Приборы вибрационной системы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Основные понятия

На современном этапе развития техники и технологии все большую социальную и гигиеническую значимость приобретает борьба с вибрацией, неблагоприятно воздействующей на организм человека. Это вызвано тем, что улучшение технико-экономических показателей машин и технологического оборудования осуществляется за счет увеличения мощностей и рабочих скоростей при одновременном снижении их материалоемкости, что сопровождается усилением вибрации.

Вибрация - это малые механические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля. Причинами возникновения вибрации являются неуравновешенные силовые воздействия, источниками которых служат:

1. возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, вибротрамбовки);

2. неуравновешенные вращающиеся массы (ручные электрические шлифовальные машины).

Неуравновешенные силы появляются в результате дисбаланса, причиной которого может быть неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения

При вибрации происходит поочередное возрастание и убывание амплитуды и частоты колебаний. Основными параметрами вибрации являются: частота колебаний - f (Гц), виброскорость - v (м/с), амплитуда смещения, виброускорение - а (м/с2), период колебания (время, в течение которого совершается одно полное колебание) - Т (с).

В соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.566 - 96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» вибрация, воздействующая на человека, классифицируется следующим образом.

По способу передачи:

- общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека.

- локальную, предающуюся через руки человека, на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочего стола.

По направлению действия вибрацию подразделяют на вертикальную, распространяющуюся по оси Z, перпендикулярной к опорной поверхности; горизонтальную, распространяющуюся по оси X, от спины к груди, горизонтальную, распространяющуюся по оси Y, от правого плеча к левому плечу. Направление координатных осей показаны на рисунке 1 а, б.

Рисунок 1. Направление координатных осей при действии общей и локальной вибрации

По временной характеристике различают:

1. постоянную вибрацию, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ);

2. непостоянную вибрацию, изменяющуюся по контролируемым параметрам более чем на 6дБ.

Общую вибрацию по источнику ее возникновения подразделяют на следующие категории:

1. в жилых помещениях и общественных зданиях - городской рельсовый транспорт и автотранспорт, промышленные предприятия, лифты, вентиляционные системы, холодильники;

2. на производстве:

1 категория - транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, при движении по дорогам, при строительстве дорог. К источникам транспортной вибрации относятся сельскохозяйственные и промышленные тракторы, грузовые автомобили, снегоочистители.

2 категория - транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов машин с ограниченным перемещением только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относятся экскаваторы, промышленные и строительные краны, напольный производственный транспорт.

3 категория - технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относятся металло- и деревообрабатывающие станки, электрические машины, насосные агрегаты, вентиляторы, оборудование для бурения скважин и т.д.

Нормирование вибрации.

В настоящее время классификацию, гигиенические нормы вибрации, требования к вибрационным характеристикам производственного оборудования и транспортных средств определяют ГОСТ 12.1.012-2004 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования» и СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

Основными характеристиками оценки вредности производственной вибрации являются амплитуда колебаний, частота, скорость и ускорение.

Частота колебаний - это количество полных колебаний за единицу времени, величина обратно пропорциональная периоду колебаний.

Период колебаний - это отрезок времени, в течение которого происходит полный колебательный цикл. Амплитуда колебаний (мм) - это наибольшее смещение колеблющейся точки от нейтрального положения.

Скорость вибрации - это первая производная смещения во времени, (м/с),

,

где f -частота вибрации, Гц, А - амплитуда вибрации, м.

Ускорение вибрации (м/с2) - это вторая производная смещения во времени, измеряется по формуле:

,

Гигиенической характеристикой вибрации является логарифмический уровень вибрационной скорости и вибрационного ускорения, дБ:

,

где V0 и a0 - действующие эффективные значения скорости и ускорения:

V0 = 5 10-5 мм/с, а0 =0,3 мм/с2.

Вибрация нормируется для каждого установленного направления в каждой октавной полосе частот. Для общей и локальной вибрации нормируемыми параметрами являются среднеквадратичные значения вибрационной скорости в октавных полосах частот. Гигиенические нормы вибрации установлены исходя из того, что рабочие подвержены воздействию вибрации в течение смены продолжительностью 8 часов.

2. Приборы для измерения вибраций

Для регистрации параметров вибрации применяются приборы, основанные на механических и электрических методах измерений.

Механические приборы производят измерения амплитуды вибросмещения путем регистрации перемещений виброщупа, которым касаются вибрирующей поверхности. Из-за инерционности и наличия зазоров такими приборами нельзя получить достаточно точные данные.

Виброизмерительная аппаратура, основанные на электрических методах, обеспечивает высокоточные измерения смещения, скорости и ускорения колебаний.

Измерения параметров вибрации должны проводиться в соответствии со стандартами. Требования к измерительным приборам, датчикам, методам обработки результатов измерения определены ГОСТ 16519-78 «Машины ручные. Методы измерения вибрационных параметров».

Для измерения параметров вибрации применяют виброметр ВИП-2 или измеритель ВШВ-003.

Виброметр ВИП-2 предназначен для измерения амплитуды виброперемещений от 2 до 100 мм/с в диапазоне от 12,5 до 200гц. На лицевой панели расположены: шкала измерений «РОД РАБОТЫ»,

«ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ».

«Контр, питания» - контролируется наличие и величина питающегося напряжения; mm/S -положение, при котором измеряется действующее значение виброскорости, мм/с; m -положение, при котором измеряется размах виброперемещения, мкм.

