Вибрация. Инженернотехнические средства защиты от вибрации
Содержание 1. Понятие вибрации. Классификация вибрации. 1. 1 Общая вибрация 1. 2 Локальная вибрация 2. Методы определения вибрационного воздействия на операторов машин 3. Вибродемпфирование. Вибродемпфирующие конструкционные материалы и их применения в виброизоляторах 4. Нормативные правовые акты Приложения
1. 1. Общая вибрация Общую вибрацию по источнику ее возникновения и возможности регулирования ее интенсивности оператором подразделяют на следующие категории: • категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофону и дорогам, в том числе при их строительстве; при этом оператор может активно, в известных пределах, регулировать воздействия вибрации. • категория 2 – транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека-оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок; при этом оператор может лишь иногда регулировать воздействие вибрации. (См. приложение)
категория 3 а – технологическая вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. категория 3 б – вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом. К ней относятся рабочие места на промышленных кранах, у станков метало- и деревообрабатывающих, кузнечно-прессового оборудования, литейных машин и другого стационарного технологического оборудования. 3 в - на рабочих местах в помещениях заводоуправления, рабочих комнатах, конструкторских бюро, лабораторий и др. помещений работников умственного труда. В начало
1. 2. Локальная вибрация по источнику возникновения подразделяется на: • передающуюся от ручных машин (с двигателями), органов ручного управления машин и оборудования; • передающуюся от ручных инструментов (без двигателей) и обрабатываемых деталей. В начало
2. Методы определения вибрационного воздействия на операторов машин Динамические условия эксплуатации ряда машин и механизмов, устройств исследовательского и технологического оборудования требуют инженерных решений, при которых значительно уменьшается вибрационное воздействие на обслуживающий персонал. К таким решениям следует отнести разработку виброизоляционных систем или отдельных виброизоляторов, применение которых значительно снижает колебательные движения (вибрацию) машин и механизмов в процессе их эксплуатации. Вместе с тем некоторые технологические процессы предусматривают вибрационное воздействие на обрабатываемый объект с целью получения конечного продукта. В начало
Однако, несмотря на полезность в ряде случаев применения вибрационного воздействия технологической или исследовательской практике, должна быть решена основная задача, заключающаяся в обеспечении нормальных условий работы обслуживающего персонала и исключающих интенсивное вибрационное воздействие на человека. Ее решение сводится к разработке и внедрению в практику эффективных вибросистем и виброизоляторов. Расчет виброизоляции проводят применительно к конкретным виброизоляционным системам и условиям их эксплуатации. В начало
Вибрационное воздействие на операторов машин проявляется в передаче механических колебаний от виброисточника операторам. Объекту (оператору) передается от виброисточника определенное количество энергии Е, величина которой зависит от: (1) кинетической энергии вибросмещаемого объекта при эксплуатации вибросистемы, его массы m, виброскорости v; (2) потенциальной энергии виброисточника ( k – коэффициент упругости объекта вибрационного воздействия, x – амплитуда вибрационного смещения объекта), (3) от величины диссипативной функции, одним из параметров которой является некоторая константа ƞ, характеризующая, например, вязкость вибросмещаемого объекта. В начало
Численные значения рассматриваемого параметра Е могут быть определены из равенства: (4) Средняя величина энергии, передаваемой от виброисточника виброобъекту: (5) где Т- время накопления дозы вибрации (6) В начало
Или, с учетом (согласно ГОСТ 12. 1. 012 -78) дозы вибрации (7) (8) Поскольку среднее значение кинетической энергии (9) То с учетом (1) и (3) уравнение (2) запишется в виде (10) Следовательно, для оценки величины дозы вибрации необходимо знать суммарное количество кинетической энергии, переданной вибросистемой единице массы виброобъекта. В начало
