Основные параметры вибрации

Вибрация характеризуется частотой f (Гц), смещением (амплитудой)

А (мkм), виброскоростью V (мм/с) и виброускорением а (мм/с²).

В случае, когда колебания по характеру близки к синусоидальным, названные параметры связаны следующей зависимостью:

                   V =2πf·A = A·ω,                                          (1)

где ω = 2πf – круговая частота, рад/с.

Зачастую производственная вибрация – сложенные колебания, состоящие из ряда простых колебаний различной амплитуды и частоты. Поэтому ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ «Вибрационная безопасность. Общие требования» оценивает вибрацию по интегральной характеристике – корректировочному значению контролируемого параметра вибрации V, измеряемому с помощью специальных фильтров.

Принципы нормирования производственной вибрации

Согласно ГОСТ 12.1.012-90 вибрация нормируется в зависимости от следующих факторов:

- способа передачи ее на человека;

- направления действия;

- источника возникновения.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на:

-общую, передающуюся через опорныеповерхности сидящего или стоящего человека;

- локальную  (местную), передающуюся через части тела человека (руки, ноги).

По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат рис.1:

- действующую вдоль осей ортогональной системы координат X, Y, Z     (для общей вибрации) рис.1а, где Z₀ – вертикальная ось, a X₀,Y₀ – горизонтальные оси;

- действующую вдоль осей ортогональной системы координат Х_л, Y_л,Z_л(для локальнойвибрации), где ось Х_л совпадает с осью мест охвата источника вибрации, а ось Z_л лежит в плоскости, образованной осью Х_л и направлением приложения силы или осью предплечья.

По источнику возникновения вибраций различают:

- локальную вибрацию, передающуюся человеку от ручного механизированного инструмента (с двигателями);

- локальную вибрацию, передающуюся человеку от ручного механизированного инструмента (без двигателей);

Общая вибрация

                       Положение стоя                           Положение сидя

а)

Локальная вибрация

                 При охвате цилиндрических, торцовых и близких к ним поверхностей

При охвате сферических поверхностей

    б)

Рис. 1. Направление координатных осей при действии вибрации

- общую вибрацию 1-й категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств, при их движении по местности;       

- общую вибрацию 2-й категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок;

- общую вибрацию 3-й категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Общую вибрацию 3-й категории по месту действия подразделяют на следующие типы:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б) на рабочих местах, на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда;

- общую вибрацию в жилых помещениях и общественных зданиях от внешних источников: городского рельсового транспорта и автотранспорта, промышленных предприятий и т.д.;

- общую вибрацию в жилых помещениях и общественных зданиях от внутренних источников: инженерно-технического оборудования зданий и

бытовых приборов, а также встроенных предприятий торговли, предприятий коммунально-бытового обслуживания, котельных и т.д.

Гигиеническаяоценка вибрации на производстве производится одним из следующих методов:

- частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

- интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

- дозой вибрации.

По частотному составу вибрации подразделяют на:

- низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 1 – 4 Гц для общих вибраций и 8 – 16 Гц для локальных вибраций);

- среднечастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 8 – 16 Гц для общих вибраций и 31,5 – 63 Гц для локальных вибраций);

- высокочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 31,5 – 63 Гц для общих вибраций и 125 –

1000 Гц для локальных вибраций).

Интегральная оценка ведется по логарифмическому уровню виброскоростиL_v в дБ, определяемому по формуле:

                                                       L_v = 201g ;                                                   (2)                              

где v – измеренное значение виброскорости, мм/с;

  v₀ = 5·10^–5 – опорное значение виброскорости, мм/с.

По временным характеристикам вибрации подразделяют на:

- постоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не более чем в два раза (на 6 дБ) за время наблюдения;

- непостоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не менее чем в два раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 минут при измерении с постоянной времени 1 с, в том числе:

а) вибрации, для которых величина нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени;

б) прерывистые вибрации, когда воздействие вибрации на человека прерывается во времени, но длительность воздействия вибрации составляет более 1 с;

в) импульсные вибрации, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий, каждый длительностью менее 1 с.

На практике чаще приходится иметь дело со сложными вибрациями: несколькими простыми колебаниями различной амплитуды и частоты. Поэтому нормирование вибрации производят не по отдельным частотам, а по группам частот, называемых октавами.

Октавы – это любой диапазон частот, верхняя граница которого f_B
в 2 раза превышает нижнюю границу f_H. Каждая октава характеризуется своей средней геометрической частотой:

                 f_cp = .                                     (3)

Нормирование вибрации производят в диапазоне от 1,4 до 2000 Гц. Этот диапазон разбит на 11 октав со средними геометрическими частотами: 2; 4; 8; 16; 32; 64; 125; 250; 500; 1000; 2000 Гц. «Санитарными нормами проектирование промышленных предприятий» (СН 245-71) для каждой октавной полосы установлены свои предельно допустимые значения виброскорости в абсолютных величинах (Приложение) и ее уровни вдБ.

Гашение колебаний предусматривает увеличение инерционного и упругого сопротивления колебательных систем, либо введение в механизмы специальных устройств – динамических гасителей.

В теории и практике виброзащиты различают две основные задачи: защита основания от вибрирующего механизма и защиты механизма от вибрирующего основания. Под основанием здесь понимают фундамент или корпус механизма. В обоих случаях задача решается методом виброизоляции. Между основанием и механизмом устанавливают виброизолирующее устройство – амортизаторы, которые устраняют жесткую связь механизма с основанием.

Борьба с вредным действием колебаний и вибраций ведется в трех направлениях:

1. Источник колебательного возбуждения.

2. Объект – машины, сооружения или транспортные средства.

3. Человек.

Когда человек непосредственно активно участвует в том или ином

процессе, должна учитываться механическая связь человека с вибрирующим объектом, так как человек включается в общую систему «человек-машина».

При пассивной или активной роли человека необходимо установить допустимый для человека уровень вибрации.

Виброзащита объекта осуществляется различными методами:

а) изменением конструкции, способствующим меньшему влиянию внешнего периодического воздействия, в частности, смещением основных собственных частот конструкции, при которых возможно возникновение резонанса из-за совпадения с частотой вынуждающей силы или из-за близости к ней, увеличением жесткости системы и т.п.;

б) динамическим гашением вибрации – присоединением к объекту виброзащиты упруго подвешенного тела – динамического гасителя, на которое «перекладывается» вибрация основного объекта, успокаиваемая таким путем;

в) динамическим поглощением – демпфированием, достигаемым как за счет внутреннего поглощения энергии в материале и конструкции, так и при помощи присоединении искусственных демпферов;

г) виброизоляцией, ослабляющей взаимосвязь источника возбуждения и объекта.

Метод виброизоляции реализуется различными способами, в том числе введением упругих элементов (стальные пружины, рессоры, резиновые прокладки и др.) между источником вибрации и защищаемым объектом, фундаментом.

На рис. 2 представлена схема виброизоляции машины 1, массой m, установленной на амортизаторы (пружины) 2 с жесткостью К, пружины деформируются под действием динамической силы Р (основание 3 принимаем абсолютно жестким), которая равна:

               P = P₀ · sinωt,                                          (4)

где P₀ = m·g; ω =2πf; f = n/60 – частота возмущающей силы; t – время;

  n – частота вращения.

ω        1