Что понимается под таким способом виброзащиты как виброгашение

Защита от вибрации (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3

Защита от вибрации

Нормирование вибрации очень важно для улучшения условии труда и профилактики вибрационной болезни. В стандартах отдельно регламентируются требования к общей и локальной вибрации, а также устанавливаются нормы для вертикальной и горизонтальной составляющих общей вибрации.

В российских стандартах ГОСТ 12.1.012-90(1996) и СН 2.2.4/ 2.1.8.566—96 нормируются как значения виброускорения, так и виброскорости. При этом нормы для этих двух параметров связаны между собой. При нормировании используются также их лога­рифмические уровни.

При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения и их логарифмические уровни, измеренные с помощью корректирующих фильтров или вычисленные по специальным формулам

Предельно допустимый уровень (ПДУ) вибраций — это уровень фактора, который при ежедневной, кроме выходных дней, работе, (но не более 40 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не дол­жен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последую­щих поколений. Соблюдение ПДУ вибраций не исключает нару­шения здоровья у сверхчувствительных лиц.

Допустимый уровень вибрации в жилых и общественных здани­ях — это уровень фактора, который не вызывает у человека значи­тельного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствитель­ных к вибрационному воздействию.

Корректированный уровень вибрации — одночисловая характе­ристика вибрации, определяемая как результат энергетического суммирования уровней вибрации в октавных полосах частот с уче­том октавных поправок.

Эквивалентный (по энергии) корректированный уровень изме­няющейся во времени вибрации — это корректированный уровень постоянной во времени вибрации, которая имеет такое же средне-квадратичное корректированное значение виброускорения и/или виброскорости, что и данная непостоянная вибрация в течение определенного интервала времени.

Общая вибрация в этих стандартах подразделяется на три категории:

♦ категория 2 — транспортно-технологическая вибрация, воз­действующая на человека на рабочих местах машин с огра­ниченной зоной перемещения по специально подготовлен­ным поверхностям производственных помещений, про­мышленных площадок, горных выработок (экскаваторы, краны, путевые машины, бетоноуклад­чики и др.);

♦ категория 3 — технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин (станки, кузнечно-прессовое оборудование, электрические машины, насосы и вентиляторы и др.) или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Гигиенические нормы общей вибрации установлены СН 2.2.4/ 1.8.566-96.

Амплитуда скорости вибрации (виброскорости) vm может быть определена по формуле:

где Fm — амплитуда возмущающей вибросилы, Н; μ — коэффи­циент сопротивления, Н ∙ с/м; f — частота вибрации, Гц; т — масса системы, кг; с — коэффициент жесткости системы, Н/м.

На основе анализа формулы можно сделать следующие выводы: для уменьшения виброскорости vm необходимо снижать силу Fm (снижать виброактивность машины) и увеличивать зна­менатель, а именно — повышать сопротивление системы μ и не допускать, чтобы 2πfm = c/2πf. При равенстве этих членов насту­пает явление резонанса и уровень вибрации резко возрастает.

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

♦ снижением виброактивности источника вибрации (уменьшение силы Fm);

♦ применением вибродемпфирующих (вибропоглощающих) покрытий, приводящих к снижению интенсивности про­странственной вибрации конструкции за счет рассеяния энергии механических колебаний (увеличение μ);

♦ динамическим гашением вибрации, при котором к защища­емому объекту присоединяется дополнительная механическая система, изменяющая характер его колебаний. Средства реализации этого метода: динамические виброгасители и фундаменты (основания);

♦ активным гашением вибрации, когда для виброзащиты ис­пользуется дополнительный источник вибрации, который в сравнении с основным источником генерирует колебания той же амплитуды, но противоположной фазы;

♦ повышение жёсткости системы (увеличение с) – для низких и средних частот;

♦ виброизоляцией, когда между источником и защищаемым объектом размещается дополнительное устройство, так назы­ваемый виброизолятор. Различают виброизоляцию при си­ловом и кинематическом возбуждении;

♦ 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 (2πfm ≠ c/2πf) 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. В результате амплитуда упру­гих волн, распространяющихся по конструкциям, уменьшается по мере удаления от источника.

