Амплитуда скорости вибрации (виброскорости) Um может быть определена по формуле

,                               (2.42)

где Fm – амплитуда возмущающейся вибросилы, Н;

 μ – коэффициент сопротивления, Нс/м;

 m – масса системы, кг;

 с – коэффициент системы, Н/м.

На основе анализа формулы 2.42 можно сделать следующие выводы: для уменьшения виброскорости Uт необходимо снижать силу Fm (снижать виброактивность машины) и увеличивать знаменатель, а именно — повышать сопротивление системы μ и не допускать, чтобы . При равенстве этих членов наступает явление резонанса и уровень вибрации резко возрастает.

Таким образом, для защиты от вибрации необходимо применять следующие методы:

•    снижение виброактивности машин (уменьшение силы Fm)\

•    отстройка от резонансных частот ();

•    вибродемпфирование (увеличение μ);

•    виброгашение (увеличение т) – для высоких и средних частот;

•    повышение жесткости системы (увеличение с) – для низких и средних частот;

•    виброизоляция;

•       применение индивидуальных средств защиты. Снижение виброактивности машин (уменьшение силы Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, резкими ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены (например, замена клепки сваркой); хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности (например, использование шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых); заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.

Отстройка от резонансных частот () заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с (например, установка ребер жесткости) или изменения массы т системы (например, закрепление на машине дополнительных масс).

Собственная частота f0 вибрирующей системы определяется по формуле

.

Вибродемпфирование (увеличение μ) – это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов внутреннего трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение, – мягких покрытий (резина, покрытие «Агат», пенопласт ПХВ-9, мастики ВД 17-59, «Антивибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, использование прилегающих друг к другу пластин, как у рессор), установкой специальных демпферов. Примером таких демпферов могут являться амортизаторы автомобилей, которые подавляют раскачку машины.

Виброгашение (увеличение т) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент (рис. 2.22). Как видно из формулы (2.42) виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Рис. 2.22. Установка агрегатов на виброгасящем основании:

а – на фундаменте и грунте; б – на перекрытии

 

Одним из способов подавления вибраций является установка динамических виброгасителей, представляющих собой дополнительную колебательную систему с массой т1 и жесткостью с1, собственная частота которой , где f – частота вибрации, уровень которой необходимо снизить. Схема динамического виброгасителя показана на рис. 2.23. Динамический виброгаситель 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 подавляет колебания только определенной частоты, соответствующей его собственной. Такие виброгасители применяют в агрегатах, например турбогенераторах, имеющих характерный, постоянный во времени дискретный спектр вибрации.

 

 

Рис. 2.23. Схема динамического виброгасителя

 

На рисунке 2.24 изображен динамический виброгаситель с двумя степенями свободы и схема установки виброгасителя на турбогенераторе. Грузики перемещаются по резьбе и фиксируются гайками. Это позволяет менять жесткость виброгасителя, а следовательно, его собственную частоту и частоту подавляемых вибраций. Такие виброгасители удобно настраивать на заданную частоту.

 

Рис. 2.24 – Динамический виброгаситель: а – динамический гаситель с двумя степенями свободы для дизель-генератора; б – схема турбоагрегата с динамическим виброгасителем

 

Повышение жесткости системы (увеличение с), например путем установки ребер жесткости. Как видно из формулы 2.42 этот способ эффективен только при низких частотах и в ряде случаев средних.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. На рисунке 2.25 изображены типовые конструкции пружинных и резиновых виброизоляторов. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации:

.

 

Рис. 2.25. Виброизолирующие опоры: а – пружинные;

б – резиновые виброизоляторы

 

Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция. Для виброизолированных систем, в которых можно пренебречь трением:

,                                             (2.43)

где f  – частота вынужденных колебаний;

 f0 – собственная частота виброизолированной системы.

