КОЛЛЕКТИВНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ Книга 1

Министерство образования и науки Российской Федерации Балтийский государственный технический университет «Военмех»

КОЛЛЕКТИВНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

Справочное пособие по дипломному проектированию

Под редакцией Н. И. Иванова и И.М. Фадина

К н и г а 1

Санкт-Петербург

2014

УДК 621.51(075.8)

К60

Составители: Н.И. Иванов, д-р техн. наук, проф. (разд. 1,2); И.М. Фадин, д-р техн. наук, проф. (разд. 4); А.В. Кудаев, канд. техн. наук, доц. (разд. 3); Д.А. Кук-

лин, канд. техн. наук, доц. (разд. 3); Г.М. Курцев, канд. техн. наук, доц. (разд. 2); Л.Ф. Дроздова, канд. техн. наук, доц. (разд. 2); М.Л. Рудаков, д-р техн. наук (разд. 1)

Коллективные средства защиты. Кн. 1: Справ. пособие по дипломному проектирова- К60 нию / Под ред.

Н. И. Иванова и И. М. Фадина; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2014. – 155 с.

ISBN 978-5-85546-806-9

ISBN 978-5-85546-807-6

Излагаются основные методы расчетов коллективных средств защиты от производственной вибрации, производственного шума, очистки воздуха от примесей, механической вентиляции производственных помещений. В каждом разделе приводятся примеры расчетов.

Предназначено для студентов всех специальностей дневного и вечернего обучения. Может быть использовано при выполнении домашних заданий и расчетно-графических работ.

УДК 621.51(075.8)

Р е ц е н з е н т д-р техн. наук, проф. зав. каф. инженерной защиты окружающей среды СПбГТУ Г.К.Ивахнюк

1.ЗАЩИТА ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВИБРАЦИИ

1.1.Классификация методов и средств вибрационной защиты

Методы коллективной защиты по отношению к источнику возбуждения вибрации подразделяются на методы, снижающие параметры вибрации воздействием на источник возбуждения, и методы, снижающие параметры вибрации на путях ее pаспростpанения от источника возбуждения.

Снижение вибрации в источнике достигается уравновешиванием вращающихся частей, уменьшением возбуждающей силы, изменением частоты вращения и характера вынуждающих сил и моментов.

Средства виброизоляции – виброизолиpующие опоры, сиденья, настилы (платформы), коврики, кабины, рукоятки.

Основу большинства виброзащитных средств составляют виброизоляторы. По конструкции виброизоляторы, применяемые в машиностроении, подразделяются на резиновые, пружинные, пневматические, цельнометаллические, комбинированные и резинометаллические [1]. Схемы и область применения таких вибро-изоляторов приведены в табл. 1.1.

2

Упругим элементом пневматических вибpоизолятоpов (pис. 1.4) является пневмобаллон. К достоинствам относятся высокая степень виброизоляции и наличие демпфирующих свойств, к недостаткам – сложность в эксплуатации, конструктивная сложность. Характеристики приведены в табл. 1.5 [1].

5

1.2. Расчет виброизоляции

Показатель эффективности виброизоляции – коэффициент передачи – показывает, какая доля вибрации передается от вибрирующей машины ее основанию:

μ F0 F kx F ,

где F0 – передаваемая сила; F – возмущающая сила; k – жесткость виброизолятора; x – амплитуда вибросмещения. Согласно [3] = v/v0, где v, v0 – виброскорость после и до виброизоляторов. Пренебрегая затуханием виброизоляторов, приближенно получаем

где fв – частота вынужденных колебаний, Гц; fc – частота собственных колебаний виброизолируемого объекта, Гц.

где k – жесткость виброизолятора, Н/см; m – масса виброизолированного объекта, кг; ст – статическая осадка виброизолятора, см.

Эффективность виброизоляции на основной частоте вращения приблизительно равна

Чем меньше fc, тем больше статический прогиб, а значит, выше эффективность виброизоляции. Следовательно, расчет сводится к определению fc, а также k. С целью облегчения расчетов примем

где P – сила тяжести, Н.

Вибрация эффективно снижается, начиная с fв/fс 2; при fв = fс возникает резонанс, что на длительное время недопустимо в практике виброзащиты.

Порядок расчета эффективности виброизоляции:

1. Определить превышение вибрации по абсолютному или относительному значению путем сравнения параметров вибрации на рабочем месте с данными в литературе или по заданию преподавателя с нормами вибрации на рабочем месте. Гигиенические нормы технологической вибрации приведены в табл. 1.6.

2.Определить частоту fв по формуле (1.1) или паспорту установки.

3.Приняв, что требуемое снижение вибрации приближенно равно ее эффективности, из фор-

мулы (1.3) определить необходимую для снижения вибрации частоту fc виброизолируемой установки.

4.Зная массу виброизолируемой установки, значение fc, определить суммарную жесткость виброизоляторов (1.4), величину статического прогиба (1.2).

7

5.Из конструктивных данных установки выбрать схему ее виброизоляции, число виброизоляторов n, а затем жесткость одиночного виброизолятора k = k / n.

