Состояние вибрационной безопасности достигается применением в технических устройствах и техносфере комплекса защитных мер, направленных на достижение допустимых вибрационных воздействий на человека и различные промышленные и жилые сооружения.

Нормирование вибраций

Нормативные требования по защите от вибраций установлены следующими документами.

ГОСТ 12.1.012—04 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования» и СН 2.2.4/2.1.8.566—96 «Производственная вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

Эти документы устанавливают классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, а также режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию общей и локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.

Подробнее см. п. 11.1 учебника

 Способы защиты от вибраций в механических системах

Для определения путей снижения вибраций в механической системе можно использовать связь между амплитудой возмущающей силы Fm и амплитудой виброскорости колебания системы V в виде

где μ — коэффициент сопротивления (потерь); m— масса системы; ω = 2pf— круговая частота вибраций; f— частота вибраций; с — коэффициент жесткости системы.

Анализ этого соотношения позволяет определить следующие способы снижения виброскорости (виброзащиты).

Способы снижения виброскорости

Снижение виброактивности источника вибрации

Поскольку причиной вибрации являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, то общим подходом к снижению виброактивности является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения частоты вращения и уменьшения вращающихся масс, а также перераспределение этой энергии во времени.

Способы снижения виброактивности

Отстройка от резонансных частот

Собственная частота f0 механической системы определяется по формуле

f0

поэтому для ее изменения следует изменять массу системы (обычно за счет увеличения массы) или ее жесткость за счет введения ребер жесткости и т.п.

Вибропоглощение (вибродемпфирование)

Это метод виброзащиты, при котором снижение вибрации происходит за счет рассеяния энергии механических колебаний в результате необратимого преобразования ее в тепловую при деформациях, возникающих в материале, из которого изготовлена конструкция, и в местах соединения ее элементов.

Для количественной оценки вибропоглощения обычно используют коэффициент потерь.

Для конструкционных материалов (сталь, дюраль) коэффициент потерь имеет порядок 10–4. Для реальных конструкций, выполненных из этих материалов, коэффициент потерь резко возрастает и составляет 10–2—10–3, что объясняется дополнительными потерями в узлах соединений отдельных элементов.

Методы демпфирования конструкций

Вибродемпфирующие покрытия (ВДП) подразделяются на жесткие, армированные, мягкие и комбинированные.

Виды вибродемпфирующих покрытий

а — жесткое; б — армированное; в — мягкое

Жесткие ВДП представляют собой слой жесткой пластмассы (2), нанесенной на конструкцию (1). Армированные покрытия представляют слой вязкоупругого материала, на который нанесен тонкий армирующий слой (3) жесткого материала (металла). Мягкие ВДП представляют собой слой вязкоупругого материала (4). 

Параметры некоторых ВДП и материалов приведены в табл. 11.3 п. 11.2 учебника

Виброизоляция

Это метод виброзащиты, заключающийся в ослаблении связи между источником вибрации и объектом защиты путем размещения между ними виброизолирующего устройства (виброизолятора). 

Виброизолятор

Фото: http://www.morflot.info/news/26

Динамическая модель простейшей виброзащитной системы с одной степенью свободы представлена на рисунке. Она состоит из массы m (кг) и виброизолятора, представленного в виде параллельно соединенных пружины и демпфера (вязкого сопротивления), характеризуемых соответственно коэффициентом жесткости (жесткостью) с и коэффициентом сопротивления k. Сила, с которой виброизолятор, размещенный между основанием и массой, действует на них, будет определяться его деформацией.

 Динамическая модель виброзащитной системы

Количественно степень передачи вибрации на основание можно охарактеризовать коэффициентом передачи 

Если пренебречь демпфированием в системе виброизоляции, то выражение для коэффициента передачи Кп приводится к виду

Графики зависимости Кп от относительной частоты  где ω0 = f0 для различных малых значений относительного демпфирования ε, приведены на рисунке.

Зависимость коэффициента передачи от частоты

Из представленных графиков следует, что при изменении в интервале от 0 до 1 коэффициент передачи Кп ≥ 1 при любом демпфировании в системе. На резонансе при  коэффициент передачи Кп > 1.

Поскольку условие эффективности виброзащиты определяется неравенством Кп < 1, то оно выполняется при   Таким образом, для удовлетворения целей виброзащиты необходимо, чтобы собственная частота системы была бы по крайнем мере в  раз ниже частоты возбуждения, т.е. ω >

Конструктивно виброизоляция выполняется либо в виде отдельных опор, либо в виде слоя упругого материала, укладываемого между машиной и основанием.

Подробнее см. п. 11.2 учебника

Наиболее распространенным материалом, используемым для виброизоляторов, является резина. 

Типовые конструкции резино-металлических виброизоляторов (a – в)

1 — верхняя пластина; 2 — резиновый массив; 3 — нижняя пластина

В практике виброзащиты нашли применение и цельнометаллические виброизоляторы, в которых используется стальная пружина в сочетании с опорно-демфирующим элементом из металлорезины. 

