, 16,31.5, 63 Гц; соответственно локальная вибрация - 8, 16, 31.5,63, 125,250,500,1000 Гц.

Полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты к

нижней =2, называется октавой. Среднегеометрическая частота в окта­ве определяется из выражения:

. (3)

Логарифмические уровни виброскорости L_v (дБ) определяются по выражению:

(4)

где V₀=5 x 10^-8 м/с - пороговое значение виброскорости.

При интегральном методе нормируемыми параметрами являются кор­ректированные значения виброскорости V_k (м/с) или их логарифмические уровни L_vk (дБ), измеряемые с помощью специальных фильтров или вы­числяемые по формулам из ГОСТ 12.1.012-90.

Для определения логарифмического уровня следует подставить зна­чение V_k вместо V в формуле (4).

6

При оценке вибраций дозой нормируемым параметром является экви­валентное корректированное значение V_э, определяемое из выражения:

(5)

где V - допустимое значение виброскорости, определяемое по вышеприве­денным методам из условия воздействия вибрации в течение всей смены (480 мин.);

t- фактическое время воздействия вибрации за рабочую смену, мин. Для определения логарифмического уровня следует подставить зна­чение V_э вместо V в формуле (4).

Метод защиты путем виброизоляции

Одним из методов защиты рабочих мест от воздействия вибрации яв­ляется виброизоляция источника и человека. Снижение вибрации здесь достигается установкой упругих элементов (амортизаторов) между источ­ником вибрации и рабочим местом. Амортизаторы выполняются из сталь­ных пружин, различных сортов резины, упругих видов пластмасс, упру­гих оболочек со сжатым воздухом и др.

Основным показателем, определяющим качество виброзащиты, явля­ется коэффициент передачи КП, физический смысл которого отношение амплитуды вибросмещения (виброскорости V_в, виброускорения силы W_в, виброизолированного основания А_в к амплитуде вибросмещения (виб­роскорости V_и, виброускорения W_и, силы F_и) в источнике вибрации А_и:

(6)

Коэффициент передачи в системах, где можно пренебречь трением (стальные пружины), может быть рассчитан по формуле:

7

(7)

где f- частота вынужденных колебаний источника, Гц;

f₀ - частота собственных колебаний виброизолированного основа­ния, Гц.

Коэффициент передачи в системах, обладающих большим внутрен­ним трением (резиновые амортизаторы), может быть рассчитан по форму­ле:

, (8)

где ;

b - относительное демпфирование, зависящее от сорта резины и зада­ваемое по справочникам.

Если b = 0, формула (8) переходит в формулу (7).

Чем меньше значение КП, тем выше степень виброизоляции. Напри­мер, пружинные амортизаторы имеют коэффициент передачи КП =. Однако, оптимальные соотношения = 3...4, что соответствует значениям

КП =

Частота собственных колебаний виброизолированной машины, уста­новленной на стальные пружинные амортизаторы, с ошибкой 4-8% опре­деляется по формуле:

(9)

где К - жесткость амортизатора, Н/м ;

М - масса виброизолированной машины, кг;

8

X_СТ – статическая осадка амортизатора под действием массы вибро-изолированной машины, м;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения,

Таким образом, для расчета частоты собственных колебаний доста­точно определить величину X_СТ:

X_СТ = Н₀-Н_гр, (10)

где Н₀, - высота пружины в ненагруженном состоянии, м;

Н_гр - высота пружины в нагруженном состоянии, м.

Из формулы (9) следует, что для изменения f₀, а следовательно и для изменения КП, нужно изменить либо массу М виброизолированной маши­ны, либо жесткость К пружинного амортизатора.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА