Сделай Сам Свою Работу на 5

Расчет средств защиты от вибрации

Практическое занятие 8.

 

8.1 Основные понятия и определения

 

Вибрация, возникающая при работе машин, механизмови их элементов, носит характер сложного (иногда импульсного) колебания. Сложный периодический колебательный процесс можно представить в виде суммы гармонических функций:

 

, (8.1)

где -амплитуда i -й гармоники;

-фаза i -й гармоники;

t – время, с;

- период колебаний.

 

Вибросмещение на основной (несущей) частоте:

 

, (8.2)

где- угловая частота колебаний, c-1;

-основная частота колебаний, Гц.

 

Виброскорость и виброускорение - соответствуют первой и второй производным по времени вибросмещения. Амплитудные значения виброскорости к виброускорения соответственно равны:

 

; (8.3)

 

Для оценки воздействия вибраций на организм человека проводят спектральный анализ, рассматривая зависимости средних квадратических значений амплитуд виброскоростей и виброускорений от частоты. Для удобства построения спектрограмм вибрации весь интересующий интервал делят на октавные или третьоктавные полосы частот. Октавная полоса частот (октава), это полоса частот, верхняя fв и нижняяfн частоты которой связаны соотношением fв = 2·fн.

Tpeтьoктaвнaя полоса частот (третьоктава) - такая полоса частот верхняя и нижняя частоты которой связаны соотношением . Средняя частота, полосы определяется как среднегеометрическая из значений граничных частота. Ввиду широких пределов изменения параметров вибраций используют логарифмические уровни (в дБ) виброскорости Lv и виброуокорения La:

 

; , (8.4)

где V - значение виброскорости, м/c;

L - значение виброускорения м/с2;

V0 =5×10-8 м/с и =10-6 м/с2 - опорные значения виброскорости и виброускорения.

 

Гигиеническую оценку вибрации воздействующей на человека в производственных условиях, необходимо производить, согласно ГОСТ 12.1.012-90 [21].

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на:

а) общую, передающуюся через опорные поверхности сидящего или стоящего человека;

б) локальную, передающуюся через руки человека.



Для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратичные значения виброскорости V или виброускорения a иих логарифмические уровни - для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или трегьоктавных полосах частот.

Общую вибрацию в зависимости от условий труда подразделяют на три категории [21]. В таблице 8.1 приведены допустимые параметры общей вибрации категории 3а (технологической) на постоянных рабочих в производственных помещениях.

 

Таблица 8.1 - Допустимые значения параметров общей вибрации категории 3а [21]

Среднегеометрическая. частоты, Гц Виброускорения Виброскорости
м/с2 дБ м/с . 10-2 дБ
Третьоктава Октава Третьоктава Октава Третьоктава Октава Третьоктава Октава
1,60 0,090   0,14   0,90   1,30  
2,00 0,080 0,64
2,50 0,071 0,46
3,15 0,063   0,10   0,32   0,45  
4,00 0,056 0,23
5,00 0,056 0,18
6,30 0,056   0,11   0,14   0,22  
8,00 0,056 0,12
10,00 0,071 0,12
12,50 0,090   0,20   0,12   0,20  
16,00 0,112 0,12
20,00 0,140 0,12
25,00 0,180   0,40   0,12   0,20  
31,50 0,220 0,12
40,00 0,285 0,12
50,00 0,355   0,80   0,12   0,20  
63,00 0,455 0,12
80,00 0,560 0,12

 

Для общей вибрации категории Зв на рабочих местах в помещениях для работников умственного труда допустимые значения должны быть умножены на коэффициент 0,14, а уровни - уменьшены на 17 дБ. Вибрация, удовлетворяющая гигиеническим нормам, ни в одной из третьоктавных (или октавных) полос не должна превышать приведенные значения.

Вредное воздействие вибрации на человека зависит от времени действия. Нормы вибрации установлены для производственных помещений при длительности воздействия на человека 480 мин. При времени фактического воздействия 10мин < t < 480 мин значения нормируемых параметров вибрации ut, приведенных выше, или их уровней определяются по формулам:

 

; . (8.5)

где ut, Lt – допустимые значения параметров вибрации и их уровней при длительности ее воздействия t;

u480, L480 – допустимые значения параметров вибрации и их уровней при длительности ее воздействия 480 мин;

t –время воздействия, мин.

