Исследование Вибрации и способов защиты от неё
Лабораторная работа № 4
по дисциплине:
Безопасность жизнедеятельности
| Исполнитель: | |||||
| студент группы | 4Г92 | Угрюмова Инна Дмитриевна | 17.05.2021 | ||
| Руководитель: | Гуляев Милий Всеволодович | ||||
| преподаватель | |||||
Томск – 2021
Цель лабораторной работы: исследовать параметры вибрации, дать оценку их вредным свойствам. Определить эффективность средств защиты от вибрации.
Описание лабораторной установки:
Лабораторная установка
Лабораторная установка включает в себя следующий перечень устройств: вибростенд, измеритель параметров вибрации (виброметр), генератор вибраций и набор средств виброзащиты. Вибростенд состоит из массивной неподвижной станины, создающей постоянное магнитное поле и вибростола, жестко соединенного с электромагнитной катушкой.
Средства виброзащиты
В качестве виброизоляторов применяются витые и плоские пружины различной жесткости. В качестве виброизолирующей прокладки используется пенополиуретан.
Генератор низкочастотных сигналов
Обмотка катушки подключается к электрическому генератору вибраций. На лицевых панелях генераторов расположены кнопки выбора диапазона частот, ручки плавного регулирования частоты, ручки плавного регулирования амплитуды, а также гнезда для подключения нагрузки. При смене виброизолирующих модулей на вибростоле вибростенда, перестановке вибропреобразователя на другую ось или изменении положения вибростенда относительно основания генератор рекомендуется отключать. Объект виброизоляции представляет собой устройство, которое обеспечивает установку пластины с вибропреобразователем на трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Также возможно изменение массы объекта за счет установки на нем дополнительных металлических пластин.
Измеритель шума и вибрации ВШВ-003-М2
При измерении параметров вибрации с помощью комбинированного прибора – измерителя шума и вибрации ВШВ-003-М2 используется принцип преобразования механических колебаний исследуемых объектов в пропорциональный им электрический сигнал, который усиливаются и преобразуются. Измерение виброускорения осуществляется в следующей последовательности: вибропреобразователь с металлической пластиной закрепляется на одной из осей объекта виброизоляции, а объект виброизоляции – на вибростоле.
Гнезда генератора соединяются с гнездами на вибростенде. На генераторе устанавливается одна из среднегеометрических октавных частот. Затем к работе подготавливается измеритель:
1. Переключатели измерителя установливаются в положения: ДЛТ1,dB –80, ДЛТ2,dB – 50.
2. Переключатель ФЛТ, Hz устанавливается в положение ОКТ.
3. Нажимается кнопка 10kHz / 4kHz
4. Переключатель РОД РАБОТЫустанавливается в положение F (при значительных колебаниях стрелки измерителя – в положение S или 10S)
5. На измерителе переключателем ФЛТ, ОКТ и кнопкой множителя частоты устанавливается та же частота, что и на генераторе.
Измерение виброускорения проводят руководствуясь следующим: если при измерении стрелка измерителя находится в начале шкалы, то следует вывести ее правее цифры 0,3 по верхней шкале или цифры 1 по средней шкале; вывод стрелки в требуемый сектор шкалы осуществляется с помощью переключателей ДЛТ,dB путем последовательного уменьшения их значений, сначала левого до предела, только после этого – правого.
При уменьшении их значений загораются разные светодиоды, фиксирующие масштаб измерений шкалы прибора и собственно шкалу, по которой следует снимать показания (например, к моменту выхода стрелки прибора в диапазон шкалы, допустимый для измерений, загорелся светодиод под числом 0,03, по шкале виброускорений; это означает, что отсчет показаний прибора следует производить по средней шкале, имея диапазон измерений этой шкалы от 0 до 0,03; если же светодиод загорелся под числом 100, то отсчет показаний следует производить по верхней шкале с диапазоном измерений от 0 до 100).
Для измерения параметров вибрации в условиях виброзащиты необходимо снять объект виброизоляции с вибростола, закрепить его на одном из виброзащитных модулей, затем модуль устанавливается на вибростоле, объект виброизоляции соединяется с вибропреобразователем.
Следует иметь в виду, что при использовании вибропреобразователя ДН-4-М1 все показания измерительного прибора необходимо увеличивать в 10 раз. Измерение виброскорости производится аналогично измерению виброускорения при нажатой кнопке «a,V» и с использованием шкалы mmS-1.
Измеритель шума и вибрации ВИСТ-2.4
Определение параметров вибрации (виброскорости и виброамплитуды) может осуществляться с помощью прибора ВИСТ-2.4, в котором используется принцип преобразования механических колебаний исследуемых объектов в пропорциональный им электрический сигнал, который усиливаются и преобразуюется.
