Ограничение вредного воздействия вибрации на производстве

Борьба с вредным воздействием вибрации проводится в направлении уменьшения вибрации источников ее возникновения, снижения интенсивности вибраций по пути их распространения, применения средств индивидуальной защиты и др. В простейшем случае, исходя из анализа уравнений вынужденных колебаний системы с одной степенью свободы (сосредоточенная масса, покоящаяся на жестко закрепленной одним концом пружине), можно получить выражение для соотношений между амплитудами колебательной скорости и возмущающей силы:

где vm — амплитуда колебательной скорости точки, м/с;

Fm — возмущающая сила, Н; п — коэффициент трения, Н с/м; т — масса системы, кг; со — частота возмущающей силы, рад/с; к — жесткость пружины, Н/м.

Для уменьшения амплитуды колебательной скорости, а следовательно, для снижения вибрации необходимо уменьшить числитель либо увеличить знаменатель. Знаменатель носит название полного механического сопротивления (импеданс колебательной системы) и характеризует сопротивление, оказываемое системой возмущающей силе Fm. Этот знаменатель состоит из активного сопротивления и реактивного сопротивления, которое равно нулю при резонансе, т. е. появлении колебаний с большой амплитудой. Согласно теории линейных колебаний это явление возникает при частоте возмущающей силы, близкой к частоте собственных колебаний системы. Для исключения резонансных режимов необходимо знать значение частоты собственных колебаний технологического оборудования, что может быть определено расчетным или экспериментальным путем. Затем необходимо отстроить собственные частоты технологического оборудования или его отдельных узлов от частоты вынуждающей силы, что достигается либо изменением массы и жесткости колебательной системы, либо установлением другого скоростного режима работы. Анализ приведенной формулы показывает, что снижение уровня вибрации возможно путем уменьшения действующих возмущающих сил и снижения передачи колебаний от другого источника (виброизоляция), увеличением механического импеданса путем увеличения активных потерь при колебаниях (вибродемпфирование) или введения в систему дополнительных реактивных импедансов (виброгашение).

Снижения вибрации в источнике ее возникновения можно добиться рядом общепринятых методов, которые должны рассматриваться еще на стадии проектирования, а именно: проведением расчетов для исключения резонанса при совпадении собственных частот колебаний агрегатов или его частей с частотой возмущающих сил; заменой возвратно-поступательных движений кулачковых и кривошипных механизмов вращательными; применением в узлах агрегатов демпферов, резиновых амортизаторов, а в редукторах — шестерен со специальными видами зацепления, а не с прямым зубом; заменой технологических процессов другими с меньшей виброактивностью, например, замена электромеханических прессов гидравлическими; уменьшением уровня вибраций защищаемого объекта путем введения в систему дополнительных реактивных импедансов (виброгашение).

Виброгашение осуществляется с помощью монтажа вибрирующего оборудования на самостоятельные фундаменты, масса которых подбирается исходя из ограничений амплитуды колебаний подошвы фундамента или установкой динамических виброгасителей, которые представляют собой дополнительную колебательную систему с собственной частотой, настроенной на основную частоту оборудования с повышенной виброактивностью.

Снижение вибраций в источнике возникновения также обеспечивается тщательным монтажом оборудования с применением динамической и статической балансировки вращающихся деталей, соблюдением допусков между сопрягающимися деталями; нормальным режимом эксплуатации оборудования, его своевременным планово-предупредительным ремонтом.

Наиболее надежными способами борьбы с вибрацией, получившими широкое распространение, являются вибропоглощение и виброизоляция.

Вибропоглощение основано на уменьшении энергии вибрации при колебаниях демпфируемой системы. Для увеличения потерь энергии в системе или повышения активного сопротивления применяют различные методы. Например, в конструкциях вибрирующего оборудования используют материалы с большим внутренним трением, чаще всего пластмассы, дерево, резину и специальные сплавы (хайдамеды).

Для снижения вибрации широко используются вибродемпфирующие покрытия, состоящие из одного или нескольких слоев специальных материалов. Процесс вибропоглощения основан на уменьшении энергии вибрации и переходе ее в тепловую при деформациях изгиба покрытия и поверхностном трении.

Для снижения вибраций, распространяющихся по металлическим конструкциям машин, ограждениям, кожухам, воздуховодам ит. п., используется вибропоглощение, осуществляемое нанесением на вибрирующую поверхность вибропоглощающих (вибродемпфирующих) вязких покрытий. Для поглощения вибраций низких и средних частот наиболее эффективны жесткие твердые пластмассы и подобные им материалы, мастики с модулем упругости порядка 109 Па, а для вибрации частотой более 1000 Гц — мягкие материалы (резина) с модулем упругости 107 Па. Толщину покрытия принимают равной не менее чем двум-трем толщинам покрываемых конструкций.

По способу нанесения на демпфирующие поверхности вибропоглощающие материалы делят на листовые и мастичные. Листовые приклеивают к поверхностям клеями 88 или К-50, а мастики наносят. Параметры выпускаемых листовых материалов и мастик приведены в табл. 6.14.