 

Для снижения параметров вибрации на работающем и проектируемом оборудовании до нормируемых величин в инженерной охране труда применяют такие методы виброзащиты, как виброизоляция, динамическое гашение колебаний, демпфирование и др. Одним из наиболее эффективных является виброизоляция. Этот метод реализуется путем введения дополнительной упругой связи между источником вибрации и защищаемым объектом [22, 23].

Степень реализации виброзащитыможно охарактеризовать коэффициентом динамичности:

. (8.6)

где к - коэффициент динамичности;

с - жесткость, Н/м;

х0 – амплитуда динамического вибросмещения, м;

- собственная частота колебаний, c-1;

- частота вынуждающей силы, c-1;

 

Зависимостьk от частотного отношения выражается формулой (8.7) и графически представлена на рисунке 8.1:

 

(8.7)

где - частотное отношения, .

 

Рисунок 6.2 - Зависимость коэффициента динамичности от частотного отношения

 

Из графика следует:

1) если , то , т.е. вынуждающая сила действует как статическая, полностью передаваясь основанию;

2) при имеет место резонанс, который может стать причиной аварийной или предаварийной ситуации;

3) при ; и эффективность виброизолятора возрастает с увеличением . Поэтому условием хорошей работы виброизоляторов является . Опытом установлено, что при эффективность виброизоляторов составляет %.

Приближенно эффективность виброизоляторов U (%) определяют через коэффициент динамичности k:

 

; (8.8)

ослабление уровня вибрации (дБ) оценивают по формуле:

 

; (8.9)

 

демпфирующие свойства не идеально упругого виброизолятора характеризуются относительным демпфированием b / .

Серийно выпускаемые виброизоляторы классифицируются по виду материала упругого элемента или способу введения демпфирования. Различают резинометаллические, пружинные и цельнометаллические виброизоляторы с сухим трением, а также недемпфированные. К последним относят виброизоляторы, демпфирующие свойства которых определяются внутренним трением в материале упругого элемента.

Упругим элементом резинометаллических виброизоляторов является фасонный резиновый массив, соединенный с деталями металлической арматуры о помощью вулканизации. Достоинства виброизоляторов этого типа заключается в простотеих конструкции, в широком диапазоне изменения их упругих характеристик, определяющихся как маркой применяемой резины, так и конфигурацией упругого элемента. Свойства резины определяют ограничения на применение этих виброизоляторов при неблагоприятных условиях эксплуатации: повышенная или пониженная температура и влажность, наличие масел, паров бензина, кислот, щелочей. Упругий элемент пружинных виброизоляторов представляет фасонную пружину - коническую или экспоненциальную. По сравнению с резинометаллическими виброизоляторами пружинные обладают большим ресурсом работы, их упругие характеристики гораздо меньше зависят от внешних условий, могут работать в агрессивных средах. Демпфирование в виброизоляторах этого типа создается искусственно. Кроме того они рекомендуются для виброизоляции оборудования, имеющего скорость вращения n<1800 об/мин, резинометаллические при n> 1800 об/мин.

 

8.2 Расчет резинометаллических виброизоляторов

 

Расчет сводится к определению параметров плоского резинового массива комплекта виброизоляторов технологического оборудования [22, 24].

1 Определяются частота колебаний вынуждающей силы по известному значению n:

, (8.10)

где n – скорость вращения оборудования, об/мин;

f1 - частота колебаний вынуждающей силы, Гц.

 

По известному значению и по заданному или вычисленному значению частного отношения определяется частота собственных колебаний:

 

, (8.11)

где f0 - частота собственных колебаний, Гц.

 

2 Статистическая осадка виброизолятора под действием нагрузки массой m, определяется по формуле:

 

(8.12)

где - статистическая осадка виброизолятора под действием нагрузки, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

 

3 Для выбранного (например, из таблицы 6.2) материала упругого элемента виброизолятора рассчитывается его толщина:

 

(8.13)

где h - толщина материала виброизолятора, м;

E - динамический модуль упругости материала, Н/м2;

- допустимая нагрузка на сжатие материала, Н/м2.

 

Таблица 8.2 -Упругие свойства виброизолирующих материалов

Материал Е·105, H/м2 ·105, H/м2 Е /
Резина марки 112А 1,71
Резиновые ребристые плиты 0,98
Резина средней мягкости 200-250 3-4
Резина мягкая 0,80
Войлок мягкий 0,25
Резина губчатая 0,30

 

4 Толщина упругого элемента должна удовлетворять условиям

 

а) , (8.14)

где - длина волны колебаний,м;

- скорость распространения продольных колебаний в материале прокладки, м/с;

б) , (8.15)

где а - меньшая сторона (диаметр) одного виброизолятора,м;

 

т.к. при в прокладке возникают резонансные явления, а при h ³ a/4 виброизолятор начинает давать сдвиг в горизонтальной плоскости.

5 Площадь одного виброизолятора:

 

, (8.16)

где S1 - площадь виброизолирующей прокладки,м2;

N - число прокладок;

P = m·g - вес агрегата, Н.

 

Если параметры упругого элемента виброизоляторов с выбранным материалом оказываются неприемлемыми, то выбирается другой материал, либо изменяется число виброизоляторов.

 

Пример. Агрегат массой m = 1000 кг, имеющий скорость вращения электродвигателя n =2400об/мин, на посту управления создает (на основной частоте в третьоктавном спектре) уровень виброскорости LV=96,5дБ. Рассчитать виброизоляторы для снижения вибрации до нормативных значений.

1 Выбираем резинометаллические виброизоляторы, т.к. n > 1800 об/мин и нет указаний на наличие агрессивных сред. Частота f1=n/60 = 40 Гц. Из таблицы 8.1 следует, что на постоянном рабочем месте для третьоктавной полосы fср = 40 Гц допустимое значение уровня виброскорости составляет 87 дБ, тогда DL = 9,5 дБ. Используя формулу (8.9) находим величину и, воспользовавшись соотношением (8.7), определяем:

 

.

 

Собственная частота колебаний f0 должна составитьГц.

2 По формуле (8.12) определяем xст=6,25×10-4м.

3 Из таблицы 8.2 выбираем для виброизоляторов резиновые ребристые плиты, тогда из (8.13) h = 3,1 . 10-2 м.

4 Для материалов, представленных в таблице 8.2, изменяется в пределах от 40 до 60 м/с. Тогда условие (8.14) удовлетворяется при . В нашей задаче 20/f1 =0,5м, т.е. в виброизоляторе резонансные явления отсутствуют.

5 Число виброизоляторов N берем 4. Тогда площадь каждого из упругих элементов комплекта виброизоляторов по (8.16) составит S1 = 0,025 м2. При квадратной форме упругого элемента его сторона a = 0,16м., т.е. выполняется условие (8.15):

 

.

Условия (8.14) и (8.14) удовлетворены - уточнениене требуется. Таким образом, параметры виброизоляторов: N=4;h=3,1см; S1 = 250 см2; материал - резиновые ребристые плиты.

 

8.3 Расчет пружинных виброизоляторов

 

1 Собственная частота колебаний виброизолированной системы f0 (Гц) определяется как .

2 Необходимая общая жесткость комплекта виброизоляторов в вертикальном направлении с0 определяется в соответствии с известным соотношением по формуле:

 

, (8.17)

с0 - общая жесткость комплекта виброизоляторов в вертикальном направлении, Н/м.

 

3 Тогда жесткость одного из N виброизоляторов:

 

(8.18)

 

4 Амплитуда вертикальных колебаний объектадля гармонической возмущающей силы рассчитывается по формуле:

 

, (8.19)

где - амплитуда вертикальных колебаний объекта, м;

.

 

5 Определяется максимальная рабочая нагрузка на одну пружину:

 

, (8.20)

где - максимальная рабочая нагрузка на одну пружину, Н;

- статическая нагрузка на одну пружину, Н;

. динамическая нагрузка на одну пружину в рабочем режиме изолируемого объекта, ;

- коэффициент, учитывающий усталость материала пружины.

