Методы снижения вибраций

Разработка мероприятий по снижению производственных вибраций должна производиться одновременно с комплексной механизацией и автоматизацией производства. Введение дистанционного управления цехами и участками позволит полностью решить проблему защиты от вибраций.

Основные методы борьбы с вибрациями оборудования:

1. Снижение вибраций воздействием на источник возбуждения (посредством снижения или ликвидации вынуждающих сил).

При конструировании машин и при проектировании технологических процессов предпочтение должно отдаваться таким кинематическим и технологическим схемам, при которых динамические процессы, вызванные ударами, резкими ускорениями и т.п., были бы исключены или предельно снижены. В настоящее время разработаны модификации известных технологических процессов, которые позволяют снижать вибрацию. При конструировании машин и агрегатов необходимо изыскивать конструктивные решения для безударного взаимодействия деталей и плавного обтекания их воздушными потоками.

2. Отстройка от режима резонанса путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы.

Для ослабления вибраций существенное значение имеет исключение резонансных режимов работы, т.е. отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы. Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняют двумя путями: либо изменением характеристик системы (массы и жесткости), либо установлением нового рабочего режима.

3. Вибродемпфирование – увеличение механического импеданса колеблющихся конструктивных элементов путем увеличения диссипативных сил при колебаниях с частотами, близкими к резонансным.

Это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в тепловую энергию.

4. Динамическое гашение колебаний – присоединение к защищаемому объекту системы, реакции которой уменьшают размах вибрации объекта в точках присоединения системы.

Одним из способов увеличения реактивного сопротивления колебательных систем является установка динамических виброгасителей. Он жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата.

5. Виброизоляция. Этот способ защиты заключается в уменьшении передачи колебания от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Виброизоляция осуществляется введением в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины-источника колебаний к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может использоваться для ослабления передачи вибраций от основания на человека либо на защищаемый агрегат.

Шум.

В виде звука мы воспринимаем упругие колебания - волны, распространяющиеся в твердой, жидкой или газообразной среде, если эти колебания лежат в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц. Колебания с частотой ниже 16 Гц, называемые инфразвуком, и колебания с частотой выше 20 кГц, называемые ультразвуком, не слышимы для человека.

Шумом принято считать всякий нежелательный для человека звук, не несущий полезной информации или беспорядочное передвижение частиц в пространстве. Шум на производстве снижает производительность труда, особенно при выполнении точных работ, маскирует опасность от движущихся механизмов, затрудняет разборчивость речи, приводит к профессиональной тугоухости, а при больших уровнях может привести к механическому повреждению органов слуха. Шум в бытовых условиях особенно в ночное время мешает нормальному отдыху. Воздействие на человека инфразвука вызывает чувство тревоги, стремление покинуть помещение, в котором есть инфразвуковые колебания. Действие ультразвука вызывает головные боли, быструю утомляемость. Длительное воздействие шума, ультра- и инфразвука приводит к расстройству центральной нервной системы.

Область пространства, в которой распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением полного давления при прохождении звуковой волны и средним значением давления в невозмущенной среде называется звуковым давлением. Звуковое давление Р измеряется в паскалях [Па].

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии звуковых колебаний. Средний поток энергии в какой-либо точке поля, отнесенный к единице поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке I [Вт/м²]. Интенсивность звука связана со звуковым давлением зависимостью / = Р²/рС, где р - плотность воздуха, С - скорость распространения звуковой волны. Для воздуха скорость звуковой волны (скорость звука) (при нормальных условиях). Следует также заметить, что интенсивность звука может быть определена, как средняя по времени значение плотности потока энергии, которую несет с собой звуковая волна. Плотность потока энергии волны , где W – объемная плотность энергии волны, V – скорость распространения волны. Фаза колебаний – это смещение колебаний относительно первоначального момента времени.

Поскольку абсолютные значения величин звуковых давлений могут изменяться в очень широких пределах, то для удобства оценки интенсивности звука и звукового давления применяют относительные единицы - уровни звукового давления и уровни интенсивности звука, измеряемые в децибелах [дБ].

L_p = 10 lg P²/P_o² = 20 lg P/P_o; L_I = 10 lg I /I _o ,

где P_o =2•10^-5 Па и I _o = 10^-12 Вт/м² соответствуют порогу слышимости на частоте 1000 Гц для 95% людей.

Звуковые волны начинают вызывать болевые ощущения при значениях

Р = 2•10² Па или I = 100 Вт/м², что соответствует уровню интенсивности звука (звукового давления) 140 дБ. Временное снижение слуховой чувствительности называется адаптацией слуха.

Для точной оценки частотных составляющих в спектре шума применяют анализаторы спектра (октавные и третьоктавные с соответствующим распределением полос пропускания, например 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц для среднегеометрических частот октавных фильтров).

Шум считается широкополосным, если его спектр превышает одну октаву, и тональным, если в любой из третьоктавных полос наблюдается превышение его уровня более чем на 10 дБ над соседними.

