11.2. Защита от вибраций

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 ГОСТ 12.10.12—90 «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.

При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни L^v) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации — в октавных или третьоктавных полосах. Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне нормируемого параметра, в том числе по дозе вибрации D с учетом времени воздействия. Допустимые значения представлены в табл.11.2.

Таблица 11.2

Гигиенические нормы вибраций по сн 2.2.4/ 2.1.8.566 – 96 (извлечения)

Вид вибраций	Допустимый уровень виброскорости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическисми частотами,Гц
	1	2	4	8	16	31,5	63	125	250	500	1000
Общая транспортная: вертикальная; горизонтальная	132 122	123 117	114 116	108 116	107 116	104 116	107 116	- -	- -	- -	- -
Транспортно – технологическая	-	117	108	102	101	101	101	-	-	-	-
Технологическая: на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий; в производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию; в служебных помещениях, здравпунктах, конструкторских бюро, лабораториях	- - -	108 100 91	99 91 82	93 85 76	92 84 75	92 84 75	92 84 75	- - -	- - -	- - -	- - -
				115	109	109	109	109	109	109	109

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости (м/с) от времени фактического воздействия вибрации, не превышающего 480 мин, определяется по формуле

,

где - допустимое значение виброскорости для длительного воздействия, равного 480 мин, м/с.

Максимальное значение для локальной вибрации не должно превышать значений, определяемых для Т = 30 мин, для общей вибрации — для Т= 10 мин.

При регулярных перерывах воздействия локальной вибрации в течение рабочей смены допустимые значения уровня виброскорости следует увеличивать на значения, приведен­ие ниже:

суммарное время перерыва

при воздействии вибрации

в течении 1 ч работы, свыше 20 свыше 30 свыше 40мин

мин………………………………… до 20 мин до 30 мин до 40 мин

увеличение уровня вибро-

скорости…. дБ………………. 0

Допустимые уровни вибрации в жилых домах, условия и правила их измерения и оценки регламентируются сани гарными нормами. Основными нормируемыми параметрами вибрации являются средние квадратичные величины уровней виброскорости и виброускорения в октавных полоcах частот.

Способы защиты от вибраций в механических системах. Для определения путей снижения вибраций в механической системе можно использовать связь между амплитудой возмущающей силы F_m и амплитудой виброскорости колебания системы V в виде

,

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

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

– снижение виброактивности источника вибрации (уменьшение силы );

– отстройка системы от резонансных частот;

• вибропоглощение (вибродемпфирование), когда приме­няют специальные вибропоглощающие материалы или покры­тия, рассеивающие энергию механических колебаний;

• виброизоляция, когда между источником и защищае­мым объектом размещается дополнительное устройство, так называемый виброизолятор;

• динамическое виброгашение, при котором к защищае­мому объекту присоединяется дополнительная механическая система, изменяющая характер его колебаний.

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.

К эффективным средствам снижения виброактивности источника относятся следующие способы защиты от вибра­ции: балансировка вращающихся частей машин; уменьшение зазоров в соединениях; повышение точности изготовления деталей; замена металлических деталей механизмов на пла­стмассовые с высокими демпфирующими свойствами.

Отстройка от резонансных частот. Собственная час­тота f₀ механической системы определяется по формуле , 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 преобразрвания 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 . Для реальных конструк­ций, выполненных из этих материалов, коэффициент потерь резко возрастает и составляет , что объясняется дополнительными потерями в узлах соединений отдельных элементов.

Используется несколько методов демпфирования конструкций:

• изготовление элементов конструкций из материалов, 6ладающих большим коэффициентом потерь. К таким материалам можно отнести чугун, сплавы меди и марганца, некоторые виды пластмасс. Так, сплавы меди имеют коэффициент потерь, равный 0,2, а текстолит — 0,4;

• нанесение на элементы конструкций вибродемпфирующих покрытий (ВДП);

• использование вибродемпфирующих засыпок из сухого песка, чугунной дроби, а также жидкостных прослоек.

Вибродемпфирующие покрытия подразделяются на жесткие, армированные, мягкие и комбинированные (рис. 11.3).

Жесткие ВДП представляют собой слой жесткой пластмассы (2), нанесенной на конструкцию (1). Жесткие ВДП изготовляются в виде листов или мастик. Важным требованием их использования является плотность приклейки (отсутствие воздушных зазоров и непроклеев). Покрытия бывают и многослойные. С увеличением толщины покрытия до определенных пределов коэффициент потерь растет. На практике ограничиваются толщиной покрытия, не превышающей двух толщин материала пластины. Жесткие покрытия этого типа дают наибольший эффект на низких и средних частотах, на высоких частотах более 50 Гц их эффективность падает.

Рис. 11.3. Виды ВДП:

а – жесткое; б - армированное; в – мягкое

Армированные покрытия представляют слой вязкоупругого материала, на который нанесен тонкий армирующий слой (3) жесткого материала (металла). Так, ВДП «Полиакрил-В» состоит из армирующего слоя (алюминиевая фольга) толщиной 0,06 мм и липкого вязкоупругого толщиной 0,1 мм, соединяющего ВДП с деформируемой пластиной.

Мягкие ВДП представляют собой слой вязкоупругого материала (4). Коэффициент потерь этих материалов доста­точно высок, а характеристика поглощения вибрации имеет вид пологой кривой, расположенной в диапазоне средних и высоких частот (f= 1÷4 Гц). В качестве мягких поглощаю­щих покрытий используют технические резины с коэффи­циентом потерь более 0,1. Демпфирующий эффект таких покрытий возрастает, если в них имеются внутренние воз­душные полости, глубиной Δ.

Параметры некоторых ВДП и материалов приведены в табл. 11.3.

Таблица 11.3

Параметры некоторых вибропоглощающих материалов

Название материала	µ
Мастики:
Антивибрит-2;	0,44
А-2	0,4
Войлок	0,2
Резина 8987	0,2
Стеклопластик	0,02

Виброизоляция. Это метод виброзащиты, заключающийся в ослаблении связи между источником вибрации и объек­том защиты путем размещения между ними виброизолирую­щего устройства (виброизолятора). Виброизоляция машин и оборудования в зданиях и сооружениях проектируется с целью снижения колебаний последних до уровней, кото­рые не опасны для их несущей способности или допустимы с гигиенической точки зрения. При виброизоляции используются опорный и подвесной варианты опоры механизма через виброизоляторы на основание (рис. 11.4). В качестве основания могут служить пластины, плиты, балки и более сложные конструкции.

Рис. 11.4. Опорный (а) и подвесной (б) варианты