Внедрение нового и модернизация существующего оборудования

конструировании машин и проектировании технологических процессов

должно быть предусмотрено  исключение вибраций или их предельное сни-

жение.

    Неуравновешенность  вращающихся элементов – один  из наиболее рас-

пространенных источников возбуждения вибрации в машинах. Для её уст-

ранения применяют  уравновешивание или статическую и динамическую

балансировку.

    Отстройка  от режима резонанса. Резонансные  явления устраняют либо

изменением характеристик  системы: m – массы или q – жесткости системы

(введением, например, ребер жесткости), либо установлением  нового рабо-

чего режима (путем  отстройки собственных частот агрегата и его отдельных

узлов от частоты  возмущающей силы ω на стадии проектирования).

    Вибродемпфирование (вибропоглощение). Вибродемпфирование  – это

процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта  путем превра-

щения энергии механических колебаний данной системы в тепловую энер-

гию за счет диссипативных  сил.

    Эффект  вибродемпфирования определяется  коэффициентом активного

сопротивления (трения) μ системы. Увеличение потерь энергии механиче-

ских колебаний  может производиться за счет: 
 

   а) использования  конструктивных материалов с  большим внутренним

трением, это сплавы: Cu – Ni, Ni – Ti, Ni – Co, композиционные материа-

лы, пластмассы и  др.;

   б) нанесения  на вибрирующие поверхности слоя  упруговязких материа-

лов с большим  внутренним трением. Это многослойные покрытия, твердые

и мягкие пластмассы, резина, мастики, технические масла, смазки;

   в) использования  искусственных демпферов – устройств  в виде поршня,

перемещающегося в вязкой среде.

   Динамическое  гашение вибрации. Для увеличения  реактивного сопро-

тивления колебательной  системы (mω − q ω) используют динамические

виброгасители (рис. 6). Это дополнительная колебательная  система с массой

m и жесткостью q , собственная частота которой fо настроена на основную

частоту колебаний  f вибрирующего агрегата, имеющего массу М и жест-

кость Q, путем подбора характеристик виброгасителя m и q . 
 
 
 

                  Рис. 6. Динамический виброгаситель

   Виброгаситель  жестко крепится на агрегате, поэтому в нем в каждый

момент времени  возбуждаются колебания, находящиеся  в противофазе с

колебаниями агрегата.

   Недостатком  динамического виброгасителя является  то, что он эффек-

тивно действует  только на резонансной частоте колебательной  системы.

При отличии собственной  частоты колебаний системы от резонансной –

эффективность виброгашения резко падает. Динамическое виброгашение

применяется для  ослабления низкочастотных вибраций.

   Динамические  виброгасители могут быть основаны  на пассивных эле-

ментах (массы, пружины) и активных, имеющих собственные источники

энергии.

   Для снижения  вибрации также возможно использование  ударных вибро-

гасителей (маятниковых, пружинных), в которых осуществляется переход

механической энергии  в энергию деформации контактирующих элементов. 
 

В результате энергия  распределяется по объему соударяющихся  элементов

виброгасителя, вызывая  их колебания и вместе с тем  рассеяние энергии

вследствие действия сил внешнего и внутреннего трения.

    Виброизоляция.  Этот способ защиты от вибрации  заключается в сни-

жении передачи колебаний  от источника возбуждения защищаемому объек-

ту при помощи устройств, помещаемых между ними.

    Виброизоляция  осуществляется введением в колебательную  систему уп-

ругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины к основанию  и

смежным конструкциям. На рис. 7 показано взаимодействие источника  воз-

буждения вибрации, виброизолирующего устройства и  объекта защиты. 
 
 
 

        Рис. 7. Взаимодействие источника  возбуждения вибрации,

             виброизолирующего устройства и  объекта защиты

   Схема «а»:  общий случай, когда источник  и объект – твердые тела  и

движутся вдоль  некоторой оси x; к системе приложены внешние и внутрен-

ние силы реакции  R и R ′ виброизолирующего устройства.

   Схема «б»  характеризует защиту зданий, сооружений  и др. объектов от

динамических воздействий, возбуждаемых виброактивным оборудованием.

   Схема «в»  используется в задачах защиты  от транспортной вибрации.

   На данных  схемах виброизолирующее устройство  безинерционное. Для

него R = R′ – одноосный виброизолятор.

   Реакция R определяется как линейная характеристика

              dδ

    R = qδ + μ ,                                                  (11)

              dt 
 

                               dδ

где δ – величина деформации;        – скорость деформации; q – жесткость;

                                dt

μ – коэффициент демпфирования: при μ = 0 – линейный идеальный упру-

гий элемент (пружина); при q = 0 – линейный вязкий демпфер.