Как видно из приведенной формулы, только при  КП < 1, т.е. снижает передачу вибрации на защищаемый объект. По конструктивным и экономическим соображениям существует оптимальное значение , что соответствует КП=1/8…1/15.

Собственная частота виброизолированной системы

.

Умножив числитель и знаменатель подкоренного выражения на g – ускорение свободного падения, получим

                                              (2.44)

Так как mg – сила тяжести машины, а  – статическая осадка виброизоляторов под действием силы тяжести машины, то

.

Т. е. чем больше статическая осадка виброизоляторов под действием веса машины, тем меньше f0, а значит меньше КП и лучше виброизоляция.

Эффективность виброизоляции в дБ можно определить по формуле

, дБ                       (2.45)

 

Схема расчета виброизоляторов

1. Определяют требуемый уровень снижения вибрации:

, дБ,

где L – уровень вибрации без виброизоляции, дБ;

 LДОП – допустимый по нормативам уровень вибрации.

2. Из формулы 2.45 находим требуемое отношение частот f и f0  и требуемое значение собственной частоты виброизолированной системы:

,

, Гц.

3. Из формулы 2.44 находим требуемую статическую осадку виброизолятора:

, м.

4. Далее выбирается материал и определяются параметры виброизолятора. Расчет определяется типом виброизолятора – пружинный или упругие (резиновые) прокладки. Например, для упругих прокладок определяют требуемую толщину и площадь одной прокладки:

, м,

, м2,

где Е (Н/м2), σдоп (Н/м2) – соответственно модуль упругости и допустимое удельное напряжение (определяются свойствами материала прокладки); т (кг) – масса вибрирующего агрегата, N – число прокладок.

Если в процессе расчета  получается более 4, расчет ведут для этой величины, но в этом случае не обеспечивается требуемое снижение уровня вибрации и необходимо применять другие мероприятия для ее снижения.

Виброизолироваться может источник вибрации или рабочее место обслуживающего установку персонала. На рисунках 2.26 и 2.27 и показаны примеры виброизоляции рабочего места и источника вибрации – вентиляционной установки.

Рис. 2.26. Устройство виброизоляции рабочего места

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.27. Устройство виброизоляции вентиляционной установки:                 1 – опорная плита; 2 – виброизоляторы; 3 – крышка корпуса; 4 – подвижная часть корпуса; 5 – пружина; 6 – неподвижная часть корпуса; 7 – виброизолирующая прокладка

Для защиты от вибрации человека-оператора применяются разнообразные средства. На рисунке 2.28 представлена схема размещения средств виброзащиты оператора на рисунке 2.29 дана классификация средств защиты оператора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.28. Схема размещения средств виброзащиты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.29. Средства виброзащиты операторов

 

Средства коллективной защиты (СКЗ) располагаются между источником вибрации и оператором. К СКЗ оператора относятся подставки, сидения, кабины, рукоятки.

Виброзащитные подставки – наиболее приемлемые средства защиты от общей вибрации при работе стоя. Основной частью подставки является опорная плита, на которой стоит и выполняет работу оператор. Средства виброизоляции могут размещаться сверху плиты, снизу плиты или с обеих сторон одновременно. В зависимости от принятой схемы их взаимного расположения виброзащитные подставки изготавливают с опорными, встроенными, накладными или комбинированными виброизоляторами (рис. 2.30). На практике применяются различные конструктивные схемы подставок: с резиновыми и пневмобаллонными виброизоляторами (рис. 2.31), с пружинными виброизоляторами (рис. 2.32).