Применяются следующие методы демпфирования конструкций:

♦ изготовление деталей из материалов, обладающих большим коэффициентом потерь: чугун, сплавы меди и марганца, не­которые виды пластмасс (например, сплавы меди имеют ко­эффициент потерь, равный 0,2, а текстолит — 0,4);

♦ нанесение на детали конструкции вибродемпфирующих покрытий;

♦ использование вибродемпфирующих засыпок из сухого пес­ка, чугунной дроби, а также жидкостных прослоек.

В свою очередь вибродемпфирующие покрытия (ВДП) подразделяются на:

♦ жесткие, которые представляют собой слой жесткой пластмассы, нанесенной на конструкцию. В них колебательная энергия поглощается вследствие деформаций растяжения и сжатия вдоль пластины. Иногда между покрытием и демпфируемым листом устанавливают прослойку из легкого жесткого материала, например пенопласта. Отнесение демпфирующего слоя oт пластины создает эффект рычага, увеличивает деформации растяжения-сжатия. При колебаниях пластины, а следовательно, и потери колебательной энергии в покрытии. Покрытии этого типа дают наибольший эффект на низких и средних частотах, на высоких частотах их эффективность падает;

♦ армированные, которые представляют собой слой вязкоупругого материала с нанесенным тонким армирующим слоем жесткого материала (металла). Например, вибродемпфирующее покрытие «Полиакрил-В» состоит из армирующего слоя (алюминиевая фольга) толщиной 0,06 мм и липкого вязкоупругого толщиной 0,1 мм, соединяющего ВДП с деформируемой пластиной;

♦ мягкие, которые представляют собой слой вязкоупругого материала, в котором при поперечных перемещениях поверхности демпфируемой пластины возникают упругие волны (волны сжатия), распространяющиеся по нормали к пласти­не. При определенных частотах, когда по толщине покрытия укладывается целое число полуволн, покрытие интенсивно поглощает колебания основной пластины. Такие волновые резонансы начинаются на частотах в сотни герц, причем, так как коэффициент потерь высок, резонансы не выражены от­четливо. Коэффициент потерь этих материалов достаточно высок. Эффективность мягких вибродемпфирующих покрытий возрастает, если в резиновом массиве сделать воздушные полости. Для расширения диапазона рабочих частот в сторону низких частот можно увеличивать толщину слоя (2-3 толщины демпфируемой пластины);

♦ комбинированные, которые совмещают несколько механиз­мов поглощения и обеспечивают более широкий частотный диапазон работы. Применяются слоеные вибродемпфирующие материалы, например «сандвич» — два стальных листа, между которыми резиноподобный слой. Коэффициент по­терь его максимален на средних частотах.

Слой сыпучего вибродемпфирующего материала ведет себя по­добно мягкому ВДП. Песок применяют в качестве засыпки в пусто­телых конструкциях (их резонансные частоты при этом понижают­ся из-за изменения массы). В качестве сыпучего вибродемпфирую­щего материала используют также чугунную дробь, применяемую для дробеструйных работ (диаметр до 0,5 мм), и алюминиевые гра­нулы. Жидкостные прослойки применяют для вибродемпфирова­ния в виде вязких жидкостей между двумя жесткими слоями. С по­мощью жидкостных прослоек из глицерина, касторового или сили­конового масла можно получить коэффициент потерь порядка 0,1. 11рименение этого типа покрытий ограничивают трудности, связан­ные с необходимостью обеспечения герметизации.

Виброгашение (увеличение т) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент (рис. 2.59).

Рис. 2.59. Установка агрегатов на виброгасящем основании:

a — на фундаменте и грунте; б — на перекрытии

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.).

