2.2.4. Защита от вибрации
Общие методы снижения вибраций основаны на анализе уравнений, описывающих колебания машин и аппаратов. Как правило, эти уравнения достаточно сложны, поскольку любое технологическое оборудование – это система со многими степенями подвижности, имеющая ряд резонанских частот. Если для простоты анализа принято, что на систему действует переменная возмущающая сила, подчиняющаяся синосоидальному закону, то уравнение, выражающее связь между амплитудами виброскорости (Vm) и возмущающей силы (Fm), имеет вид:
где: m - масса системы, кг ; q - коэффициент жесткости системы, Н/м; - угловая частота возмущающей силы, рад/c.
Знаменатель
в данном уравнении выражает полное
механическое
сопротивление
системы воздействию возмущающей силы,
при этом величина
характеризует
активную часть этого сопротивления, а
величина (
)
- реактивную часть.
В
режиме резонанса, когда частота колебаний
системы равна частоте возмущающей силы,
.реактивное сопротивление равно нулю
и амплитуда колебаний резко возрастает.
Анализ вышеприведенного уравнения позволяет определить основные технические меры борьбы с вибрацией:
1) устранение или снижение вибрации в источнике возникновения (устранение или снижение Fm);
2) вибродемпфирование за счет увеличения активной составляющей полного механического сопротивления системы;
3) динамическое гашение вибрации за счет увеличения реактивной составляющей сопротивления системы.
Меры первой группы должны быть реализованы еще на стадии конструирования машин и проектирования технологических процессов. При этом особое внимание должно быть уделено исключению или максимальному сокращению динамических процессов, вызванных ударами, резкими ускорениями. Эти меры совпадают с мерами защиты от механического шума (см. защиту от шума).
Вибродемпфирование основано на уменьшении уровня вибрации путем преобразования энергии механических колебаний в тепловую. Оно может быть достигнуто:
- использованием в качестве конструкционных материалов с большим внутренним трением;
- нанесением на вибрирующие поверхности упруговязких материалов;
л- применением поверхностного трения.
Динамическое виброгашение осуществляют установкой машин и агрегатов на фундаменты, массу которых рассчитывают так, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1-0,2 мм, а для отдельных сооружений - 0,005 мм.
Кроме этого, увеличение реактивной составляющей сопротивления колебательной системы может быть произведено с помощью динамических виброгасителей, которые представляют собой колебательную систему, собственная частота которой настроена на основную частоту колебаний данного объекта. Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем объекте и потому в нем возникают колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями этого объекта.
В тех случаях, когда перечисленные выше меры защиты оказываются недостаточно эффективными и не удается снизить уровень вибрации до допустимых значений, используют виброизоляцию. Она основана на уменьшении передачи колебаний от источника возникновения защищаемому объекту с помощью устройств, помещаемых между ними. Между источником колебаний и защищаемым объектом появляется упругая связь, ослабляющая уровень вибрации. В качестве таких упругих элементов могут быть использованы виброизоляторы в виде пружин, рессор, резиновых прокладок и т.д.
Большое значение в борьбе с вибрацией имеет отстройка от режима резонанса, осуществляемая или изменением характеристик системы или установлением нового режима.
Рабочим, выполняющим работу с ручным виброинструментом, должны выдаваться средства индивидуальной защиты. Это рукавицы, перчатки, гасящие вибрацию, специальная обувь с использованием упругодемпфирующих материалов. Работа с вибрирующим оборудованием должна проводиться в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16о С при влажности 40-60% и скорости движения воздуха не более 0,3 м/с.