   Такая модель  виброизолятора с линейной характеристикой  была пред-

ставлена на рис. 4.

   Эффективность  виброизоляции характеризуется  коэффициентом пере-

дачи:

        xm     am   Vm    Fm

    TΖ = 2 = 2 = 2 = 2 ≤ 1 .                                       (12)

        xm1 am1 Vm1 Fm1

     Чем  меньше TΖ , тем эффективнее виброизоляция.

     Коэффициент  передачи TΖ можно определить из соотношения частот

f собст. и f вын.

                     1

   TΖ =                               ,                            (13)

          ( f вын. f собст. ) 2 − 1

   Если пренебречь  трением тогда, чем меньше f собст. , тем выше эффек-

тивность виброизоляции.

   Выражение  для собственной частоты системы  с учетом жесткости сис-

темы и массы:

                  1       1        1

    f собст. =        =        =        ,                         (14)

               2π  q      q⋅g        g

                     m 2π m ⋅ g 2π x

                                     CТ

где xСТ =mg/q – статическая осадка системы на виброизоляторах под давле-

нием собственной  массы.

    Чем больше  xст, тем ниже собственная частота системы и, следователь-

но, меньше TΖ , т.е. выше эффективность виброизоляции.

    Для виброизоляции  источников возбуждения колебаний  применяют:

а) пружинные, пружинно-резиновые  и резинометаллические виброизолято-

ры (рис. 8);

б) упругие резиновые  прокладки;

в) комбинированные виброизоляторы (установка виброизоляторов на про-

кладки из упругих  материалов типа резины).

    Для эффективной  виброизоляции фундамент, на котором  производится

монтаж оборудования на виброизоляторах должен обладать большой мас-

сой. При изоляции с помощью пружинных амортизаторов  и упругих про-

кладок происходит в большей степени отражение  колебательной энергии и

в меньшей степени  поглощение энергии в самих изолирующих  элементах. 
 

    Рис. 8. Резинометаллические  и пружинно-резиновые виброизоляторы

   Активные  системы виброизоляции. Вибрационная  защита с помощью

массивных элементов  оказывается малоэффективной для  низких частот. В

таких случаях применяют активные (управляющие) системы виброизоля-

ции. В них внешние  силы, вызывающие вибрацию защищаемого  объекта

компенсируются дополнительным источником энергии.

   Активные  системы виброизоляции используются  для защиты прецизи-

онных станков, стартовых  платформ, пилотов от перегрузок и  повышения

комфортности транспортных средств. Активная система содержит чувстви-

тельные элементы (датчики), устройства для создания управляющего воз-

действия.

   В зависимости  от предъявляемых требований  усилительные и исполни-

тельные устройства могут быть гидравлические, пневматические, электро-

механические, электромагнитные. 
 
 
 

                   Рис. 9. Схема активной виброзащиты

   На рис. 9 приведена  схема активной виброзащиты, где введена активная

обратная связь, формирующая  управляющее воздействие V(t) . 
 

   Цель виброзащиты  – уменьшение колебаний объекта  с массой М при

кинематическом возмущении ξ(t) . Управляющее воздействие V(t) приложе-

но к промежуточной  массе m. Управление может быть осуществлено:

   1. По отношению  масс М и m. Тогда управляющее воздействие осущест-

вляется перемещением массы М по направлению ZB:

    V = −k ⋅ W(P) ⋅ Z В ,                                          (15)

где k - коэффициент усиления; W ( P ) – передаточная функция цепи, вклю-

чающей датчик и исполнительное устройство или управляющее воздействие

V = −k ⋅ W(P) ⋅ Z А для массы m.

   2. По возмущению  ξ(t ) , где управляющее воздействие:

    V = −(μ ⋅ P + q ) ⋅ ξ(t) или V = W(P) ⋅ ξ(t) .                 (16)

1.6. Средства индивидуальной  защиты

   При работе  с ручным механизированным и  пневматическим инструмен-

том применяются  средства индивидуальной защиты рук  от вибрирующих

объектов, указанные в ГОСТ 12.4.002 – 74 «ССБТ. Средства индивидуаль-

ной защиты рук от вибрации. Общие технические требования». К ним отно-

сятся антивибрационные рукавицы с поролоновыми прокладками  или нала-

донниками из резины. Для изоляции рабочих от вибрирующего пола приме-

няют специальную  обувь на антивибрационной подошве; резино-войлочные

маты; антивибрационные площадки; антивибрационные сидения.

   В целях  профилактики развития вибрационной  болезни для работающих

с вибрирующим оборудованием  регламентируется режим работы –  продол-

жительность рабочей  смены, обязательные перерывы, отдых.