Шум считается постоянным, если его уровень меняется не более, чем на 5 дБ А за 8 ч при измерении на временной характеристике шумомера "медленно". Непостоянные шумы делят на колеблющиеся, прерывистые и импульсные. Шум считается прерывистым, если он изменяется ступенчато более чем на 5 дБ, оставаясь на ступени неизменным долее 1 с, и импульсным, если он состоит из одного или нескольких звуковых сигналов длительностью менее 1 с каждый, при этом уровни звука, измеренные в дБ А на временных характеристиках шумомера "импульс" и "медленно" должны отличаться не менее чем на 7 дБ.

Нормирование шумов в производственных помещениях осуществляется по предельным спектрам или в дБ А в соответствии с ГОСТ 12.1.003-89 "Шум. Общие требования безопасности". Вид предельного спектра для данного помещения определяется характером выполняемых работ. Номер, присваиваемый предельному спектру, числено равен допустимому уровню шума в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1 кГц. Для широкополосного шума его уровень, измеренный в дБ А, не должен превышать более чем на 5 дБ уровень шума на частоте 1 кГц соответствующего предельного спектра, а для тонального, должен быть на 5 дБ ниже.

Шум в жилых помещениях нормируется ГОСТ 12.1.036-81 "ССБТ Шум. Допустимые уровни в жилых и общественных зданиях" на уровне 40 дБ А днем и 30 дБ А в ночное время. Максимальный допустимый уровень шума в жилой зоне в дневное время – 55дБА, а уровень шума в помещении для программистов – 50 дБА.

Максимальный уровень непостоянного шума на рабочих местах не должен превышать 110 дБ А при измерениях на временной характеристике шумомера "медленно", а максимальный уровень звука импульсного шума не должен превышать 125 дБ А при измерениях на временной характеристике "импульс". Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.

Зоны с уровнем звука более 85 дБ А должны быть отмечены соответствующими знаками опасности, а работающие в этих зонах обеспечены средствами индивидуальной защиты.

Уровень звукового давления в области инфразвука регламентируется

СН-22-74-80 в октавных полосах 2, 4, 8 и 16 Гц на уровне не более 105 дБ, а в полосе 32 Гц-на уровне 102 дБ.

Уровень звуковых давлений в области ультразвука в соответствии с ГОСТ 12.1.001-89 в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами 12,5-25 кГц не должен превышать 80-105 дБ, от 31,5 до 100 кГц - 110 дБ. На более высоких частотах уровни ультразвука не нормируются. В зоне контакта рук с ультразвуком уровень вибрации не должен превышать 110 дБ или 105 дБ при одновременном действии ультразвуковой волны.

При наличии в помещении нескольких источников шума интенсивности создаваемых ими звуковых волн складываются, т.е.

I_s= I₁+ I₂+ …+ I _n,

откуда для уровня интенсивности звуковой волны, создаваемой несколькими источниками, получаем следующее выражение:

L_s = 10 lg I / I_o= 10 lg (I₁/I₀ +I₂/I₀ +...+ I_n /I₀)

Если шум создается равными по интенсивности источниками,

то L_s = L_i +10 lg N, где N - число источников шума, a L_i - уровень шума одного источника. Для уменьшения суммарного уровня шума целесообразно в первую очередь устранить источники шума, уровень интенсивности которых по крайней мере на 5-10 дБ превышает уровень остальных источников.

Меры борьбы с шумом - конструктивные (увеличение жесткости конструкций, замена металла на пластмассы, замена зубчатых передач на фрикционные и т.п.), технологические (замена ударной штамповки выдавливанием, изменение скоростей резания и т.п.), санитарно-гигиенические (удаление рабочих мест из шумных зон, перепланировка помещений, дополнительный отдых рабочих шумных производств), применение экранов и глушителей для аэродинамических шумов, применение индивидуальных средств защиты (наушники, шлемы, вкладыши). Так как инфразвук свободно проникает через строительные конструкции, то эффективная борьба с ним возможна только подавлением в источнике за счет изменения режимов работы оборудования, изменения жесткости конструкции, увеличения быстроходности агрегатов. Ультразвуковые колебания быстро затухают в воздухе, поэтому для уменьшения вредного воздействия ультразвука необходимо исключить непосредственный контакт человека с источником, а для подавления звуковых волн применять защитные кожухи. Для снижения уровня шума в жилых помещениях необходимы соответствующие градостроительные решения (вывод из жилых зон, заглубление или подъем на эстакады транспортных потоков, ориентация жилых помещений домов в направлении минимального уровня шума, использование малоэтажной застройки или зеленых насаждений в качестве акустических экранов и т.п.), административные (запрет движения тяжелого транспорта в ночное время в жилых районах), конструктивные (снижение уровня шума разрабатываемых транспopтных средств, применение вместо обычного остекления зданий в шумных районах стеклопакетов и т.п.), организационные (поддержание на качественном уровне дорожных покрытий, рельсового и коммунального хозяйства) и т.п.