Измерение виброускорения осуществляется в следующей последовательности: вибропреобразователь с пластиной закрепляется на одной из осей объекта виброизоляции, а объект виброизоляции – на вибростоле. Гнезда генератора соединяются с гнездами на вибростенде. На генераторе устанавливается одна из среднегеометрических октавных частот. Затем к работе подготавливается прибор:
1. Нажимается кнопка включения, при недостаточной контрастности изображения включается подсветка экрана.
2. Для измерения виброскорости нажимается кнопка «F» и во второй строчке выбирается параметр Vскз. Для измерения виброамплитуды — выбирается параметр Sамп (см. рис. 8).
3. При выбранных настройках нажимается кнопка «М» и прибор готов к измерению выбранного параметра (виброскорости или виброамплитуды).
4. В приборе ВИСТ-2.4 не предусмотрена возможность измерения виброускорения.
На рис. 8 изображен алгоритм необходимых действий при измерении выиброскорости или виброамплитуды.
Ход выполнения работы:
Измерение параметров вибрации
Для измерения параметров вибрации на объекте в направлении оси Z устанавливается металлическая пластина с вибропреобразователем (датчиком). Затем включается генератор вибраций. Измерение проводят в трех случаях для низкочастотной, среднечастотной и высокочастотной вибрации. Частота вибрации выбирается в соответствии с табл. 2:
Табл. 2. Соответствие амплитуды и частоты возмущающего воздействия
| Вид вибрации | Диапазон частот, Гц | Амплитуда |
| Низкочастотная | 1–16 | 1–3 |
| Среднечастотная | 16–63 | 2–4 |
| Высокочастотная | 63–1000 | 3–5 |
Амплитуда выбирается исходя из следующих соображений: она не должна быть настолько малой, чтобы прибор не смог её зафиксировать, и не должна быть слишком большой, чтобы создавать шум, отвлекающий других участников учебного процесса.
Измерение параметров вибрации производится в соответствии с указаниями в методической части лабораторной работы. Во время измерения параметров вибрации необходимо, соблюдая осторожность, прикоснуться кончиками пальцев рук к вибродатчику и дать качественную оценку воздействия вибрации на организм человека (сильное, среднее или слабое). Результаты измерения и качественной оценки заносятся в табл. 3.
Табл. 3. Результаты измерения параметров вибрации
| Характеристика вибрации (указать частоту) | Параметр* | Измеренная величина, ед. изм. | Нормативное значение**, ед. изм. | Качеств. оценка |
| Низкочастотная (16 Гц) | Перемещение | 280 мм | — | Минимальные колебания, почти не ощущаются и не вызывают раздражение. Слабое воздействие. |
| Скорость | 13,5 мм/с | 14 мм/с | ||
| Ускорение | — | — | ||
| Среднечастотная (60 Гц) | Перемещение | 150 мм | — | При кратковременной вибрации колебания не вызывают дискомфорта и расслабляют участок тела, на который воздействуют, создавая приятные ощущения. Среднее воздействие. При долговременной вибрации способны нарушить рецепторные функции. |
| Скорость | 15,0 мм/с | 14 мм/с | ||
| Ускорение | — | — | ||
| Высокочастотная (200 Гц) | Перемещение | 0,13 мм | — | Крайне неприятные и быстрые колебания, сильное воздействие. Не рекомендуется ни кратковременное, ни долговременное восприятие. |
| Скорость | 12,6 мм/с | 14 мм/с | ||
| Ускорение | — | — |
* При определении параметров вибрации с использованием прибора ВИСТ-2.4 виброускорение не измеряется.
** Нормативные значения параметров вибрации определяются по таблицам из теоретической части лабораторной работы (категории вибрации и соответствующие им критерии)
Оценка эффективности средств виброзащиты
Для оценки эффективности средств виброзащиты на вибростоле в направлении оси Z устанавливается металлическая пластина с вибропреобразователем (датчиком). Затем включается генератор вибраций. Измерение виброскорости проводят на частотах из четырех октавных полос (31, 63, 125 и 250 Гц).
Для каждой частоты амплитуда колебаний выбирается исходя из следующих соображений: она не должна быть настолько малой, чтобы прибор не смог её зафиксировать, и не должна быть слишком большой, чтобы создавать шум, отвлекающий других участников учебного процесса.
Измерения проводят следующим образом: на генераторе колебаний устанавливают требуемые значения частоты и амплитуды и измеряют виброскорость на вибростоле. Не меняя амплитуды и частоты, генератор выключают, а вибродатчик устанавливают на средстве защиты и далее всю собранную конструкцию устанавливают на вибростол. Включают генератор и измеряют виброскорость в случае применения средства виброзащиты.
Аналогично проводят измерения на другой частоте. Результаты измерения записывают в табл. 4.