Одним из способов подавления вибраций является установка динамических виброгаси­телей, представляющих собой дополнитель­ную колебательную систему с массой т1 и жесткостью с1, собственная частота которой f01 = (1/2π) = f, где f — частота вибра­ции, уровень которой необходимо снизить. Схема динамического виброгасителя показа­на на рис. 2.60. 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. 2.60. Схема дина­мического виброга­сителя

На рис. 2.61 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. 2.61. a — динамический гаситель с двумя степенями свободы для дизель-ге­нератора;

б — схема турбоагрегата с динамическим виброгасителем

Динамическое виброгашение — это метод виброзащиты, заключа­ющийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнитель­ных устройств с целью изменения характера его колебаний.

Вибрационная зашита с помощью пассивных систем оказывается малоэффективной при возбуждении в области низких частот, а также при действии вибрации с широким спектром. В этих случаях все большее применение находят управляемые системы виброзащиты, получившие название активных.

Активное виброгашение сводится к компенсации дополнительным источником энергии сил, вызывающих вибрацию защищаемого объекта. Активные системы виброгашения применяются для защиты технических средств в тех областях, где предъявляются особо жесткие требования к допустимому уровню вибрации: при виброизоляции прецизионных станков и стартовых платформ ракет, для защиты пилота от перегрузок и повышения комфортности транспортных средств.

Активные системы виброгашения содержат чувствительные элементы, управляющие, усилительные и исполнительные устройства. В качестве чувствительных элементов используют датчики, регистрирующие силы возбуждения или его кинематические параметры — перемещение, скорость, ускорение. После усиления сигналы подаются в исполнительное устройство, формирующее управляющее воздействие.

В зависимости от вида исполнительного устройства различают гидравлические, пневматические, электромеханические, электромагнитные системы активной виброизоляции. Выбор типа системы определяется предъявляемыми к ней техническими требованиями. При необходимости обеспечения высокой статической жесткости целесообразно использовать гидравлическую систему. Пневматические системы позволяют получать малые величины статической жесткости. Электромагнитные системы обладают малой инерционностью и позволяют в широких пределах варьировать амплитудно-частотные характеристики.

Широкое применение метода активной виброзащиты сдержи­вается невозможностью обеспечения широкой частотной полосы гашения, сложностью необходимой аппаратуры. Однако при сни­жении вибрации на дискретных частотах применение активных методов компенсации может быть целесообразно по техническим, конструктивным и экономическим соображениям.

Повышение жесткости системы (увеличение с), например путем установки ребер жесткости. Как видно из формулы (2.1) 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 рис. 2.62 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:

Источник

Что понимается под таким способом виброзащиты как виброгашение

Лекция 7. Виброзащита машин и механизмов.

Основными способами снижения вибрации механизма являются применения:

– демпферов – устройств, предназначенных для увеличения сил сопротивлению колебаниям, зависящих от амплитуд и скорости колебаний; однако этот способ не всегда эффективен и не приводит к желаемым результатам;

– виброзащитных систем, гасящих динамические воздействия на машину путем воздействия дополнительными динамическими нагрузками.

В соответствии с этим существуют два основных способа виброзащиты : виброгашение и виброизоляция.

Виброгашение достигается тем, что к машине присоединяются дополнительные колебательные системы – динамические виброгасители (рис. 7.1).

Как правило, . Соотношения и , С₁ и С₂ подбираются такими, чтобы собственная частота колебаний виброгасителя была равна частоте вынуждающей внешней силы , где р – частота. При этом виброгаситель должен быть настроен на частоту вынуждающей внешней силы.

Закон гармонических колебаний имеет вид . При этом период колебания , частота колебаний , где – начальная фаза; – круговая частота.

– восстанавливающая со стороны пружины ;

– возмущающая (например, сила инерции) ,

или .

Так как система находится в равновесии, то , или

, (1)

где круговая (угловая) частота свободных гармонических колебаний системы

При действии на массу внешней возникающей силы, описываемой законом , уравнение (1) будет иметь вид

.

Уравнение движения двухмассовой системы (при возмущающей силе, действующей на массу и равной ) имеет вид

,

где и – координаты, отсчитываемые от положения статического равновесия; и – коэффициенты жесткости пружины.

Недостатком способа является то, что виброгаситель действует только при неизменной частоте колебаний защищаемого объекта. Изменение его частоты резко увеличивает вибрацию и требует новой настройки виброгасителя.