Таблица 6.14. Характеристика вибропоглощающих материалов

Материал

Поверхностная плотность, кг/м2

Модуль

упругости,

МПа

Коэффициент

потерь

Асбокартон

103

580

0,065

Герметик ВТУ

103

10

0,023

Фетр, пропитанный битумом

-

250

1

«Агат» листовой

-

100

0,33

Антивибрит-2

-

3000

0,44

Антивибрит-3

-

3600

0,23

ВД-17-58

1,9 • 103

600

0,44

ВД-17-59

1,8 ? 103

820

0,3

«Швим-18» с наполнителем из оксида свинца

-

60

0,39

«Швим-19» с наполнителем из оксида железа

-

80

0,54

Окончание табл. 6.14

Материал

Поверхностная плотность, кг/м2

Модуль

упругости,

МПа

Коэффициент

потерь

Резина марки 1002

750

10

0,6

Резина марки 10713

80

0,33

Резина марки 922

700

30

0,35

Резина марки 615

530

18

0,27

Наибольшее распространение получили мастики Вд-17-63, рекомендуемые для нанесения на корпуса вентиляторов, воздуховоды и кожухи и др. При этом шум снижается примерно на 5—8 дБ.

Данные о составе мастик типа ВД приведены в табл. 6.15. Демпфирующие свойства мастик улучшаются, если их применять в слоистых конструкциях, т. е. чередуя слои мастики со слоями таких материалов, как фольга.

Таблица 6.15. Состав мастичных материалов

Компонент

Массовые части составляющих

для грунтовочной пасты

для мастики

ВД-17-58

ВД-17-59

ВД-16-63

Поливинилацетатная эмульсия ПВАЭ

1

1

1

1

Фенолоспирт

0,5

0,5

0,5

0,5

20%-ный раствор орто- фосфорной кислоты (ОФК)

24 % массы фенолоспирта

Пылевидный кварц марки ПК

1,2

Молотый керамзитовый песок

1,2

Корундовый пресс- порошок

1,2

Технический тальк

0,6

0,6

0,6

Мастику наносят слоями толщиной 2 мм. Каждый слой армируют стеклохолстом ВВ. После отвердения первого слоя наносят следующий слой. Общая толщина покрытия должна быть равна двум толщинам покрываемого материала.

Виброизолирующие устройства выполняются в виде различного рода амортизаторов, устраняющих жесткую связь вибрирующего механизма со строительными конструкциями, присоединенными трубопроводами или соседними узлами агрегата. Действие амортизирующих устройств основано на уменьшении возмущающих сил за счет

Подвешенная на пружинах машина для околачивания ранта заготовки верха обуви

Рис. 6.12. Подвешенная на пружинах машина для околачивания ранта заготовки верха обуви (а), виброизолирующий фундамент с пружинами-амортизаторами (б) осевой вентилятор на упругих прокладках из резины (в), пружинный виброизолятор (г):

1 — пружина; 2 — корпус машины; 3 — гибкие вставки; 4 — стальная витая пружина; 5— брезентовый диффузор (манжета); б — обечайка; 7 — стальная витая пружина; 8— верхнее крепежное кольцо; 9— верхняя закладная деталь; 10— резиновое кольцо; 11 — опорная металлическая шайба; 12 — нижнее крепежное кольцо; 13 — бетон основания; 14 — нижняя закладная деталь сил упругости мягких пружинящих амортизаторов, действующих в направлении, противоположном направлению действия сил (рис. 6.12).

Эффективность действия амортизаторов определяется коэффициентом амортизации, характеризующим динамическое воздействие вибрирующего агрегата на основание:

где/| — частота возмущающей силы, Гц;

/о — частота собственных колебаний амортизатора, Гц.

Таким образом, коэффициент амортизации зависит от отношения частоты возмущающей силы (зависящей от величины и характера скорости движения агрегата) к частоте собственных колебаний (возрастающей с увеличением жесткости и уменьшением массы). Поэтому хорошее качество виброизоляции достигается при значении частоты собственных колебаний меньшей, чем частота возмущающей силы. Обычно Уд = fj 4.

Амортизаторы рассчитаны на нагрузку 60—6500 Н, их жесткость находится в пределах 50—6800 Н. Амортизаторы обеспечивают частоту собственных колебаний 14—18 Гц в диапазоне нагрузок 250—4000 Н. Ниже приведена частота собственных колебаний упругих элементов (табл. 6.16).