Табл. 4. Результаты измерений параметров вибрации
при использовании средств виброзащиты
| Ось | Параметр | Ед. изм. | 31 Гц | 63 Гц | 125 Гц | 250 Гц |
| Z | V | мм/с | 28,7 | 1,56 | ||
| V зп | мм/с | 25,4 | 3,55 | 1,04 | 2,67 | |
| V зг | мм/с | 97,9 | 20,4 | 6,96 | 1,1 | |
| Y | V | мм/с | 14,9 | 0,76 | 1,78 | 2,06 |
| V зп | мм/с | 4,1 | 1,11 | 1,35 | 3,6 | |
| V зг | мм/с | 10,2 | 3,4 | 1,32 | 1,01 | |
| X | V | мм/с | 54,1 | 26,6 | 15,3 | 1,8 |
| V зп | мм/с | 1,23 | 1,3 | 1,01 | 3,73 | |
| V зг | мм/с | 8,02 | 5,14 | 1,06 | 1,6 |
Расчет эффективности виброзащитных модулей производится по формуле:
, (1)
где Vi – виброускорение, измеренное для i -й частоты, до применения виброзащиты, Vi ,з – виброускорение, измеренное для той же октавной полосы при использовании виброзащитного модуля. Результаты расчетов для всех исследуемых виброзащитных модулей заносятся в табл. 5.
Табл. 5. Таблица результатов расчета
эффективности средств виброзащиты
| Ось | Параметр | Величина | Частота | |||
| 31 Гц | 63 Гц | 125 Гц | 250 Гц | |||
| Z | η | Vзп | 0,75 | 0,73 | 0,96 | - 0,71 |
| Vзг | 0,02 | - 0,57 | 0,76 | 0,29 | ||
| Y | Vзп | 0,73 | - 0,46 | 0,24 | - 0,75 | |
| Vзг | 0,32 | - 3,47 | 0,26 | 0,51 | ||
| X | Vзп | 0,98 | 0,95 | 0,94 | - 1,07 | |
| Vзг | 0,85 | 0,81 | 0,93 | 0,11 |
Диаграммы эффективности средств виброзащиты для различных частот октавных полос в заданном направлении действия вибрации (рис. 9-14).
Рис. 9. Диаграмма эффективности пружины при защите от вибрации, ось Z
Рис. 10. Диаграмма эффективности пенополиуретана при защите от вибрации, ось Z
Рис. 11. Диаграмма эффективности пружины при защите от вибрации, ось Y
Рис. 12. Диаграмма эффективности пенополиуретана при защите от вибрации, ось Y
Рис. 13. Диаграмма эффективности пружины при защите от вибрации, ось X
Рис. 14. Диаграмма эффективности пенополиуретана при защите от вибрации, ось X
Вывод:
Виброзащитные модули, использованные в опыте, в рассматриваемом диапазоне показали следующий результат:
1) Ось Z.
Пружины эффективнее всего использовать в интервале частот от 31 до 125 Гц. Модуль абсолютно неэффективен, если нагрузка идет на частоте 250 Гц. Это обязательно стоит учитывать при расчётах различных конструкций и рабочих условий, связанных, например, с производством, так как выход за пределы допустимых условий может стать абсолютно пагубным для различных технических систем, машин и людей.
В этом же опыте пенополиуретан способен обеспечивать минимальную защиту от вибрации на частоте 250 Гц, однако, среднее значение эффективности в диапазоне от 31 до 125 Гц гораздо ниже, чем у пружин. Его стоит использовать как дополнительный материал в пределах низких частот, но возможно и как основной в пределах высоких.
2) Ось Y.
Оба материала не обладают выраженной эффективность в каком-либо диапазоне, если их использовать на этой оси. Однако, стоит заметить, что в случае отсутствие каких-либо других защитных элементов, пружину возможно приспособить к работе в нижнем пределе частот при соблюдении достаточно высокого КПД. Оба материала непригодны к использованию при частоте в 63 Гц и примерно одинаковы, если частоту удвоить с 63 до 125 Гц. Как и в предыдущем опыте, на частоте 250 Гц эффективно пенополиуретана гораздо выше, чем у пружин.
3) Ось X.
В диапазоне 31-125 Гц оба материала показывают примерно одинаковые результаты, но пружина, как и в 1 опыте, более эффективна в использовании. Пенополиуретан компенсирует показатели за счет наличия минимальной положительной эффективности на частоте 250 Гц. Для обеспечения защиты производственного помещения, этого материала потребуется достаточно много.
Таким образом, используя в качестве защиты и пружины, и пенополиуретан, можно обеспечить наиболее безопасное положение при воздействии любой частоты из указанного диапазона. При наличии или отсутствии одного, работу необходимо либо остановить, либо создать условия, в которых возможно обезопасить себя от воздействия вибрации данной частоты.