СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

В тех случаях, когда фактические значения гигиенических характе­ристик вибрации превышают допустимые значения, применяются сред­ства защиты от вибрации.

Классификация средств и методов защиты от вибрации определена ГОСТ 26568-85 «Вибрация. Методы и средства защиты. Классифика­ция».

Средства защиты от вибрации по организационному признаку де­лятся на коллективные и индивидуальные.

По отношению к источнику возбуждения вибрации методы коллек­тивной защиты подразделяются на:

• методы, снижающие параметры вибрации воздействием на источ­ник возбуждения;

• методы, снижающие параметры вибрации на путях ее распростра­нения от источника возбуждения.

К первым относятся такие средства защиты, как динамическое урав­новешивание, антифазная синхронизация, изменение характера возму­щающих воздействий, изменение конструктивных элементов источни­ка возбуждения, изменение частоты колебаний и др. Они используются, как правило, на этапе проектирования и изготовления источников ви­брации.

Средства защиты от вибрации на путях ее распространения, пред­ставленные на рис. 8.12, могут быть заложены в проекты машин и обо­рудования, а могут быть применены на этапе их эксплуатации.

Вибродемпфирование — это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических коле­баний системы в другие виды энергии.

Увеличение потерь энергии в системе может быть достигнуто:

• использованием конструктивных материалов с большим внутрен­ним трением;

• нанесением слоя упруговязких материалов, обладающих больши­ми потерями на внутреннее трение;

• использованием поверхностного трения;

• переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля.

С точки зрения снижения вибраций наиболее предпочтительным является использование в качестве конструктивных материалов: пласт­массы, дерева, резины. Так, в редукторах используют шестерни из ка­прона, текстолита. В некоторых случаях оказывается возможным также использовать шестерни из твердой резины. В результате происходит снижение вибраций оснований и фундаментов машин, а, следователь­но, снижается вибрация рабочих мест.

В настоящее время начат выпуск ручного механизированного ин­струмента в корпусах из полимерных материалов. Это в значительной мере ослабляет воздействие вибраций на руки работающих. На многих видах оборудования внедряется постановка в подшипниковые узлы вибродемпфирующих втулок, что значительно снижает уровень вибраций.

Кроме того, установка таких подшипниковых узлов значительно по­вышает срок их службы (иногда в 10 раз).

Использование в качестве конструкционных материалов пластмасс позволяет снизить уровень вибрации по виброскорости на 8-10 дБ.

В том случае, когда применение полимерных покрытий в качестве конструктивных не представляется возможным, для снижения вибра­ций используют вибродемпфирующие покрытия. Действие покрытий основано на ослаблении вибраций путем перевода колебательной энер­гии в тепловую при деформациях покрытий. Эффективное действие по­крытий наблюдается на резонансных частотах элементов конструкций агрегатов и машин.

Действие жестких покрытий проявляется главным образом на низ­ких и средних частотах, мягких — на высоких. В качестве жестких покрытий используются вязкоупругие материалы (твердые пластмассы, битуминизированный войлок, различные полимерные смеси). В каче­стве мягких — мягкие пластмассы, материалы типа резины, пенопласты, поливинилхлоридные пластики. Хорошо демпфируют колебания смазочные материалы. Например, консистентные смазки в подшипни­ковых узлах, а также масляные ванны в редукторах.

Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защи­щаемого объекта путем введения в систему дополнительных реактив­ных импедансов, т.е. сопротивлений упругого пли инерционного тина.

Чаще всего виброгашение реализуется путем установки агрегатов на самостоятельные фундаменты (рис. 8.13). Массу фундамента подби­рают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений — 0,005 мм. Для небольших объектов между основанием и агрегатом устанавливают массивную опорную плиту.

Кроме такого способа, изменение реактивного сопротивления си­стемы может быть достигнуто путем установки виброгасителей. Дина­мические виброгасители представляют собой дополнительную колеба­тельную систему.

На рис. 8.14 представлен агрегат массой М и жесткостью К₂, име­ющий частоту колебаний f. Виброгаситель подбирается по характери­стикам массы т и жесткости К₁ так, чтобы его собственная частота колебаний f _о была равна ча­стоте f:

Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент време­ни возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата. Недостатком дина­мического виброгасителя является то, что он действует только при определенной частоте, соответствующей его резо­нансному режиму колебаний.

Виброгашение связано с ослаблением колебаний посредством при­соединения к системе дополнительных реактивных импедансов. По­этому оно может быть осуществлено также путем изменения упругих характеристик колебательной системы. Увеличение жесткости систе­мы достигают соответствующим изменением конструкции и, в частно­сти, введением ребер жесткости. В последнем случае помимо упругих свойств колебательных систем нарушается синфазность колебаний от­дельных поверхностей, снижаются амплитуды смещения отдельных точек. Это в значительной мере способствует снижению амплитуды смещения отдельных точек и снижению уровня вибрации.

Виброизоляция — это уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от ис­точника колебаний (рис. 8.15 и 8.16). Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную систему дополнительной упру­гой связи, препятствующей передаче вибраций от машины — источни­ка колебаний — к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может также использоваться для ослабления передачи ви­браций от основания на человека, либо на защищаемый агрегат.

Виброизоляция достигается путем установки агрегатов на специ­альные упругие устройства (опоры), обладающие малой жесткостью.

Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом пере­дачи, который имеет физический смысл отношения силы, действующей на основание при наличии упругой связи, к силе, действующей при жесткой связи. Чем это отношение меньше, тем лучше виброизоляция. Хорошая виброизоляция достигается при КП= 1/8-1/15.

Коэффициент передачи может быть рассчитай по формуле:

где f — частота возмущающей силы; f _о — собственная частота системы на виброизоляторах.

Оптимальное соотношение между f и f₀ равно 3...4.

а – пружинные; б - резиновые

Для виброизоляции машин с вертикальной возмущающей силой применяют виброизолирующие опоры 3-х типов: резиновые, пружин­ные и комбинированные (рис. 8.17).

Пружинные по сравнению с резиновыми имеют ряд преимуществ. Они могут применяться для изоляции как низких, так и высоких ча­стот (обеспечивают любую деформацию), дольше сохраняют постоян­ство упругих свойств во времени, хорошо противостоят действию масел и вы­сокой температуры, относительно мало­габаритны. Однако металлические пру­жины имеют тот недостаток, что будучи спроектированы на низкую частоту, они пропускают более высокие.

Резина имеет малую плотность, хорошо крепится к деталям, ей легко придать любую форму и она обычно используется для виброизоляции машин малой и средней массы (электродвигателей и т.п.). В виброизоляторах резина работает на сдвиг и (или) сжатие.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) рук, ног и тела операто­ра от вибрации используются на производстве в случае необходимости. В качестве СИЗ рук от вибрации применяются антивибрационные ру­кавицы. Основными требованиями, сформулированными в норматив­ной документации, являются: эффективность, которая регламентирует­ся в частотном диапазоне 8...2000 Гц при фиксированной силе нажа­тия 50... 200 Н; максимальная толщина упругодемпфирующего матери­ала 5... 10 мм. В зависимости от области применения средства защиты ног подразделяются на обувь, подметки и наколенники. В них использу­ются специальные вибродемпфирующие материалы, которые ослабля­ют вибрацию в диапазоне частот 11... 90 Гц. Для защиты тела оператора используются нагрудники, пояса и специальные костюмы. Все виды за­щиты снижают вибрацию максимум на 10 дБ.