Чувствительность виброгасителя к изменению частоты защищаемого объекта будет не так велика, если виброизоляторы обладают значительным трением путем введения в систему демпферов (амортизаторов).

Виброизолятор состоит из упругого элемента и амортизатора (рис.7.2).

Виброизолятор имеет коэффициент демпфирования .

Уравнение движения колеблющейся системы имеет вид

, (2)

где Q – обобщенная реакция амортизатора.

— Как определить в общем случае неуравновешенную силу, действующую на станину механизма?

— Как определить неуравновешенный момент сил, действующий на станину механизма?

— Что вызывают силы, возникающие при соударении колеса подвижного состава с рельсом?

— К какому виду воздействий на механическую систему относятся линейные перегрузки?

— Почему при ускоренном движении вагона элементы конструкции кузова и рамы совершают гармонические колебания?

— Назовите колебания кузова вагона, возникающие при его движении по рельсовому пути, имеющему волнообразные неровности. В чем причина этих колебаний?

— Почему при изучении вынужденных колебаний механической системы предварительно рассматривают ее собственные колебания?

— Какие дополнительные колебания возникают при перевозке сыпучих и жидких грузов? Назовите причину этих колебаний.

— Как влияет жесткость рессорного подвешивания на частоту собственных колебаний кузова вагона?

— Как влияет положение центра тяжести вагона на частоту колебаний?

— Влияет ли величина момента инерции вагона на частоту колебаний?

— Раскройте полезные и вредные свойства вибраций.

— В чем состоит явление резонанса и его опасность для механизмов и машин?

— Какими способами достигается уменьшение интенсивности колебаний объекта виброзащиты?

— Какой механизм называется уравновешенным? Цель уравновешивания механизмов?

— Что означает термин «демпфирование»?

— Какие технические средства используются для принудительного гашения колебаний?

— Каково назначение и принцип работы основных типов гасителей колебаний?

— Что такое виброизоляция? Основные задачи виброизоляции?

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Источник

Средства виброзащиты

Технические науки

Похожие материалы

Проблема снижения уровней вибрации и шума на строительно-дорожных машинах (СДМ) в настоящее время приобретает все большую актуальность. Повышенная вибрация снижает ресурс силовых агрегатов СДМ, вызывает дополнительное потребление энергии в переходных режимах работы агрегатов, приводит к возникновению и развитию профессиональных заболеваний обслуживающего персонала [1].

Выбор определенных методов и средств защиты зависит от конструкции машины. Поэтому при разработке системы виброзащиты на первом этапе необходимо выявить основные источники динамического воздействия, их интенсивность, частотный диапазон, а также пути распространения вибрации от источника до защищаемого объекта [2,7].

Методы виброзащиты делятся на две большие группы: снижение параметров вибрации воздействием на источник возбуждения и снижение параметров вибрации на путях ее распространения. Структурная схема классификации методов виброзащиты представлена на рисунке 1.

Причиной вибрации являются возникающие при работе машин неуравновешенные силовые воздействия. В общем случае источником вибрации являются:

Снижать воздействие вибрации, воздействуя на источник возбуждения можно следующими способами: снижение самовозбуждения вибрации, снижение параметрического возбуждения, снижение кинематического возбуждения и снижение силового возбуждения вибрации.

Рисунок 1. Структурная схема классификации методов виброзащиты

Самовозбуждение вибрации это колебание системы, вызванное поступлением энергии от неколебательного источника, которое регулируется движением самой системы. Параметры этих колебаний в значительной степени определяются нелинейными свойствами системы [7,8].

Параметрическое возбуждение вибрации это возбуждение колебаний системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного или нескольких её параметров (массы, момента инерции, коэффициента жесткости). При этом возникают действующие на систему нестационарные силы, зависящие от координаты и скорости, а также от времени в явном виде.

