Основные источники и методы борьбы с вибрацией





 

Во многих областях современной техники очень часто приходится встречаться с колеба-тельным движением механического оборудования (вибрация технологического оборудова-ния, узлов и их отдельных элементов), которое при неблагоприятных обстоятельствах может привести к быстрому износу конструкций и даже к их разрушению.

 

Расчёт пищевого оборудования на виброустойчивость имеет исключительно важное значение при расчёте быстроходных машин и аппаратов (центрифуг, турбокомпрессоров, центробежных насосов, дробилок и пальцевых мельниц, сепараторов с мешалками и т. д.), а также машин, рабочие органы которых совершают колебание (в зерноперерабатывающей отрасли это камнеотборники, ситовеечные машины и т. п.). Кроме того, вибрация может по-являться со временем работы машины, в связи с ее износом, увеличением зазоров в подвиж-ных соединениях и ослаблением натягов в неподвижных. Такое увеличение вибрации со временем может служить показателем износа узлов машины и необходимости капитального ремонта.

 

Причинами вибрации пищевого оборудования и его элементов очень часто бывают зна-копеременные инерционные силы движущихся частей машин и аппаратов и, в частности, не-уравновешенные центробежные силы вращающихся деталей. Например, неуравновешенная масса mр 20 кг диска распылительной сушилки при угловой скорости

 

1000 рад/ сек и эксцентриситет всего лишь е 1 мм создает неуравновешенную

 

центробежную силу Р m р 2 e 20 100020,001 20000 Н .  
ц      

Такая возмущающая сила, действуя в плоскости, перпендикулярной оси вращения, вы-зывает вибрацию и высокие динамические напряжения ротора и других элементов машины. Передаваясь фундаменту, вибрация ухудшает условия труда обслуживающего персонала, а также может стать причиной неудовлетворительной работы и аварий приборов и другого оборудования, находящихся в этом цехе и за его пределами.

 

Таким образом, снижение уровня вибраций оборудования до допустимых пределов яв-ляется важным фактором создания нормальных условий труда и повышения надежности и долговечности машин и аппаратов. Наиболее распространенными и эффективными метода-ми снижения вибрации являются виброизоляция и вибропоглощение.

 

Вибропоглощение (виброгашение) – снижение параметров вибрации воздействием на источник возникновения, уравновешивание колебаний.

Виброизоляция – снижение параметров вибрации на пути ее распространения, предот-вращение передачи колебаний от источника колебаний к другим элементам машины, строи-тельным конструкциям и человека.

К первым методам (виброгашение) относятся:

- методы, при которых используются кинематические и технологические схемы, при ко-торых динамические процессы, вызванные ударами, резкими ускорениями, были бы исклю-чены или предельно снижены;

 

- методы отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от час-тоты вынуждающей силы (наложение резонансных режимов работы). Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняют двумя путями: либо изменением ха-рактеристик системы (массы или частоты), либо установлением нового рабочего режима (от-стройка от резонансного значения угловой частоты вынуждающей силы). Второй метод осу-ществляют на стадии проектирования, т. к. в условиях эксплуатации режимы работы опреде-ляются условиями технологического процесса;


 

 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Виброизоляция оборудования

- выбор рабочих режимов. Например, при увеличении частоты вращения рабочего коле-са турбины резко возрастает уровень виброскорости на опорах ее подшипникового узла;

 

- методы динамического виброгашения – присоединение к защищаемому объекту сис-тем, реакции которых уменьшают размах вибраций объекта в точках присоединения систем. Чаще всего динамическое виброгашение осуществляют путем установки агрегатов на мас-сивные фундаменты. Массу фундамента выбирают таким образом, чтобы амплитуда колеба-ний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1 – 0,2 мм, а для особо ответст-венных сооружений – 0,005 мм. Для небольших объектов между основанием и агрегатом ус-танавливают массивную опорную плиту. В машиностроении наибольшее распространение получили динамические виброгасители, уменьшающие уровень вибрации за счет воздейст-вия на объект защиты реакций виброгасителя. Виброгаситель жестко крепится на вибри-рующем агрегате, поэтому в каждый момент времени в нем возбуждаются колебания нахо-дящиеся в противофазе с колебаниями агрегата;

- методы статистического и динамического уравновешивания. Причиной низкочастот-ных вибраций насосов, компрессоров, двигателей является неуравновешенность вращаю-щихся элементов. Действие неуравновешенных динамических сил усугубляется плохим кре-плением деталей, их износом в процессе эксплуатации. Устранение неуравновешенности вращающихся масс достигается балансировкой различными способами (противовесы, урав-новешивание рабочими органами работающих в противофазе и т. д.).

