Лекция: Защита от вибрации и шума

ЗАЩИТА ОТ ВИБРАЦИИ И ШУМА

1. Способы защиты от вибрации

Нормирование вибрации очень важно для улучшения условий 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. 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. вибрация здание производственный шум звук защита

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 среднеквадратичное корректированное значение виброускорения и/или виброскорости, что и данная непостоянная вибрация в течение определенного интервала времени.

Предельно допустимые значения локальной производственной вибрации при длительности воздействия 480 мин (8 ч) приведены в табл. 1.

Таблица 1. Предельно допустимые значения производственной вибрации

Общая вибрация в этих стандартах подразделяется на три категории:

· категория 1 -- транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств при их движении по местности (автомобили, тракторы и комбайны, строительные машины, снегоочистители, горно-шахтный транспорт и др.);

· 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, горные комбайны, 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.

Предельно допустимые значения для транспортно-технологической вибрации приведены в табл. 2.15.

Таблица 2. Предельно допустимые значения вибрации рабочих мест

При меньшей длительности воздействия зависимость допустимых значений V_t, от времени фактического действия вибрации t имеет вид

где V₄₈₀ -- допустимое значение нормируемого параметра для длительности воздействия вибрации 480 мин; максимальное значение Vt.

для локальной вибрации не должно превышать значений, определяемых для t - 30 мин, а для общей вибрации при t= 10 мин.

Методы и средства виброзащиты подразделяются на коллективные и индивидуальные. Наиболее эффективными являются средства коллективной защиты.

Виброзащита осуществляется следующими основными методами:

· снижением виброактивности источника вибрации;

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

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

· 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.

К средствам индивидуальной защиты относятся виброзащитные подставки, сиденья, рукоятки, рукавицы, обувь.

Снижение виброактивности конкретного источника вибрации зависит от особенностей его работы. Общим подходом к решению этой задачи является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения частоты вращения или размеров вращающихся масс и соответственно линейных скоростей или перераспределение этой энергии во времени, сделав, например, более плавным процесс сгорания топлива в энергетической установке.

К эффективным средствам снижения виброактивности источника относится также замена металлических деталей на пластмассовые (из капрона, текстолита и т. п.), обладающие большим внутренним трением.

Для снижения вибрации машин, совершающих возвратно-поступательное движение, большое значение имеет сокращение допусков для уменьшения зазоров в соединениях.

Важную роль в снижении виброактивности имеет балансировка вращающихся частей машин, которую осуществляют на специальных станках. Балансировка может быть статическая, когда неуравновешенные массы ротора приводятся к одной эквивалентной массе, смещенной относительно оси вращения, и динамическая, когда балансировку проводят двумя массами, располагаемыми в двух плоскостях.

Вибрации подшипников и зубчатых передач зависят от точности изготовления деталей, окружной скорости колес, нагрузки, условий смазки. Основной способ снижения вибрации зубчатых колес -- обеспечение высокой точности изготовления с использованием процесса шлифования зубьев. Вибрацию также можно снизить путем демпфирования колебаний в масляном слое и изготовлением колес из материалов с высокими демпфирующими свойствами.

При вибродемпфировании снижение вибрации происходит за счет рассеяния энергии механических колебаний в результате необратимого преобразования ее в тепловую при возникающих в материале конструкции деформациях. 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 от пластины создает эффект рычага, увеличивает деформации растяжения-сжатия при колебаниях пластины, а следовательно,и потери колебательной энергии в покрытии. Покрытия 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.

Применение этого типа покрытий ограничивают трудности, связанные с необходимостью обеспечения герметизации.

Виброизоляция -- это уменьшение передачи колебаний от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. В качестве таких устройств могут быть: виброизоляторы (пружинные, резиновые, комбинированные идр.); гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов и в местах их прохождения через строительные конструкции; «плавающие» полы (настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками) и др. Более эффективными являются системы виброизоляции, в которых применяются различные виды силовых приводов: гидравлические, пневматические или электромагнитные системы.