В свою очередь, суммарное количество кинетической энергии, переданной единице массы виброобъекта, определяется по методике, применяемой в виброметрии, и сводится к определению средней величины квадрата виброскорости процесса. В этой связи, используя рассматриваемую методику, необходимо учитывать гигиенические нормы вибрации при вибрационном воздействии 8 ч в сутки (по ГОСТ 12. 1. 812 78, СН 3044 84) Гигиеническими нормами вибрации при 8 часовом рабочем дне предусмотрены допустимые значения нормируемого параметра виброскорости для работы в производственных помещениях или при транспортно технических условиях. Согласно этим санитарным нормам, условия работы виброобъекта должны быть таковы, чтобы виброскорость при транспортно технических работах не превышала 0, 56 ∙ 10 2 м/с, а на рабочих местах в производственных помещениях – 0, 2∙ 10 2 м/с Что касается локальной вибрации, то для безопасной работы в этих условиях виброскорость, согласно требованиям ГОСТ 12. 1. 012 78, не должна превышать 4∙ 10 2 м/с Приведенные нормативные значения виброскорости должны учитываться при расчетах дозы вибрации для виброобъекта, работающего на конкретном виброисточнике. В начало (См. приложение)
Наряду с рассмотренными используют и другие методы оценки вибрационного воздействия на человека. Одним из таких методов является метод оценки вибрационного воздействия по величине логарифмических уровней виброскорости или виброускорения. (11) где v – реальная скорость вибрации или виброускорения (12) где a - реальное ускорение вибрации. Допустимые (опорные) значения виброускорения соответственно: виброскорости и и В начало
Если принять, что общая или локальная вибрация действует на виброобъект по одной из осей координат x, y или z ортогональной системы, то средняя мощность вибрации запишется в виде: (13) Где Rez - действительная часть детерминированной дробнорациональной функции z(ω), называемой входным импедансом в точке приложения силы. Для удобства практических расчетов средней величины мощности вибрации эту формулу удобно записать, преобразовав интеграл в сумму интегралов для каждого из которых определен интервал интегрирования в В начало октавных или третьоктавных полосах частот.
Используя теорему о среднем, запишем ее в виде: (14) - средняя величина мощности вибрации; -среднегеометрическая частота; - среднеквадратическое значение виброскорости в i - той полосе частот; - действительная часть входного импеданса, рассчитанная для среднегеометрической частоты i - той полосы частот В начало
Записав эту формулу в логарифмическом масштабе, получим удобную для расчета уровней мощности вибрации формулу: (15) - октавный или третьоктавный уровень мощности вибрации в i-той полосе частот. Величина определяется из равенства , где уровень взвешивающего значения импеданса, в котором z – взвешивающее значение импеданса Уровни мощности вибрации могут быть определены также при наличии данных о виброускорении процесса вибрации. Для этих условий формула (13) запишется в виде: (16) В начало
Где - взвешивающее значение инерцианса; - уровень виброскорости для i-той полосы частот; - среднеквадратичное ускорение в i-той полосе частот. В начало
Последующая оценка уровней мощности вибрации проводится при, где: уровень взвешивающего инерцианса; I 0=2, 54∙ 10 5 кгс – пороговое(опорное) значение инерцианса; Le=10 lg(a 2 -a 02) – уровень виброускорения, в котором a 0=3, 15∙ 10 4 м/с2 В начало
При расчетах средней мощности вибрации и уровня мощности вибрации следует ориентироваться на нормативные значения этих параметров. Изложенные методы определения вибрационного воздействия на оператора машин позволяют оценить параметры вибрационного воздействия и определить их критериальные значения, обеспечивающие оптимальные условия вибрационного воздействия на человека при эксплуатации вибросистем. В начало
3. Вибродемпфирование это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение, мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ 9, мастика ВД 17 59, мастика «Анти вибрит» ) и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов. В начало
Вибродемпфирующие конструкционные материалы и их применение в виброизоляторах. При проведении исследовательских и технологических работ широко применяются автоматизированные устройства, вакуумные механические насосы, вибросмесители и другое оборудование, работа которого реализуется в динамическом режиме и сопровождается вибрацией. Локальная или общая вибрация, действующая на человека, отрицательно влияет на его работоспособность. Поэтому при длительной работе человека с вибросистемами необходимы соответствующие меры его защиты от вибрации. В начало