Таблица 6.16. Частота собственных колебаний упругих элементов

Упругие элементы

Частота собственных колебаний, Г ц

Фетр, пробка, прорезиненная парусина, пластмассы, армированные волокнистые материалы; свинцово-асбестовые прокладки

20

Резина, работающая на сжатие, проволочная сетка объемного плетения, толстые фетровые и пробковые прокладки

20-10

Резина, работающая на сдвиг, проволочная сетка объемного плетения

10-5

Спиральные и листовые пружины, пневматические опоры

5

Конструктивно виброизоляторы выполняют в виде пружинных и резиновых амортизаторов (изоляция фундамента, основания), гибких вставок (изоляция трубопроводов, соединенных с вибрирующим оборудованием), мягких, упругих прокладок (изоляция вибрирующих трубопроводов в местах прохода через стены, пол). Выбор амортизаторов ограничен двумя требованиями. Если амортизатор очень жесткий, то значительная часть вибрации передастся через него, если он мягкий (податливый), то виброизоляция эффективна.

Однако это сопровождается повышением статической осадки амортизатора, что не всегда приемлемо. Требуемая жесткость амортизатора К определяется через отношение статической нагрузки Q к статической осадке Хст (К = Q/XCT). С учетом того, что Q = mg, частота собственных колебаний системы определяется как

Пользуясь этими формулами, можно оценить и выбрать необходимое число амортизаторов. Для упругих материалов статическая осадка зависит от толщины прокладки из упругих материалов:

где h — толщина прокладки, см;

а — допускаемая нагрузка на прокладку, Па; ed — динамический модуль упругости, МПа.

Следует отметить необходимость наличия отверстий в прокладках из резины, обеспечивающих деформацию материала прокладки в стороны. Выбор типа и конструкции амортизаторов производится в зависимости от характера нагружения и условий работы с последующим расчетом. Расчет пружинных амортизаторов сводится к определению числа витков и диаметра пружины:

где d — диаметр проволоки пружины, м;

Q — сила, действующая на пружину, Н; г — средний радиус витка пружины, м;

Rs допустимое напряжение при кручении, Па.

Как правило, борьба с шумом и вибрацией носит комплексный характер. Снижение шума (по рекомендациям научно-методической литературы) может быть достигнуто следующими путями: для машин обувного производства — оснащение встроенных пневмосистем шумоглушителями, виброизолирующими опорами, установка на ударники прессов и на вырубочные плиты резиновых амортизаторов, демпферов на ударные механизмы, звукопоглощающих облицовок, экранов и штучных звукопоглотителей в цехах; динамическая балансировка, облегчение деталей и повышение точности передач, подшипников и быстровращающихся устройств, применение в приводах пластмассовых зубчатых колес, облицовка листовых ограждений вибродемпфирующими мастиками; для швейных машин — балансировка и облегчение механизмов (применение для их изготовления легких сплавов и пластмасс), повышение точности передач, облицовка корпусов вибродемпфирующими мастиками, изолирование корпуса машины мягкой резиной.

Профилактические мероприятия по предупреждению вибрационной болезни заключаются во внедрении обоснованных режимов труда и отдыха, индивидуальных защитных средств и лечебных процедур. В частности, не допускаются к работе, связанной с воздействием общей вибрации, лица, не достигшие 18 лет, беременные женщины, лица, страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями, активной формой туберкулеза, язвенной болезнью, болезнями среднего и внутреннего уха, вегетативно-эндокринными расстройствами, выраженными функциональными нарушениями нервной системы и психическими заболеваниями. Время воздействия вибрации не должно составлять более 65 % рабочего времени, а при работе с ручным виброинструментом через каждые 1—1,5 ч следует устраивать кратковременные перерывы с активной гимнастикой рук. Рабочие, подвергающиеся воздействию вибрация, должны проходить медицинский осмотр один раз в год.

Санитарными нормами и правилами при работе с инструментами, механизмами и оборудованием, создающими вибрацию, передаваемую руками работающих, предусматриваются предельно допустимые величины вибраций; предельная масса инструментов или приспособлений, удерживаемых руками в процессе работы; предельно допустимые силы нажатия на рукоятки инструментов или приспособлений; мероприятия по снижению вибраций, передаваемых рукам работающих; профилактические меры по предупреждению вибрационной болезни.

Механизмы, ручные и механизированные инструменты, органы ручного управления, приспособления или обрабатываемые детали, при работе с которыми возникают вибрации, превышающие 20 % предельно допустимых, принято называть вибрирующим оборудованием. Масса вибрирующего оборудования или его частей, удерживаемых руками, не должна превышать 10 кг, а сила нажима на вибрирующее оборудование или его части — 200 Н (20 кг с), если по технологическим требованиям не предусмотрены более жесткие ограничения.

Защита от вредного воздействия вибрации при работе с ручным пневматическим и вибрационным инструментами весьма сложна и производится по следующим направлениям: применение вибрационных рукояток, использование облегченных и двойных ударников, имеющих смещение по фазе.

Индивидуальные средства защиты от вредного локального воздействия вибрации в отдельных случаях могут снизить параметры вибрации в 3—4 раза. К числу этих средств относятся специальные перчатки или рукавицы, имеющие в ладонной части утолщенную прокладку из пористой резины; специальная обувь, имеющая виброгасящую вкладную стельку.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >