Вибрация, возникающая при работе машин, механизмов и их элементов, носит характер сложного (иногда импульсного) колебания. Сложный периодический колебательный процесс можно представить в виде суммы гармонических функций:
, (6.1)
где Ai, φ i - амплитуда и фаза i -й гармоники; t -время; Т - период колебаний.
Вибросмещение на основной (несущей) частоте:
x (t) = A sin(ω0 t +φ), (6.2)
где ω0 = 2π f 0 = 2π/ T - угловая частота колебаний.
Виброскорость и виброускорение соответствуют первой и второй производным по времени вибросмещения. Амплитудные значения виброскорости и виброускорения соответственно равны:
V m = 2π f 0 A; . (6.3)
Для оценки воздействия вибраций на организм человека проводят спектральный анализ, рассматривая зависимости средних квадратических значений амплитуд виброскоростей и виброускорений от частоты. Для удобства построения спектрограмм вибрации весь интересующий интервал делят на октавные или третьоктавные полосы частот. Октавная полоса частот (октава) - это полоса частот, верхняя/в и нижняя/н частоты которой связаны соотношением f в = 2 f н.
|
|
Третъоктавная полоса частот (третъоктава) - такая полоса частот, верхняя и нижняя частоты которой связаны соотношением . Средняя частота полосы определяется как среднегеометрическая из значений граничных частот. Ввиду широких пределов изменения параметров вибраций используют логарифмические уровни (в дБ) виброскорости Lv и виброуокорения La:
Lv = 20lg V / V 0; Lа = 20lg а / а 0 (6.4)
где V 0 =5·10-8 м/с и а 0 = 10-6 м/с2 - опорные значения виброскорости и виброускорения.
Гигиеническую оценку вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях, необходимо производить согласно ГОСТ 12.1.012-90 [16].
По способу передачи на человека вибрация подразделяется на:
а) общую, передающуюся через опорные поверхности сидящего или стоящего человека;
б) локальную, передающуюся через руки человека.
Для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратичные значения виброскорости V или виброускорения а и их логарифмические уровни - для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или третьоктавных полосах частот.
Общую вибрацию в зависимости от условий труда подразделяют на три категории (см. ГОСТ 12.1.012-90 [16]). В табл. 6.1 приведены допустимые параметры общей вибрации категории 3а (технологической) на постоянных рабочих в производственных помещениях.
Для общей вибрации категории 3в на рабочих местах в помещениях для работников умственного труда допустимые значения должны быть умножены на коэффициент 0,14, а уровни уменьшены на 17 дБ. Вибрация, удовлетворяющая гигиеническим нормам, ни в одной из третьоктавных (или октавных) полос не должна превышать приведенных значений.
|
|
Вредное воздействие вибрации на человека зависит от времени действия. Нормы вибрации установлены для производственных помещений при длительности воздействия на человека 480 мин. При времени фактического воздействия 10 мин < Т < 480 мин значения нормируемых параметров вибрации и или их уровней Lu определяются по формулам:
(6.5)
Для снижения параметров вибрации оборудования до нормируемых величин применяют следующие методы виброзащиты: виброизоляция, динамическое гашение колебаний, демпфирование и др. Одним из наиболее эффективных является виброизоляция. Этот метод реализуется введением дополнительной упругой связи между источником вибрации и защищаемым объектом.
Степень реализации виброзащиты можно охарактеризовать коэффициентом динамичности æ:
, (6.6)
Зависимость æ от частотного отношения η = ω1/ω0 имеет вид:
, (6.7)
и графически представлена на рис. 6.
Таблица 6.1
Допустимые значения параметров общей вибрации категории 3а
Среднегеометрическая частота, Гц | Виброускорения | Виброскорости | ||||||
м/с2 | дБ | м/с·10-2 | дБ | |||||
Треть-октава | Октава | Треть-октава | Октава | Треть-октава | Октава | Треть-октава | Октава | |
1,6 | 0,090 | 0,14 | 0,90 | 1,30 | ||||
2,0 | 0,080 | 0,64 | ||||||
2,5 | 0,071 | 0,46 | ||||||
3,15 | 0,063 | 0,10 | 0,32 | 0,45 | ||||
4,0 | 0,056 | 0,23 | ||||||
5,0 | 0,056 | 0,18 | ||||||
6,3 | 0,056 | 0,11 | 0,14 | 0,22 | ||||
8,0 | 0,056 | 0,12 | ||||||
10,0 | 0,071 | 0,12 | ||||||
12,5 | 0,090 | 0,20 | 0,12 | 0,20 | ||||
16,0 | 0,112 | 0,12 | ||||||
20,0 | 0,140 | 0,12 | ||||||
25,0 | 0,180 | 0,40 | 0,12 | 0,20 | ||||
31,5 | 0,220 | 0,12 | ||||||
40,0 | 0,285 | 0,12 | ||||||
50,0 | 0,355 | 0,80 | 0,12 | 0,20 | ||||
63,0 | 0,455 | 0,12 | ||||||
80,0 | 0,560 | 0,12 |
Рис. 6. Зависимость коэффициента динамичности от частотного отношения
Из графика следует:
1) если ω1 < ω0, то æ → 1, т.е. вынуждающая сила действует как статическая, полностью передаваясь основанию;
2) при ω1 = ω0 имеет место резонанс, который может стать причиной аварийной или предаварийной ситуации;
3) при ω1 > ω0, æ ≤ 1 и эффективность виброизолятора возрастает с увеличением η. Поэтому условием хорошей работы виброизоляторов является ω1/ω0 > . Опытом установлено, что при η = 2,5...5 эффективность виброизоляторов составляет 81...96%.
Приближенно эффективность виброизоляторов U (%) определяют через коэффициент динамичности æ:
U = 100(1 - æ), (6.8)
ослабление уровня вибрации ∆ L (дБ) оценивают по формуле:
, (6.9)
демпфирующие свойства неидеально упругого виброизолятора характеризуются относительным демпфированием ν = b / ω0.
Серийно выпускаемые виброизоляторы классифицируются по виду материала упругого элемента или способу введения демпфирования. Различают резинометаллические, пружинные и цельнометаллические виброизоляторы с сухим трением, а также недемпфированные. К последним относят виброизоляторы, демпфирующие свойства которых определяются внутренним трением в материале упругого элемента.
Упругим элементом резинометаллических виброизоляторов является фасонный резиновый массив, соединенный с деталями металлической арматуры с помощью вулканизации. Достоинства виброизоляторов этого типа заключаются в простоте их конструкции, в широком диапазоне изменения их упругих характеристик, определяющихся как маркой применяемой резины, так и конфигурацией упругого элемента. Свойства резины определяют ограничения на применение этих виброизоляторов при неблагоприятных условиях эксплуатации: повышенная или пониженная температура и влажность, наличие масел, паров бензина, кислот, щелочей. Упругий элемент пружинных виброизоляторов представляет собой фасонную пружину - коническую или экспоненциальную. По сравнению с резинометаллическими виброизоляторами пружинные обладают большим ресурсом работы, их упругие характеристики гораздо меньше зависят от внешних условий, могут работать в агрессивных средах. Демпфирование в виброизоляторах этого типа создается искусственно. Кроме того, они рекомендуются для виброизоляции оборудования, имеющего скорость вращения п < 1800 об/мин, резинометаллические - п > 1800 об/мин.
|
|