Внедрение нового и модернизация существующего оборудования

1.4. Нормирование  вибраций

    Для исключения  возможности возникновения виброболезни  введено ги-

гиеническое и техническое  нормирование вибраций. Нормируются  пара-

метры вибрации в  соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.012 – 90 «ССБТ.

Вибрация. Общие требование безопасности», выписка из которого пред- 
 

ставлена в табл. 1. Нормируемыми параметрами общей  и локальной вибра-

ции являются среднее  квадратичное значение виброскорости  VД и логариф-

мический уровень  виброскорости LV в каждой октавной полосе частот.

    Нормы по ограничению общих вибраций (пола, оснований машин, сиде-

ний и т.п.) устанавливают  предельно допустимые значения VД  и LV в октав-

ных полосах частот со среднегеометрическими значениями 1; 2; 4; 8; 16;

31,5; 63 Гц, а нормы  по ограничению локальной вибрации  – в октавных по-

лосах со среднегеометрическими  частотами 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500;

1000; 2000 Гц.

    Общая  вибрация с частотой менее  1 Гц нормируется по величине  сме-

щения x в зависимости  от значения основной частоты колебаний.

    Указанные  нормативы соответствуют непрерывному  воздействию виб-

рации в течение  рабочего дня.

   1.5. Методы  снижения вибраций

    Методы  борьбы с вибрацией базируются  на исследованиях колебаний

реальных механических систем или их физических моделей, а  также на ана-

лизе уравнений, описывающих  колебательный процесс в таких  системах.

Моделирование и  анализ механических систем сложны, поскольку рассмат-

риваются системы  с многими степенями подвижности, обладающие рядом

резонансных частот. Поэтому нередко для исследований применяют прин-

цип аналогий, например, используют электромеханическую аналогию коле-

баний. Исследование электрических моделей вместо механических более

целесообразно в  силу простоты их построения и в  тоже время механические

колебания и колебания  в электрических цепях (колебательном  контуре)

описываются одними и теми же дифференциальными уравнениями.

    Итак, рассмотрим  две системы: механическую и  электрическую.

    Механическая  система с одной степенью свободы,  обладающая трени-

ем, представлена на рис. 4. При определении основных направлений борьбы

с вибрацией следует  ограничиться анализом уравнений вынужденных  коле-

баний такой системы.

     Таблица  1

          Гигиенические нормы вибрации, воздействующей  на человека в производственных  условиях

                      (для некоторых видов вибрации). Фрагмент из ГОСТ 12.1.012 – 90 

                                                          Средние квадратичные значения  виброскорости, м/с ⋅ 10 −2

     Вид              Направления, по которым

   вибрации           нормируется вибрация             Логарифмические уровни виброскорости,  дБ в октавных полосах

                                                               со среднегеометрическими частотами,  Гц

  Общая вибрация                                  1           2           4           8           16         31,5     63

  Транспортная        Вертикальная (по оси Z)     20         7.1         2.5         1.3         1.1         1.1     1.1

                                                 132         123         114         108         107         107     107

                       Горизонтальная (по осям   6.3         3.5         3.2         3.2         3.2         3.2      3.2

                       X и Y)                    122         117         116         116         116         116      116 

                      Вертикальная (по оси Z)                3.5         1.3         0.63        0.56        0.56     0.56

    Транспортно-

                      или горизонтальная

  технологическая                                            117         108         102         101         101      101

                      (по осям X и Y)

В заводоуправлени-

ях, конструкторских

бюро, лабораториях,

уч. пунктах, вычис-

                      Вертикальная (по оси Z)               0.18        0.063       0.032       0.028       0.028    0.028

лительных центрах,

                      или горизонтальная

конторских помеще-                                           91           82          76          75          75       75

                      (по осям X и Y)

ниях, рабочих ком-

натах и др. помеще-

ниях для работников

умственного труда 
 

   Для простоты  анализа будем считать, что  на систему воздействует пере-

менная возмущающая  сила F, изменяющаяся по синусоидальному закону.

