Глава 12. Методы и средства защиты от производственной вибрации
Увеличение скоростных и силовых параметров современных машин и механизмов приводит к возрастанию динамических нагрузок, а значит и их вибрационной активности. Контакт человека с вибрирующими объектами отрицательно сказывается на его здоровье и работоспособности: повышается утомляемость, снижается производительность и качество труда. Может развиться профессиональное заболевание – вибрационная болезнь, которая в последние годы во всех развитых странах занимает второе место после болезней от пыли.
12.1. Физические характеристики вибрации
Под вибрациейпонимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание обычно во времени значений какой – либо величины, его характеризующей (в соответствии с ГОСТ 24346–80).
Причинами возникновения вибрации являются: возвратно-поступательное движение механизмов; неуравновешенные вращающиеся массы; неоднородность материала вращающегося тела; деформация деталей от неравномерного нагрева.
Вибрацию, происходящую по синусоидальному закону, характеризуют: амплитуда виброперемещения Aа– величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; амплитуда виброскоростиVа– максимальное значение скорости колеблющейся точки; амплитуда виброускоренияаа – максимальное значение ускорения колеблющейся точки; периодТи частота колебанийf =Т1. Виброскорость и виброускорение связаны с виброперемещением и частотой колебаний соотношениями:
V =2 f Aиa=(2 f)2A. (12.1)
В инженерных расчетах используют логарифмические уровни колебаний Lоцениваемые по следующей формуле:
L= 20lg (bb01), (12.2)
где b– оцениваемое значение величины (скорость, ускорение и т.п.);
b0– исходное значение величины (скорости, ускорения и т.п.).
Например, уровни виброскорости LVи виброускоренияLaвычисляются как:
LV = 20 lq (V Vo1) и La = 20 lq (a ao1), (12.3)
где Vиа– значения соответственно виброскорости и виброускорения;
V0= 5108м/с иа0= 3104м/с2– исходные (пороговые) значения виброскорости и виброускорения принятые согласно международным соглашениям.
Уровни колебаний (вибрации) измеряются в децибелах (дБ).
В общем случае вибрация зависит от времени: V=V(t) и является периодической функцией при определенных условиях, которую можно представить в виде бесконечных гармонических колебаний, частоты которых этих составляющих кратны основной частоте колебаний (процесса):
fn= nf1, (12.4)
где n= 1,2,3,..;
f1– основная частота колебаний.
Важнейшей характеристикой вибрации является ее спектр. Периодическим и почти периодическим колебаниям соответствует дискретный спектр, непериодическим – непрерывный спектр. В общем случае спектр имеет смешанный характер.
Интенсивность вибрационных воздействий на человека, зависит от их частоты. Поэтому весь диапазон частот колебаний принято разбивать на отрезки (полосы частот) и определять уровни вибрации для каждой полосы в отдельности. При оценке вибрационной безопасности в качестве стандартных частотных полос принимают октавные полосы, для которых отношение верхних граничных частот к нижним частотам равно 2. Каждую из октавных полос принято определяют среднегеометрическим значением fcее граничных частот, по формулам:
fc = (fmax fmin) 0,5 = 2 0,5 fmin 1,41 fmin , fmax = 2 fmin.(12.5)
где fmin – нижняя граничная частота;
fmax– верхняя граничная частота, Гц.
При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные, для которых
fmax= 21/3fmin1,26fmin. Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частотаfc= 1 Гц; вторая соответственно1,4….2,8 Гц и 2 Гц и т. д.