 

6 Диаметр проволоки пружиныможет изменяться в широких пределах (3-40 мм) и определяется по формуле:

 

(8.21)

где d - диаметр проволоки пружины, м;

Р1 - максимальная рабочая нагрузка на пружину, Н;

- индекс пружины, значение рекомендуется принимать от 4 до 10, в зависимости от максимальной рабочей нагрузки на пружину Р1:

 

при P1 £440 H n = 10;

при 440 < P1 £ 1290 Н n = 9; (8.22)

при P1 > 1290 Н n= 8.

 

D - средний диаметр пружины, м;

К - коэффициент сжимаемости пружины, определяется по графику рисунок 8.3 в зависимости от индекса пружины n;

tД - допустимое напряжение сдвига при кручении материала пружины, значения tд (Н/м2) для марок сталей, рекомендуемых для изготовления пружин, приведены в таблице 8.3.

 

Рисунок 8.3 - Определение коэффициента К

 

Таблица 8.3 - Параметры пружинных сталей

Марка G, H/м2 . 1010 Режим работы*) tд, H/м2·108 Назначение
P1 , H при d , мм
7,83 легкий средний тяжелый 4,11 3,73 2,74 менее не более
55С2 60С2 63С2А 7,45 легкий средний тяжелый 5,49 4,41 3,43 более более
50ХФА 7,70 легкий средний тяжелый 5,49 4,90 3,92 более более 12,5
Примечание: *)Режим работы пружинных виброизоляторов: - легкий: 1) пассивная виброизоляция объектов (при кинематическом возбуждении) чувствительных к вибрациям; 2) активная виброизоляция (при силовом возбуждении) машин: а) I категория динамичности (КД) (см. таблицу 8.4), n>400 об/мин; б) II КД, n>2000 об/мин; - средний: активная виброизоляция машин: а) II КД, 400 < n < 2000 об/мин; б) III КД, n > 2000 об/мин; - тяжелый: активная виброизоляция машин: а) III КД, 400 < n < 2000 об/мин; б) IV КД.

 

Таблица 8.4 – Зависимость категории динамичности от рабочей нагрузки

Категория динамичности (КД) I II III IV
Рабочая нагрузка P1, Н до 98 98-980 980-9800 более 9800

 

7 Полное число витков пружины:

 

(8.23)

где - число рабочих витков;

- число мертвых витков, принимаемое:

= 1,5 при <7; = 2,5 при ³7. (8.24)

 

 

Число рабочих витков определяется по формуле:

 

(8.25)

где - модуль сдвига материала пружины, Н/м2 (см. таблицу 8.3);

 

Приведем пример расчета виброизоляции.

Пример. Рассчитать виброизоляцию с эффективностью 87,5 % для электровентилятора массой m=100 кг системы кондиционирования воздуха. Скорость вращения электродвигателя n=1080 об/мин.

1 При скоростях вращениях n <I800 об/мин оборудование устанавливают на пружинные виброизоляторы. Частота колебаний возмущающей силы f1 = n /60=18Гц. Из формулы (8.8) следует, что , тогда используя (8.7): .

Собственная частота системы f0 = f1 /3 = 6Гц.

2 Необходимая общая жесткость системы виброизоляторов из (8.17) c0 = 1,41×10 Н/м. Если система виброизоляторов состоит из 6 пружин, расположенных симметрично относительно вертикальной оси, проведенной через центр масс, то жесткость одной пружины составляет С1= С0 / 6 = 2,35·104 Н/м.

3 Амплитуда вертикальных колебаний электровентилятора согласно(8.19) составит х0 = 0,868×10-3 м » 1 мм.

4 Максимальная рабочая нагрузка на одну пружину составит Н.

5 Индекс пружины согласно (8.22) равен 10, коэффициент сжимаемости К = 1,17 (см. рисунок 8.2). Режим работы виброизоляторов согласно примечанию к таблице 8.3 характеризуется как средний, тогда в качестве материала пружин выбираем по таблице 8.3 сталь 70 с допустимым напряжением сдвига tд = 3,73×108 Н/м2. По формуле (8.21) диаметр проволоки пружины d ³ 4×10-3 м; принимаемd=5 мм, причем средний диаметр пружины составитD = n·d = 50 мм.

6 Число рабочих витков пружины по формуле (8.25) ip = 2,1; принимаем ip=2,5. В соответствии c условием (8.24)iM=1,5,тогда полное число витков i=4.

Таким образом, параметры виброизоляторов: N=6; режим работы - средний; материал пружин - сталь 70; d=5мм; i=4.