 

Ко второму методу (виброизоляция) относится применение различных виброизолирую-щих конструкций, которые размещаются между защищающим объектом и источником виб-раций. Виброизоляторы снижают вибрацию за счет деформации упругих элементов – амор-тизаторов, при этом они устраняют жесткую связь между источником вибрации и его осно-ванием при помощи элементов, выполненных в виде стальных пружин или упругих прокла-док (резины, пеноэласта и др.).

 

Так, применяя виброизолирую-щие амортизационные устройства,

(рисунок 3.1) можно уменьшить                                                          
                                                         
влияние вибрации машины на опор-                                                          
                                                         
ную конструкцию (фундамент).                                                          
Уменьшение вибрации достигают ус-                                                          
                                                         
                                                         
                                                         
тановкой между машиной и фунда-                                                          
ментом таких упругих амортизаторов,                                                          
                                                         
                                                         
                                                         
которые обеспечивают уменьшение                                                          
                                                         
динамической возмущающей силы,                                                          
                                                         
передаваемой от неуравновешенной                                                          
                                                         
массы ротора машины на опорную                                                          
                                                         
конструкцию.           1 – агрегат с неуравновешенной массой ротора;  
В качестве упругого элемента 2 – упругие амортизаторы; 3 – электродвигатель;  
могут быть использованы стальные                 4 – муфтовое соединение  
пружины, резиновые изделия различ-   Рисунок 3.1 – Пример виброизоляции пищевого  
ной формы или изделия из других уп-         оборудования (цилиндрической мельницы),  
ругих материалов (рисунок 3.2).          
                молотковой дробилки  
Для снижения низкочастотной                  
                                                         
                                                                     

вибрации до 16 Гц применяют стальные пружинные виброизоляторы, так как в силу малых внутренних потерь они способны пропускать колебания высоких частот.

Упругие виброизоляторы наиболее эффективны для машин и механизмов, число оборо-тов рабочих органов которых более 1800 об/мин. Эффективность упругих виброизоляторов определяется статическим прогибом под весом действующей на них нагрузки. Чем больше прогиб, тем выше виброизоляция. Применяя амортизаторы из резины, необходимо учиты-вать ее малую сжимаемость, обусловленную боковыми деформациями. В связи с этим рези-новые амортизаторы должны иметь форму, допускающую свободное растягивание резины в


 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач  
Виброизоляция оборудования    
стороны, например,    
форму ребристых    
или дырчатых плит.    
Использование    
сплошного резино-    
вого листа в качест-    
ве амортизатора ни-    
какого эффекта виб-    
роизоляции не даст.    
В этом случае изо-    
ляцию следует вы- а – с пружинами; б, в – с резиновыми изделиями  
полнять в виде лен-  
ты, ширина которой Рисунок 3.2 – Упругие амортизаторы  
не должна превы-  
   
