Теоретическая часть. В процессе работы человек, вступая в контакт стой или иной машиной, инструментом или системой управления

В процессе работы человек, вступая в контакт стой или иной машиной, инструментом или системой управления , обычно испытывает на себе вибрационное воздействие. Вибрация, возникающая при работе машин, механизмов и их элементов носит характер сложного (иногда импульсного) колебания. Сложный периодический колебательный процесс можно представить в виде суммы гармонических функций (ряда Фурье)

(f_o , t) = А_i sin (2Пi f_ot+φ_i),

где А_i и φ_i – амплитуда и фаза i – го члена ряда;

f_o – основная частота колебений, Гц;

t – время, с.

Вибросмещение на основной (несущей ) частоте

х (t) = Аsin (ω_оt+φ), (8.1)

где ω_о = 2Пf_o = - круговая частота , с^-1

Виброскорость и виброускорение можно найти как первую и вторую производные во времени вибросмещение (8.1). Максимальные значения виброскорости и виброускорения соответственно равны

V= 2Пf_oА ; W= 4П²f_о² А

Если тело каким-либо образом вывести из состояния равновесия и затем убрать возмущающую силу, то оно будет совершать свободные колебания. Ввиду наличия трения в системе такие колебания быстро затухают. Колебания при наличии постоянно действующей внешней силы называют вынужденным. Именно вынужденные колебания вызывают вибрацию оборудования. Причиной этих колебании может служить динамическая неуравновешенность движущихся частей машин.

Для ограничения вредного воздействия вибрации на организм человека в системе стандартов безопасности труда (ССБТ) введены гигиенпческие нормы вибрации [1]. Ввиду того, что интенсивность вибрационных воздействий на человека зависит от частоты, при оценке уровня вибраций ось частот разбивают на отрезки (полосы частот) и нормируют уровни вибрации для каждой полосы в отдельности. Если ось частот разбита таким образом, что в каждой полосе отношение верхней граничной частоты f_в к нижней гранчной частоте f_н равно двум, то эти полосы называют октавными полосами частот. Средняя частота октавной полосы определяется как

f_ср=

Гигиеническими характеристиками влорации, определяющими ее воздействие на человека, являются среднеквадратичное значение виброскорости (в м/с) или ее логарифмическое уровни (в дБ) в октавных полосах частот. Уровни виброскоростиL_Vопределяются по формуле

L_V = 20lg ,

где V – значение виброскорости, м/с;

5 · 10^{- 8} – опорная виброскорость, м/с.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на:

а) общую, передающуюся через опорные поверхности сидящего или стоящего человека, б) локальную, передающуюся через руки человека. Общая вибрация нормируется в диапазоне частот f = 2 + 63 Гц, локальная – f = 8 + 1000 Гц. Вредное воздействие вибрации на человека зависит также от времени действия.

Для снижения значений виброскорости на рботающем и проектируемом оборудовании до нормируемых величин и инженерной охране труда применяют такие защитные меры, как виброизоляция и вибродемифирование.

Наиболее распространенным способом устройства виброизоляции является использование амортизаторов. Этот способ реализуется путем введения дополнительной упругой связи между источником вибрации и защищаемым объектом. Виброизоляция, созданная для уменьшения вибрации, передаваемой от машины на основание, носит название активной, например, для защиты рабочего места станочника от вибрации станка. Пассивная виброизоляция уменьшает вибрацию, передаваемую на машину или прибор от основания, например, для защиты прецизионных станков от вибрации фундамента.Основная цель виброизоляции агрегата с динамическими нагрузками сводится к уменьшению амплитуды колебаний, передаваемых от источника конструкциям.

На рис. 8.1 показан пример виброизоляции оборудования –

Рис. 8.1

Система с одной степенью

свободы

При устройстве виброизоляции стационарного технологического оборудования в качестве амортизаторов практически всегда используют пружины или прокладки из резины, дерева или войлока. Оборудование, имеющее скорость вращения n< 1800 об/ мин, а также неблагоприятные условия эксплуатации (наличие высоких температур, масел,пров,кислот,щелочей), рекомендуется [2,с. 288] устанавливать на пружинные виброизоляторы, при скоростях вращения n> 1800 об/ мин – на резиновые амортизаторы. При этом следует иметь ввиду, что пружины дольше сохраняют упругие свойства во времени.