Цельнометаллические (пружинно-сетчатые) виброизоляторы

1 — стальная пружина; 23 — опорно-демпфирующие подушки из металлорезины (МР)

Факторы широкого применения пружинных стальных виброизоляторов

Динамическое виброгашение

Этот метод виброзащиты заключается в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения характера его колебаний. 

Схема виброзащитной системы с динамическим гасителем колебаний

Инерционный динамический гаситель пружинного типа представляет собой твердое тело mг, упруго присоединяемое к объекту массой m в точке, колебание которой требуется погасить. Объект виброзащиты связан с основанием пружиной с жесткостью c. Динамический гаситель содержит массу mг, пружину с жесткостью сг и демпфер с коэффициентом сопротивления kг. Колебания в рассматриваемой системе возбуждаются вибрациями основания, изменяющимися по гармоническому закону x(t) = X0ejωt

Динамический гаситель колебаний применяют в тех случаях, когда собственная частота колебаний объекта близка к частоте возмущающей силы (условие резонанса) и по каким-то причинам нет возможности их развести.

Защита человека-оператора от вибраций

Для защиты от вибраций человека-оператора могут применяться разнообразные средства. Классификация этих средств приведена ниже.

Средства виброзащиты операторов

Средства коллективной защиты располагаются между источником вибрации и оператором, а средства индивидуальной защиты используются непосредственно оператором.

Виброзащитные подставки  — наиболее приемлемые средства защиты от общей вибрации при работе стоя. Основной частью подставки является опорная плита (1), на которой выполняет работу оператор. Средства виброизоляции (2) могут размещаться сверху плиты, снизу плиты или с обеих сторон одновременно. 

Схемы виброзащитных подставок для виброизоляторов

а — опорного; б — встроенного; в — накладного; г — комбинированного

Устройство виброизоляции рабочего места оператора показано на рисунке. 

Устройство виброизоляции рабочего места

Виброзащитные сидения применяют, если оператор выполняет работу сидя. Рабочие места, расположенные на транспортных машинах, оснащают сидениями со встроенными средствами виброизоляции. 

Виброзащитные сиденья с виброизоляторами

Виброзащитные кабины используют обычно в тех случаях, когда на оператора воздействует не только вибрация, но и другие негативные факторы: шум, излучения, химические вещества и т.д. Виброзащитная кабина устанавливается на виброизолирующих опорах.

Шумовиброзащитная кабина для оператора компрессорной станции

— пневматические виброизоляторы; 2 — основание кабины;
3 — корпус кабины; 4 — стол оператора; 5 — кондиционер;
6 — вешалка для одежды

Виброзащитные рукоятки предназначаются для защиты от локальной вибрации рук оператора. 

Классификация виброзащитных рукояток по месту расположения виброизоляторов

В качестве средств индивидуальной защиты от вибрации используются следующие способы: для рук — виброизолирующие рукавицы , перчатки, вкладыши и прокладки; для ног  — виброизолирующая обувь (сапоги, полусапоги, полуботинки).

Виброзащитная обувь

а — на упругой подошве; б — со съемными упругими каблуками и подметкой; в — с упругой стелькой

Защита от транспортных вибраций

Практика защиты от транспортных вибраций должна учитывать, что вибрации, генерируемые проходящим транспортом, особенно железнодорожным, распространяются по грунту, вовлекая в колебательный процесс расположенные по близости здания и сооружения.

Рассмотрим методы снижения вибрации.

Ограничение вибрации в источнике. Существует несколько направлений такого ограничения.

Возможности ограничения вибрации в источнике

Применение упругих элементов в конструкции железнодорожного полотна. С целью защиты от вибрации используются следующие способы: упругое крепление рельсов с целью виброизоляции рельса от шпал и грунтового основания пути; упругое основание под шпалами; «плавающее» основание пути, представляющее собой бетонную конструкцию толщиной 0,2—0,3 м, которая опирается на упругие прокладки. На рисунке приведен пример применения упругих элементов в конструкции полотна метрополитена. 

Виброизоляция железнодорожного полотна

1 — рельс; 2 — шпала; 3 — резиновая оболочка;
4 — бетонная плита; 5 — плита из стекловолокна; 6 — бетонное основание

Совершенствование конструкции тоннелей. Массивные тоннельные конструкции с толстыми или двойными стенками вызывают меньшую вибрацию в соседних зданиях.

Экранирование. Состоит в применении монолитных препятствий в виде бетонной стены в грунте или траншее, достигающих глубины 4—5 м, с целью нарушения процесса распространения волн в грунте.

Экранирование в виде монолитного препятствия

Фото: http://metall-beton.ru/

Виброизоляция зданий. Заключается в установке виброизолирующих прокладок под фундаменты на сваях, у основания несущих колонн и сводов. При этом надо иметь в виду, что должны быть предприняты меры по перекрытию всех путей распространения вибрации. 

Размышляем самостоятельно!

Испытывали вы когда-нибудь влияние на свой организм вибрации и при каких условиях? Какие были ощущения и какие меры следовало бы предпринять, чтобы избежать вредного воздействия?

Подробнее см. п. 11.2 учебника.

Последнее изменение: пятница, 2 Сентябрь 2016, 15:24