5.6. Методы борьбы с вибрациями

Для уменьшения вредного действия вибрации необходимо снижать вибрацию машин путем статической и динамической балансировки вращающихся частей, замены ударного оборудования безударным и т.д. Если же снизить вибрацию в источнике ее возникновения не удается, то необходимо уменьшить передачу вибрации на рабочее место или применять индивидуальные средства защиты (амортизирующие скамейки, подставки, специальные виброгасящие рукавицы, обувь). Наиболее надежным и дешевым способом борьбы с вибрацией является применение пружинных, резиновых и других виброизоляторов между источником колебания и поддерживающей конструкцией. Виброизоляция применяется либо для уменьшения динамических воздействий, передаваемых машиной на поддерживающие конструкции, либо для снижения уровня вибрации, вызываемых колебаниями поддерживающих конструкций или основания. Виброизоляция снижает уровень колебания рабочих мест и, следовательно, устраняет или уменьшает вредное влияние вибрации. Для агрегатов, работающих с большими скоростями, необходимость применения виброизоляторов возрастает, т.к. величина динамических сил пропорциональна квадрату скорости движения.

Чем выше частота колебания, тем эффективнее работают резиновые виброизоляторы. Эффективное ослабление вибрации низкой частоты (ниже 15 Гц) возможно лишь с помощью виброизоляторов из стальных пружин. Ослабление вибрации в широком диапазоне достигается одновременным применением пружины и резиновых виброизоляторов.

Виброизоляцию можно осуществлять по двум вариантам:

а) опорному, когда виброизоляторы расположены под корпусом изолируемой машины или под фундаментным блоком, на котором установлена сама машина;

б) подвесному, когда изолируемый объект подвешен на виброизоляторах, по признаку воздействия внешней силы вибрации делят на свободные и вынужденные.

Свободные колебания (свободная вибрация), начавшись раз, повторяется в течении некоторого времени без воздействия внешнего фактора и постепенно затухает. Частота собственных колебаний имеет только одно частое значение, которое называют собственной частотой. Определение собственных частот конструктивных элементов производится расчетным путем или экспериментально (на специальных стендах). Численное значение частоты собственных колебаний можно вычислить по формуле:

, (5.9)

где R – жесткость виброизоляторов (сила, требующая для их деформации на

единицу длины), Н/м;

m – масса колеблющегося тела, Н·с²/м;

g – ускорение силы тяжести (9,81 м/с²);

Р – вес агрегата, покоящегося на виброизоляторах, Н;

х_ст – статическая осадка системы под давлением собственной массы, м.

Чем больше статическая осадка, тем ниже собственная частота и эффективнее виброизоляция. Однако снижение собственной частоты таким путем противоречит экономическим, а в ряде случаев и техническим требованиям. Так, чрезмерное увеличение массы механизма повлечет изменение жесткости виброизоляторов, что нарушая их оптимальные упругие свойства, может привести к преждевременному разрушению виброизоляторов.

Поэтому необходимо искать разумный компромисс в соблюдении гигиенических, технических и экономических требований. Вынужденные колебания поддерживаются внешней возмущающей силой. Если к системе приложена сила непрерывного действия, имеющая форму гармонического колебания (например, при дисбалансе вращающихся частей), то система будет колебаться с частотой, равной частоте возмущающейся силы. Цель виброизоляции механизмов является создание таких условий на пути распространения колебаний, которые увеличили бы необратимые потери и тем самым уменьшили передаваемую от источника колебательную энергию. Показатели эффективности виброизоляции является коэффициент передачи μ, показывающий, какая часть динамического воздействия агрегата передается на основание:

, (5.10)

где f₁, A₁, и P₁ – частота, амплитуда колебаний и возмущающейся силы вынужденных колебаний;

,Гц (5.11)

где N – число оборотов двигателя в минуту;

f₀ – частота собственных колебаний агрегата, установленного на виброизоляторах;

А₂ и Р₂ – амплитуда колебаний и сила, воздействующая на изолируемое основание.

Чем выше вынужденная частота вибрации f₁ , тем легче осуществить виброизоляцию.

Из формулы (5.10) видно, что чем ниже собственная частота по сравнению с возбуждающей, тем выше эффективность виброизоляции. При f₁ << f₀ возмущающая сила действует как статическая и целиком передается основании.; амортизаторы не выполняют своего назначения. При f₁ = f₀ наступает резонанс, сопровождающейся резким возрастанием уровня вибрации. При режим резонанса не реализуется и при дальнейшем уменьшении f₀ система оказывает возмущающий силе все большее сопротивление – передача вибрации на основание уменьшается. Следовательно, чем меньше коэффициент передачи, тем выше виброизоляция. Однако в условиях виброизоляции значительное уменьшение коэффициента передачи может привести к неустойчивости (зыбкости) машины или агрегата, что недопустимо.

Хорошая виброизоляция достигается при . Изоляция колебаний амортизаторами достигает цели тогда, когда отношение вынужденных и собственных частот колебаний .

Обычно соотношение этих частот принимается в пределах 2,5÷5. Исследования показали, что при отношениях частот амортизаторы поглощают 81% энергии вибрации, а при отношениях этих частот 3, 4, 5 эффективность виброизоляции соответственно равна 87,5; 93; 96%

Эффективность виброизоляции оценивают в децибелах:

, дБ (5.12)