 

 

 

 

 

Рис. 2.30. Схемы виброзащитных подставок для виброизоляторов:

а – опорного; б – встроенного; в – накладного; г – комбинированного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.31. Виброзащитные подставки с резиновыми и пневмобаллонными виброизоляторами: a – губчатая резина; б – перфорированная резина;

в – резиновые бруски; г – цилиндрические пневмобаллоны;

д – кольцевой пневмобаллон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.32. Виброзашитные подставки с пружинными виброизоляторами: a – пружины сжатия и сыпучий балласт; б – пружины сжатия и шаровые пневмобаллоны; в – пружинно-тросовая система с опорными роликами;

г – пружинная подвеска; д – спаренные рессоры

 

Виброзащитные сидения применяют, если оператор выполняет работу сидя. Подвижные рабочие места, расположенные на транспортных машинах и перемещающихся технологических агрегатах, оснащают сидениями со встроенными средствами виброизоляции. Отдельные конструктивные варианты виброзащитных сидений представлены на рисунке 2.33.

 

 

Рис. 2.33. В Виброзащитные сиденья с виброизоляторами:

а – упругая накладка; б – упругие опоры; в – пружины, встроенные в опору;

г – упругие подвески

 

Виброзащитные кабины используют в тех случаях, когда на человека-оператора воздействует не только вибрация, но другие негативные факторы: шум, излучения, химические вещества и т. д. Виброзащитная кабина в отличии от обычных кабин, защищающих человека от вредных факторов, устанавливается на виброизолирующих опорах. В зависимости от действующих одновременно с вибрацией вредных факторов виброзащитные кабины могут быть шумовибро-защитными, пылевиброзащитными и т. п. На рисунке 2.34 представлена одна из таких кабин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.34. Шумовиброзащитная кабина для оператора компрессной станции: 1 – пневматические виброизоляторы; 2 – основание кабины; 3 – корпус кабины; 4 – стол оператора; 5 – кондиционер; 6 – вешалка для одежды.

 

Виброзащитные рукоятки предназначаются для защиты от локальной вибрации рук оператора. Конструктивные схемы виброзащитных рукояток представлены на рисунке 2.35.

 

 

Рис. 2.35 – Классификация виброзащитных рукояток: а – рукоятки с промежуточными виброизоляторами; б – рукоятки со встроенными виброизоляторами; в – рукоятки с накладными виброизоляторами; г – рукоятки с комбинированными виброизоляторами.

 

По месту расположения виброизоляторов рукоятки классифицируются на:

• рукоятки с промежуточными виброизоляторами, в которых виброизоляторы расположены между корпусом ручной машины и рукояткой, охватываемой рукой оператора (рис. 2.35, а);

• рукоятки со встроенными виброизоляторами, размещенными непосредственно в теле рукоятки (рис. 2.35, б);

•    рукоятки с накладными виброизоляторами, в которых упругие полимерные накладки и облицовки размещены на наружной поверхности рукоятки и контактируют с руками оператора (рис. 2.35, в);

•    рукоятки с комбинированными виброизоляторами, предусматривающие различные сочетания промежуточных, встроенных и накладных виброизоляторов (рис. 2.35, г).

В качестве средств индивидуальной защиты от вибрации используются: для рук – виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки; для ног – виброизолирующая обувь, стельки, подметки.

Виброзащитные рукавицы отличаются от обычных рукавиц тем, что на их ладонной части или в накладке закреплен упругодемпфирующий элемент. Этот элемент выполняется из поролона, однако более эффективно использование пеноэласта, губчатой резины. Применяются рукавицы с эластично-трубчатыми элементами (рис. 2.36). На рукавице имеются трубчатые элементы, закрепленные накладками и расположенные вертикальными рядами параллельно друг другу и перпендикулярно оси рукавицы.

Также рукавицы могут выполняться с накладным карманом, в который вставляется накладка с эластично-трубчатыми элементами (рис. 2.37) ГОСТ 12.4.002-74.

 

 

 

 

 

Виброзащитная обувь изготовляется в виде сапог, полусапог, полуботинок как мужских, так и женских, и отличается от обычной обуви наличием подошвы или вкладыша из упругодемпфирующего материала (рис. 2.38). ГОСТ 12.4.024-74 "Виброобувь".

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.38. Виброзащитная обувь: а – на упругой подошве; б – со съемными упругими каблуками и подметкой; в – с упругой стелькой