Ниже рассмотрена методика инженерного расчета резиновых и пружинных амортизаторов в соответствии с указаниями [3]. Расчет виброизоляторов сводится к определению их упругих свойств с выбором конкретного материала и геометрических параметров: высоты, площади и числа резиновых прокладок или диаметра проволоки и числа витков пружин.

Расчет виброизоляторов типа резиновых прокладок

1. Определяется частота колебаний вынуждающей силы по известному значению n

f₁= n/60 (8.9)

2. По известному значению f₁ и заданной величине η (η = 2+5) определяется f_о

f_о = f₁/ η (8.10)

3. При найденом значении f_о необходимая статическая осадка виброизоляторах_ст, м, определяется по формуле

х_ст= (8.11)

4. для выбранного материала прокладки рассчитывается толщина прокладки h, м

h = х_ст (8.12)

где Е – динамический модуль упругости материала прокладок, Н/м²;

δ – допустимая нагрузка на сжатие материала прокладок, Н/м²;

Значения Е и δ для наиболее распространенных прокладочных материалов даны в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Свойствавиброизолирующихматериалов

формула (8.11) следует из соотношений

f_o=

где g – ускорение свободного падения, м/с²

5.Толщина виброизолирующие прокладки должна удовлетворять условиям

а) h< 0,5 · λ , (8.13)

где λ = / f₁ – длина волны колебаний , м ;

- скорость распространения продольных колебаний в материале прокладки , м/с ; при h = λ/2 в прокладке возникают резонансные явления ;

б) h = а/ 4, (8.14)

где а – меньшая сторона (диаметр) прокладки , т.к. при h> а/ 4 прокладки начинают давать сдвиг в горизонтальной плокости.

6. Площадь виброизолирующей прокладки

S₁= , (8.15)

где Р – вес агрегата, Н;

N – число прокладок.

Если параметры прокладок оказываются неприемлемыми, производится расчет второго приближения, в котором задается меньшееh, либо выбирается материал с меньшей жесткостью. Возможно также увеличение числа виброизоляторов.

Расчет пружинныхвиброизоляторов

1. Собственная частота колебаний виброизолированной системы f_о определяется через известную скорость вращения n и заданный коэффициент η аналогично предыдущему расчету

f_o = (8.16)

2. Необходимая общая жесткость системы виброизоляции в вертикальном направлении с_о(Н/м) определяется в соответствии с известным соотношением

f_o = 1/(2П) · по формуле

С_о= m(2Пf_o)² = (8.17)

3.Жесткость одного виброизолятора С₁,Н/м², если их число N

С₁= С_о/ N, (8.18)

статистическая нагрузка на одну пружину Р_ст(Н) –

Р_ст1= , (8.19)

где Р – общий вес изолируемой установки, Н.

4. Амплитуда вертикальных колебаний объекта Z_о для гармонической возмущающей силы рассчитывается по формуле

Z_о= (8.20)

где w₁=2Пf₁=

5. Максимальная рабочая нагрузка на одну пружину

Р_I = P + 1.5 Р (8.21)

где 1,5 – коэффициент, учитывающий усталость материала пружины;

Р - динамическая нагрузка на одну пружину в рабочем режиме изолируемого объекта

Р = Z_о · С₁ (8.22)

6. Диметр проволоки пружины d , м , определяется по формуле

d> 1,6 (8.23)

и может изменяться в широких пределах (3 ÷ 40мм); в формуле (8.23) ν = D/d – индекс пружины, значение ν рекомендуется принимать от 4 до 10, в зависимости от максимальной рабочей нагрузки на пружину Р_I (табл.8.2);D – средний диаметр пружины, м; К – коэффициент сжимаемости пружины, определяется по графику рис. 8.3 в зависимости от индекса пружины ν ;τ_g - допустимое напряжение сдвига при кручении материала пружины; значенияτ_g, (Н/м²) для марок сталей, рекомендуемых для изготовления пружин, приведены в табл. 8.3.

7. Полное число витков пружины

i = i_p + i_M , (8.24)

где i_p– число рабочих витков

i_p= (8.25)

G – модуль сдвига материала пружины; значения G(Н/м²) приведены в табл. 8.2;

i_M – число мертвых витков, принимаемое

i_M= 1,5 при i_p< 7; i_M= 2,5 при i_p> 7 (8.26)

Таблица 8.2

Параметры типовых опорных пружин [2]

Таблица 8.3