6.Выбрать тип виброизолятора по данным табл. 1.2-1.5 или выполнить расчет параметров нового виброизолятора [2 – 4].

1.3. Расчет пружин

За исходные данные при расчете пружины, предназначенной для виброизоляции, принимают-

ся:

статическая нагрузка на пружину Pст = P/nпр, где P – общая нагрузка или масса виброизолируемого объекта; nпр – число однотипных пружин;

жесткость пружины в вертикальном направлении С' = Спр/nпр, где Спр – общая жесткость всех пружин;

марки сталей для пружин, рекомендуемые действующими ГОСТ;

допустимое напряжение на кручение материала пружины пр и модуль сдвига Gпр.

Общая жесткость всех пружин в вертикальном направлении, Н/м2,

Gпр = m ωc2 ,

где с – круговая частота собственных колебаний виброизолируемого объекта.

Расчетная нагрузка на одну пружину равна сумме статической Pст и динамической Pдин нагрузок:

где ε Dпр dпр – индекс пружины; K – коэффициент жесткости; Dпр – средний диаметр пружины.

K = 1,4 при = 4; K = 1,25 при = 6; K = 1,15 при = 10; K = 1,1 при =13.

Значения рекомендуется принимать от 4 до 10. Число рабочих витков

iпр = Gпрdпр/(8С'пр 3),

где Gпр = 8 1010 Н/м2.

Полное число витков iпр = iпр1 + iпр2, где iпр1 – число рабочих витков; iпр2 – число поджатых вит-

ков; iпр2 = 1,5 при iпр1 7; iпр2 = 2,5 при iпр1 7. Шаг пружины hпр выбирается:

hпр Dпр/2 Dпр/4.

Высота ненагруженной пружины

H'пр = Hпр + iпр(hпр – dпр),

где Hпр = (iпр – 0,5)dпр – высота нагруженной пружины.

1.4. Расчет резиновых виброизоляторов

Резиновые виброизоляторы имеют форму параллелепипедов или цилиндров, которые могут быть сплошными или пустотелыми. Резиновые элементы должны иметь конструкцию, допускающую деформацию в боковые стороны.

При расчете резиновых элементов виброизоляторов в качестве исходных параметров принимаются следующие механические характеристики: расчетное статическое напряжение рез, динамический Един и статический Ест модули упругости резины и коэффициенты неупругого сопротивления.

Расчетное статическое нормальное напряжение, отнесенное к площади поперечного сечения недеформированного резинового элемента, рекомендуется принимать как рез = (3 5) 10 5 Н/м2 (для мягких и средних резин).

8

При расчете резиновых виброизоляторов определяют высоту, общую площадь поперечного сечения и количество резиновых элементов.

Площадь поперечного сечения Fp выбирают из условий прочности Fp рζрез .

Жесткость резинового элемента в вертикальном направлении

Cрез C EдинFp H p ,

где Fp – опорная площадь, см2; Hp – высота элемента, см; C – коэффициент жесткости. Рабочая высота виброизолятора H p EдинFp Cрез при условии, что Hp Fp/4.

Библиографический список

1.Вибрация в технике. Т.6: Справочник / Под ред. К. В. Фролова. М., 1981. 456 с.

2.Кельберт, Д. Л. Проектирование и расчет средств охраны труда в технической и легкой промышленности /

Д.Л.Кельберт. М., 1979. 280 с.

3.Иванов, Н. И. Борьба с шумом и вибрациями на путевых и строительных машинах. Изд. 2-е, испр. и доп. /

Н.И.Иванов. М., 1987. 271 с.

4.Инженерные решения по охране труда в строительстве. М., 1985. 278 с.

5.ГОСТ 26568-88*. Методы и средства вибрационной защиты.

6.ГОСТ 25571-82 Вибрация. Методы расчета виброизоляции рабочего места операторов самоходных машин.

7.ГОСТ 12.1.012-2004. Вибрация. Общие требования безопасности.

2.ЗАЩИТА ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ШУМА

2.1.Источники шума

В зависимости от физической природы возникающий шум подразделяется на механический, аэродинамический, электромагнитный и гидродинамический.

Причины возникновения шума в источнике:

удары (при штамповке, в молотах, зубчатых передачах, элементах конвейеров и др.);

взрывы (в специальных стендах, штамповке взрывом и др.);

трение (при работе тормозов, в процессе хонингования);

гидродинамические процессы (в элементах гидропривода, гидроаппаратуре);

аэродинамические процессы (при истечении газовых струй, при взаимодействии струи с твердой поверхностью);

электромагнитные эффекты (в трансформаторах, электродвигателях).

Сведения о шумовых характеристиках различного рода оборудования и машин, а также методики инженерного расчета этих характеристик приведены в работах [1-5]. Акустические характеристики некоторых типов производственного оборудования приведены в табл. 2.1.

Т а б л и ц а 2.1

2.2. Классификация средств защиты от шума

Все коллективные средства защиты от шума подразделяются на архитектурно-планировочные, акустические, организационно-технические (рис. 2.1).

9