шать толщину более чем в 2 ... 3 раза, что позволит резине при ее осадке расширяться в сто-  
роны.        
  Учитывая достоинства и недостатки пружинных и резиновых амортизаторов, широкое  
применение на практике нашли комбинированные пружинно-резиновые виброизоляторы.  
Пружина в комбинированных виброизоляторах обеспечивает их большую механическую  
прочность и осуществляет гашение низкочастотного спектра вибрации, а резиновая часть  
улучшает изоляцию вибрации в области высоких частот и снижает шум.  
  Амортизаторы помещают непосредственно под корпусом изолируемой машины или под  
жестким ее основанием (станиной). При конструировании основания следует по возможно-  
сти сокращать расстояние между центром масс агрегата (машина + основание) и линией дей-  
ствия возмущающей силы, чтобы уменьшить амплитуду колебаний агрегата, установленного  
на амортизаторы. Коммуникации, соединяющие изолируемую машину с другим оборудова-  
нием, должны быть гибкими, а их жесткость значительно ниже жесткости виброизоляторов.  
  Необходимо учитывать, что удаление виброизолирующего устройства от центра масс  
агрегата в вертикальном и горизонтальном направлениях увеличивает частоту его собствен-  
ных колебаний. Поэтому при конструировании виброизолирующего устройства необходимо  
стремиться к тому, чтобы точка, через которую проходит равнодействующая реакций всех  
упругих амортизаторов при одинаковой их деформации (центр тяжести), лежала на одной  
вертикали с центром масс агрегата. Расстояние между центром жесткости и центром масс  
должно быть наименьшим.    
  Рассмотрим, как передается динамическая нагрузка на опорную конструкцию (фунда-  
мент) агрегата при выполнении указанных выше рекомендаций. Примем, что агрегат массой  
m имеет ротор массой mр , вращающийся с угловой скоростью . Центр массы ротора  
смещен от оси вращения на эксцентриситет е. При вращении несбалансированного ротора  
развивается неуравновешенная центробежная сила:  
           

P m р 2 e, (3.1)  
ц        

 

которую можно представить в виде векторной суммы составляющих P1 и P2 (рису-

 

нок 3.3).

Наибольший интерес для изучения виброизоляции представляет вертикальная состав-ляющая P1, полностью воспринимаемая фундаментом агрегата,

 

P1 Pц sin t . (3.2)

 

 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Виброизоляция оборудования


 

Если установить машину с не-сбалансированным ротором жестко на фундамент (рисунок 3.3, а), то очевидно, что в течение каждого оборота ротора машины фундамен-ту будет передаваться знакопере-менная сила с максимальным значе-нием Pц . Такая знакопеременная

 

нагрузка и является причиной неже-лательных колебаний фундамента и окружающих его других машин, ап-паратов, приборов и т. д. Причем, чем больше частота вращения рото-ра, тем больше величина динамиче-ской нагрузки, действующей на ос-нование машины и фундамент. Как видно из формулы (3.2), уменьшить силу Pц при требуемых режимах

 

работы машины (mр и ) можно


 

А) б)

а – жесткое креплении агрегата к фундаменту;

 

б – при установке агрегата на упругие опоры (ЦМ – центр масс агрегата, ЦЖ – центр жесткости)

 

Рисунок 3.3 – Схема действия динамических нагрузок при работе неуравновешенного ротора


 

лишь уменьшением величины экс-центриситета. Но несмотря на все принимаемые меры по обеспечению балансировки ротора

 

в рабочих условиях (т. е. достижения максимального приближения центра массы ротора к оси его вращения), добиться, чтобы e 0 , на практике невозможно. Выполняемая при по-мощи специального оборудования балансировка ротора на стадии его изготовления и сборки машины не всегда позволяет обеспечить в рабочих условиях необходимую величину дина-мического смещения центр вращения.

 

Другим, более выгодным способом снижения динамического усилия, передаваемого на фундамент является установка основания машины амортизаторов (рисунок 3.3, б)

 

Составим уравнение движения агрегата, установленного симметрично относительно 4-х пружинных опор с коэффициентом и находящегося под действием гармонической силы Pц sin t (рисунок3.3,б).

 

Пусть ±х – динамическая деформация пружин в их осевом направлении. При колебании в каждый момент времени t на агрегат с массой m будут действовать следующие динамиче-ские нагрузки: возмущающая сила Pц sin t ; сила инерции – m x ; сила упругости пру-

 

жин – k x (где k 4 k0 ). Коэффициент упругости одной пружины

 

k   G d4 , (3.3)  
64 i R3  
         

где G – модуль сдвига материала пружины, Па; d – диаметр сечения витка, м; i – коли-чество витков, шт; R – средний радиус витка пружины, м.

 





Читайте также:
Тема 5. Подряд. Возмездное оказание услуг: К адвокату на консультацию явилась Минеева и пояснила, что...
Роль языка в формировании личности: Это происходит потому, что любой современный язык – это сложное ...
Методика расчета пожарной нагрузки: При проектировании любого помещения очень важно...
Какие слова найти родителям, чтобы благословить молодоженов?: Одной из таких традиций является обязательная...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.025 с.