Кинематическое возбуждение вибрации это возбуждение вибрации системы сообщением каким-либо её точкам заданных движений, не зависящих от состояния системы. Снижение кинематического возбуждения возможно следующими путями: изменение конструктивных элементов машин, уменьшение неровности профиля пути машин и повышение нивелирующей способности опорных элементов машин [5,6].

Силовое возбуждение вибрации это возбуждение вибрации вынуждающими силами и моментами. Снижение силового возбуждения осуществляется изменением конструктивных элементов источника возбуждения, изменением частоты вибрации источника возбуждения, изменением характеристик вынуждающих сил и моментов, обусловленных рабочим процессом в машине и уравновешиванием. Уравновешивание, в свою очередь, осуществляется путем уравновешивания вращающихся масс, уравновешиванием поступательно-движущихся масс и уравновешиванием сложно-движущихся масс.

Снижение виброактивности конкретного источника вибрации является очень специфичным делом. Общим подходом к решению этой задачи является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения частоты воздействия или изменения масс и, соответственно, линейных скоростей. Также можно использовать перераспределение энергии во времени, делая процессы более плавными.

Вторая большая группа методов виброзащиты включает в себя меры по снижению вибрации на путях ее распространения. К этим методам относятся: изменение конструктивных элементов машин, использование демпфирующих покрытий, антифазная синхронизация двух или нескольких источников возбуждения и встраивание дополнительных устройств в конструкцию машин. Встраивание дополнительных устройств может осуществляться как виброизоляция и как виброгашение.

Виброизоляция — это метод виброзащиты заключающийся в ослаблении связи между источником и объектом путем размещения между ними виброизолирующего элемента. Различают активную и пассивную виброизоляцию, каждая из которой может быть силовой и кинематической [10].

Рисунок 2. Классификация средств вибрационной защиты

Виброгашение — это метод виброзащиты заключающийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения характера его колебаний. Различают активное и пассивное виброгашение [3,9].

На рисунке 2 представлена классификация средств вибрационной защиты. Средства виброзащиты делятся на средства виброгашения и непосредственно средства виброзащиты.

Средства виброгашения можно разделить на ударные виброгасители и динамические виброгасители. Работа динамических виброгасителей основана на формировании силовых воздействий, передаваемых на объект. Изменение колебательного состояния объекта при присоединении динамического виброгасителя происходит либо за счет перераспределения колебательной энергии от объекта к виброгасителю, либо за счет увеличения рассеивания энергии колебаний. В первом случае речь идет об инерционных динамических гасителях, которые применяют, как правило, для подавления моногармонических или узкополосных случайных вибраций. В случае широкополосной вибрации предпочтительным оказывается второй подход, состоящий в присоединении к объекту дополнительных демпфирующих элементов, так называемых поглотителей колебаний. Ударные виброгасители не могут осуществить полную компенсацию колебаний, при моногармоническом возбуждении, и речь может идти только об их частичном подавлении. Уменьшая колебания на частоте внешнего воздействия, ударный гаситель вместе с тем возбуждает высокочастотные колебания системы [11].

Средства виброзащиты (СВ) делятся на простые и составные. Составные средства виброзащиты могут быть с последовательным, параллельным или комбинированным включением простых СВ. Простые СВ делятся на активные (АСВ) и пассивные (ПСВ). Как АСВ так и регулируемые ПСВ можно регулировать несколькими способами: изменением кинематических характеристик механизма преобразования движения инерционного элемента, изменением характеристик инерционного элемента, изменением характеристики демпфирующего элемента, изменением кинематических характеристик направляющего устройства, изменением характеристики упругого элемента или изменением нескольких перечисленных характеристик. Также АСВ различают по назначению на АСВ поддерживающие относительное статическое положение и АСВ, поддерживающие относительное статическое положение и требуемые динамические характеристики, и по принципу управляемости на АСВ с управлением по динамическим характеристикам источника вибрации, АСВ с оптимальным управлением по динамическим характеристикам объекта виброзащиты и АСВ с управлением по допустимым значениям динамической характеристики объекта виброзащиты. Данная классификация позволяет в зависимости от типа вибрации выбрать оптимально средства защиты.

Список литературы

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

Источник