Методы и средства защиты от вибрации

В простейшем случае, исходя из анализа колебаний системы с одной степенью свободы (сосредоточенная масса, покоящая на жестко закрепленной одним концом пружине), можно получить выражение для соотношений между амплитудами колебательной скорости (V_m)--и возмущающей силы: (F_m)

V_m=F_m/ r²+(m -k/ )².

где F_m -амплитуда возмущающей силы; - частота возмущающей силы;

m — масса системы; k —жесткость пружины; r коэффициент трения;

V_m -амплитуда колебательной скорости.

Знаменатель этого уравнения характеризует сопротивление, которое оказывает система возмущающей переменной силе, называемой полным механическим сопротивлением. Увеличение коэффициента трения r и массы системы m, а также увеличение жесткости пружины k на всех режимах колебаний приводит к снижению вибрации.

Анализ этого уравнения позволяет определить основные методы борьбы с вибрацией:

снижение действующих переменных сил—борьба в источнике (воздействие на источник вынужденных вибраций);

вибропоглощение (вибродемпфирование), увеличение механического сопротивления колеблющихся конструктивных элементов путем увеличения сил внешнего или внутреннего трения, вязкости и т.д;

виброгашение — уменьшение колебаний машины путем присоединения дополнительных масс (установка оборудования на фундаменты, опорные плиты);

изменение конструкции машины и механизмов в направлении увеличения их жесткости;

исключение резонансных режимов.

Методы и средства защиты о вибрации стандартизованы в ГОСТ 26568-85.

Снижение вибрации в источнике ее возникновения должны проводиться на стадии проектирования оборудования путем исключения резонанса при совпадении собственных частот колебаний агрегата с частотой возмущающих сил; заменой возвратно-поступательного движения и кривошипно-шатунных механизмов на вращательные; применением амортизаторов и демпферов. Важным резервом в борьбе с вибрацией является балансировка вращающихся деталей.

Виброгашение осуществляется с помощью монтажа вибрирующего оборудования на самостоятельные фундаменты, масса которых подбирается исходя из ограничений амплитуды колебаний подошвы фундамента.

Проектирование фундаментов проводится по СНиП 2.2.05-87.

Наиболее надежными способами борьбы с вибрацией, получившими в настоящее время широкое распространение, являются вибропоглощение и виброизоляция.

Вибропоглощение (вибродемпфирование). Уменьшение вибрации в этом случае происходит за счет увеличения потерь энергии в машинах. Для этого в качестве конструкционных материалов используются материалы с большим внутренним трением (сплавы цветных металлов, пластмассы). В последнее время широко применяются шестерни и подшипники качения из капрона, текстолита, что позволяет существенно снизить уровень вибрации и работать даже на высоких скоростях без смазки трущихся элементов. Возможно также нанесение слоев вибропоглощающих покрытий на колеблющие поверхности машин и механизмов, при этом энергия вибрации переходит в тепловую. Вибропоглощение обеспечивает снижение виброскорости на 6-8 дБ.

Виброизоляция. Этот метод состоит во введении в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передачи вибрации от машины к основанию или смежным элементам конструкции.

Действие амортизирующих устройств основано на уменьшении возмущающих сил за счет сил упругости мягких пружинящих амортизаторов, действующих в направлении, противоположном направлению сил. Эффективность действия амортизаторов определяется коэффициентом амортизации К, характеризующим динамическое воздействие вибрирующего агрегата на основание:

К=1/(f₁²/f₀² -1)

f₁- частота возмущающей силы; f₀- частота собственных колебаний амортизатора.

Хорошая виброизоляция достигается обычно при f₀= f₁ /4.

Конструктивно виброизоляторы выполняются в виде пружинных и резиновых амортизаторов (изоляция фундамента, основания), гибких вставок (изоляция трубопроводов, соединенных с вибрирующим оборудованием), мягких и упругих прокладок (изоляция вибрирующего трубопровода в местах его прохода через стены, пол).

Для агрегатов, имеющих частоту вращения менее 30 об/с, следует применять пружинные виброизоляторы; при больших частотах допускается применение резиновых виброизоляторов.

В последнее время в стране начат выпуск пневматических и гидравлических виброопор. Их главным достоинством является возможность обеспечение низких частот виброизолированных объектов, а главное — это возможность регулирование характеристик виброизоляции. Так, например жесткость виброизолятора может изменяться за счет изменения в нем давления, что позволяет создавать системы с активной виброизоляцией, управляемые от ЭВМ.