Верхние цифры (1,3, 10,100) - значения виброскорости в мм/с, а нижние цифры (10,30,100,300,1000) - значения виброперемещения в мкм. При установке переключателя «РОД РАБОТЫ» в положение «КОНТРОЛЬНОЕ ПИТАНИЕ» стрелка должна установиться между отметками 7 и 10 шкалы прибора, что свидетельствует о нормальной величине питания. При измерении виброскорости и виброперемещения переключателем «ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ» выбирают необходимый предел измерения, начиная с максимальной величины.

Виброметр ВИП -2 состоит из вибропреобразователя, измерительного прибора и соединительного кабеля. Вибропреобразователь Д21А имеет цилиндрическую форму и состоит из сейсмоприемника СВ-10 Ц13002-74, расположенного в стальном корпусе и поджатого стальным основанием. На основании имеется шпилька для навинчивания наконечника (штыря). Принцип работы вибропреобразователя состоит в следующем: при контактировании штырем с вибрирующим объектом происходит смещение подвесной системы (инертной массы) относительно магнитопровода, при этом на концах обмотки катушки подвесной системы возникает ЭДС, величина которой пропорциональна скорости смещения. Измерительный прибор выполнен в виде отдельного блока.

На лицевой панели расположен показывающий прибор и переключатели «род работы» и «пределы измерения». На корпусе установлен входной разъем для подключения вибропреобразователя и разъем «выход» для подключения осциллографа.

Переключатель «род работы» имеет следующие положения: ОТКЛ - питание прибора отключено;

Верхние цифры (1, 3, 10, 30, 100), относящиеся к переключателю «пределы измерения», обозначают предельные числовые отметки шкалы показывающего прибора мм/с при измерении виброскорости.

Нижние цифры (10, 30, 100, 300, 1000) обозначают предельные числовые отметки шкалы показывающего прибора в мкм при измерении размаха виброперемещения.

Измеритель ВШВ-003 предназначен для измерения и частотного анализа параметров шума и вибрации. Он построен по принципу преобразования звуковых и механических колебаний исследуемых объектов в пропорциональные им электрические сигналы, которые затем усиливаются и измеряются с помощью измерительного прибора.

В качестве преобразователей механических колебаний в электрические сигналы используются преобразователи виброизмерительные пьезоэлектрические ДН-3 и ДН-4 - вибропреобразователи.

При измерении виброскорости прибором ВИП - 2.переключатель «Род работы» устанавливается в положение mm/S, вибропреобразователь закрепляется к вибрирующей поверхности посредством резьбы М8 на его корпусе. Переключателем «пределы измерения» выбирается необходимый предел измерения.

При измерении размаха виброперемещения переключатель «род работы» переводится в положение m и проводится измерение аналогично предыдущему.

При проведении измерений необходимо ориентироваться по кривым предельных значений, измеряемых параметров вибрации, в зависимости от допустимой величины ускорения на вибропреобразователь (40м/с2) 4 размаха виброперемещения (1000 мкм).

По окончании измерений переключатель “род работы” перевести в положение “откл”.

Примечание: При перемещении вибропреобразователя переключатель “род работы” должен находиться в положении “ТК” или mm/S.

3. Методы снижения вибрации

Длительное воздействие вибрации может привести к ухудшению самочувствия и поражению отдельных систем организма: сердечно-сосудистой, нервной, кровеносной, вестибулярного аппарата и других, изменению мышечных и костных тканей. Поэтому особое значение приобретают метода и средства уменьшения вибрации.

Для защиты от вибрации необходимо применять следующие методы:

* снижение виброактивности машин (уменьшение силы Fm);

* отстройка от резонансных частот;

* вибродемпфирование;

* виброгашение (увеличение m) - для высоких и средних
частот;

* повышение жесткости системы (увеличение с) - для низких и средних частот;

* виброизоляция;

* применение индивидуальных средств зашиты.

Снижение виброактивности машин 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 (например, установка ребер жесткости) или изменения массы системы (например, закрепление на машине дополнительных масс).

Собственная частота f0 вибрирующей системы определяется по формуле:

Вибродемпфирование (увеличение коэффициента сопротивления) - 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 ВД17-59, «Антивибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, использование прилегающих друг к другу пластан, как у рессор), установкой специальных демпферов. Примером таких демпферов могут являться амортизаторы автомобилей, которые подавляют раскачку машины.

Виброгашение (увеличение массы системы -m) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот метод нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов).

Динамическое виброгашение достигается установкой в систему динамических виброгасителей (маятниковых, пружинных или плавающих), установкой виброизоляторов (дополнительных устройств между агрегатом и защищаемым объектом). Для гашения вибрации на автомобилях, в последнее время используют специальный генератор колебаний, который создает частоту колебаний, одинаковую по величине с гасимой, но находящуюся с ней в противофазе.

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. Средствами виброзащиты различных объектов могут быть: гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов; разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструкций зданий; устройства «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; использование ручного механизированного инструмента с виброзащитными рукоятками, перфораторов с качающейся виброгасящей рукояткой; виброизолирующие опоры в виде упругих прокладок в сочетании с пружинами и др. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи.

Рисунок 2. Виброизолирующие опоры: а - пружинные; б - резиновые

виброактивность резиновый электрический

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

Размещено на Allbest.ru