Уравнение колебаний  в этом случае имеет вид

      dx       d 2x

    μ + m 2 + qx = Fm e jωt ,                                             (4)

       dt      dt

где m – масса системы, кг;

    q – коэффициент жесткости, Н/м;

    x – текущее значение вибросмещения, м;

   dx

         – текущее значение виброскорости,  м/с;

   dt

   d 2x

       2

           – текущее значение виброускорения, м/c2;

    dt

    μ – коэффициент сопротивления (трения), Н·с/м;

   Fm – амплитуда вынуждающей силы, Н;

    ω – круговая частота вынуждающей силы, рад/с;

                              dx

    Сделав  подстановку            = V(t) – текущее значение виброскорости, полу-

                              dt

чим уравнение для  механических колебаний:

       dV

    m       + μV + q ∫ Vdt = Fm e jωt .                                   (5)

        dt

   Электрическая  система представлена на рис. 5 последовательным ко-

лебательным контуром, где последовательно включены индуктивность L ,

ёмкость C и сопротивление R . 
 
 
 

            Рис. 5. Электрическая система (колебательный  контур)

   При подаче  в электрическую цепь синусоидального  напряжения U ко-

лебания тока в цепи будут описываться дифференциальным уравнением:

         di       1

       L + Ri + ∫ idt = U m e jωt .                             (6)

         dt       C 
 

    Его решение  имеет вид:

                  Um

    Im =                        ,

           R 2 + (ωL − 1 ) 2

                         ωC

                   1

где R 2 + (ωL −       ) – полное электрическое сопротивление колебательно-

                  ωC

                                                             1

го контура. При  определенных значениях параметров (ω L ≈       ) в системе

                                                            ωC

возникает резонанс токов.

    Аналогично  из уравнения (6) найдено выражение  для соотношения меж-

ду амплитудами  виброскорости и вынуждающей  силы:

                   Fm

    Vm =                       ,                                     (7)

             2               2

           μ + (mω − q ω)

где μ 2 + (mω − q ω) 2 – сопротивление вынуждающей силе (полный меха-

нический импеданс колебательной системы);

   μ – активная часть сопротивления;

   ( mω − q ω ) – реактивная часть;

    mω – инерционное сопротивление;

    q ω – упругое сопротивление.

   Аналогично рассмотренной электрической системе в механической воз-

можно возникновение  резонансных явлений.

   Реактивное  сопротивление равно 0 при резонансе,  которому соответст-

вует частота

               q

    ω = ω0 =     .                                                 (8)

               m

   При этом  сопротивление системы вынуждающей  силе определяется

только величиной  μ , т.е. за счет наличия активных потерь в системе. Ам-

плитуда колебаний (виброскорости) при резонансе резко возрастает:

           F

   Vрез. = m ,                                                     (9)

           q

              η

           ω0

где η – коэффициент потерь, характеризующий диссипативные силы в ко-

лебательной системе  и определяющий значение амплитуды виброскорости

при резонансе, равен

       ωμ

    η=    .                                                   (10)

        q 
 

    Рассмотрим, как изменяется амплитуда виброскорости  при частотах ω ,

отличных от резонансной частоты ω 0 .

                                                 ω ⋅ Fm

    Для амплитуды  виброскорости имеем: Vm =              при ω << ω 0 и

                                                    q

      F

Vm = m при ω >> ω 0 , т.е. при уходе резонанса по частоте в ту или иную

      m⋅ω

сторону величина амплитуды  виброскорости уменьшается.

    Таким  образом, после проведения анализа  решения уравнения (4) выну-

жденных колебаний  системы с одной степенью свободы  были выявлены

следующие методы борьбы с вибрациями:

- снижение вибраций  воздействием на источник возбуждения  (посредством

снижения или ликвидации вынуждающих колебания сил);

- отстройка от  режима резонанса путем рационального  выбора массы или

жесткости колеблющейся системы;

- вибродемпфирование  – увеличение механического импеданса  колеблю-

щихся конструктивных элементов объекта путем увеличения диссипатив-

ных сил при колебаниях с частотами близкими к резонансным;

- динамическое гашение  вибрации – присоединение к  защищаемому объек-

ту дополнительной системы, реакции которой уменьшают  размах вибрации

объекта в точках присоединения этой системы.

    Снижение  вибраций воздействием на источник  возбуждения. При