 

Задача 8.1 Электровентилятор системы кондиционирования воздуха, имеющий массуm и скорость вращения n, создает в помещении программистов вибрацию, заданную одним из параметров a, V или Lv (таблица 8.5) в третьоктавном спектре. Рассчитать виброизоляторы под электровентилятор, снижающие вибрацию в помещении программистов до нормативных значений.

 

Таблица 8.5 - Исходные данные к задаче 8.1

№ вар. m, кг n, об/мин а, м/с2 V, м/с×10-2 LV, дБ
- - 92,8
- 0,080 -
0,126 - -
Продолжение таблицы 8.5
- -
- 0,150 -
0,190 - -
- - 91,0
- 0,084 -
0,118 - -
- - 85,6
- 0,080 -
0,210 - -
- - 89,0
- 0,150 -
0,120 - -
- - 91,0
- 0,084 -
0,300 - -
- - 89,0
- 0,1344 -
0,125 - -
- - 92,8
0,280 - -
- 0,1344 -
- - 84,0

 

Задача 8.2 Рассчитать виброизолятора под агрегат металлургического производства массой m, имеющий силовое возбуждение с основной частотойf1. Необходимо при устройстве виброизоляции снизить вибрацию, заданную в третьоктавном спектре, до нормативных значений, если время фактического воздействия вибрации на рабочем месте t час.

 

Таблица 8.6-Исходные данные к задаче 8.2

№ вар. m, кг f1, Гц а, м/с2 V, м/с×10-2 LV, дБ t, ч
56,0 - - 108,0 8,0
19,6 - 0,80 - 4,5
60,0 2,40 - - 6,5
7,0 - - 110,0 8,0
35,5 - 0,70 - 6,5
12,0 1,90 - - 4,0
40,0 - - 103,0 5,0
6,0 - 1,12 - 8,0
47,7 2,47 - - 6,0
13,0 - - 99,6 4,0
72,0 - 6,89 - 5,5
9,8 0,45 - - 5,0
Продолжение таблицы 8.6
42,0 - - 104,6 6,5
36,0 - 1,79 - 8,0
49,0 9,11 - - 1,5
46,2 - - 112,3 4,5
44,1 - 1,62 - 3,5
25,0 1,00 - - 7,0
5,0 - - 94,5 8,0
70,0 - 3,08 - 1,5
45,0 7,30 - - 7,0
36,5 - - 114,8 2,0
54,0 - 2,92 - 5,0
12,6 1,00 - - 5,0
50,4 - - 106,0 8,0
Примечание: *) Агрегат работает при наличии агрессивных сред или повышенных температур.

 

Список использованных источников

 

1 СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение / Стройиздат, 1995.

2 Справочная книга по светотехнике / Под редакцией Ю.Б. Айзенберга, - М.: Энергоатомиздат, 1995.

3 НПБ 105-03. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. –М.: ВНИИПО МВД РФ, 2003.

4 Правила устройства электроустановок. Сборник нормативных документов. 7-ое изд. -М.: ЭНАС, 2006.

5 Батурин В.Б. Основы промышленной вентиляции. – М.: Профиздат, 1990. - 448 с., ил.

6 Виноградов С.С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование. – М.: Глобус, 2002. - 191 с., ил.

7 Килин П.И. Расчет и устройство вытяжных зонтов // Изв. вузов. Черная металлургия, -1996. - №9. –С. 69-73.

8 ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – М.: Изд-во стандартов, 2002.

9 СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. –М.: Госстрой России, 2004.

10 ГОСТ 12.4.011-89. ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. - Переизд. июнь 2006 г. – М.: Изд-во стандартов, 2006.

11 Охрана труда в электроустановках / Б.А. Князевский,, Т.П. Марусова, Н.В.Шипунов и др. – М.: Энергия, 1970. - 320 с., ил.

12 ГОСТ 12.1.002-84. ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. - Переизд. Фев. 2002 г. – М.: Изд-во стандартов, 2002.

13 ГОСТ 12.1.006-84* ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. – М.: Изд-во стандартов, 2002.

14 СанПиН 2.2.4.1191–03. Электромагнитные поля в производственных условиях. –М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003.



©2015- 2017 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.