Для защиты от вибрации широкое применение находят виброизоляторы - устройства из конструкционных материалов (или высокомодульных резин): пружинные элементы, расположенные между источником вибрации и защищаемым от вибрации объектом. Возможно также применение пластинчатых виброизоляторов, которые используются в качестве демпфирующих прокладок между фундаментом и вибросистемой. На фото изображен паро - гидравлический молот тяжелой кузницы ВГТЗ с массой падающих частей 5 тонн В начало
В целях обеспечения надежной работы виброизоляторов для их изготовления применяют высокопрочные пружинные стали, а также другие конструкционные материалы, характеризующиеся определенной демпфирующей способностью. Следует заметить, что конструкционные материалы для изготовления виброизоляторов должны сохранять в процессе их эксплуатации требуемый уровень физико механических характеристик, исключающий воз можность их изменения в результате деформационного старения, повышения склонности к хрупкому разрушению, снижения модуля упругости и предела упругой деформации и выносливости (усталости). В начало
В наибольшей степени удовлетворяют рассмотренным требованиям пружинные сплавы и стали. К пружинным общего назначения относят легированные стали перлитного класса. Химический состав некоторых пружинных сталей общего назначения приведен в приложении. (См. приложение 10 ) В начало
Эффективность применения углеродистых и легированных сталей для пружинных элементов вибросистем обусловлена повышенным содержанием в них углерода, что обеспечивает требуемый уровень их прочности в результате выделения при термообработке дисперсной фазы, блокирующей дислокации. Наиболее широкое применение при изготовлении пружинных виброизоляторов получили кремнистые пружинные стали. Их эффективное применение объясняется тем, что наличие кремния (1 3 %) способствует сопротивлению сталей значительным пласти ческим деформациям. Это особенно важно для безопасной работы пружинных элементов в условиях перегрузки виброизоляторов В начало
Пружины из кремнистых сталей успешно эксплуатируются в условиях динамической нагрузки, поскольку такие стали характеризуются сочетанием высокой прочности и повышенной пластичности, а также вязкости. В качестве примера можно привести химический состав и свойства кремнистых пружинных сталей, применяемых для изготовления пружин, эксплуатируемых в условиях вибрационных нагрузок. Содержание кремния в таких сталях 1, 5 1, 8 % при 0, 48 0, 55 % углерода, 0, 50 0, 80 % марганца. Прочность при растяжении 2 дос тигает 980 1470 МН/м. Для изготовления виброизоляторов могут быть рекомендованы также кремниемарганцевые, кремниехромистые, кремниеникелевые и кремниевольфрамовые пружинные стали. Применительно к условиям работы виброизоляторов в динамическом режиме целесооб разно их изготовление из стали 55 СГ 2, содержащей 0, 54 % С, 1, 23 % Si, 1, 66 % Мп. В начало
Указанная марка стали после закалки и отпуска при 310 С имеет σ=1100 МН/м 2, = 803 МН/м 2, а после отпуска максимальный уровень предела упругости, пластичности, вязкости этой стали не хуже, чем у кремнистых сталей. В приложении (11) приведены некоторые конструктивные схемы пружинных виброизоляторов, применяемых в вибросистемах, эффективные при одноосном смещении виброисточника (например, по оси Z). Для эффективного применения виброизоляторов необходимо учитывать в их конструкции возможность всех шести степеней свободы смещения виброисточника в процессе его работы. В начало (См. приложение 11)
4. Основными нормативными правовыми актами, регламентирующими параметры производственных вибраций, являются: "Санитарные нормы и правила при работе с машинами и оборудованием, создающими локальную вибрацию, передающуюся на руки работающих" № 3041 84 и "Санитарные нормы вибрации рабочих мест" № 3044 84. В настоящее время около 40 государственных стандартов регламентируют технические требования к вибрационным машинам и оборудованию, системам виброзащиты, методам измерения и оценки параметров вибрации и другие условия. В начало
К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет, получившие соответствующую квалификацию, сдавшие технический минимум по правилам безопасности и прошедшие медицинский осмотр. Работа с вибрирующим оборудованием, как правило, должна проводиться в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16 С при влажности 4060%. Если создание подобных условий невозможно (работа на открытом воздухе, подземные работы и т. д. ), то для периодического обогрева должны быть предусмотрены специальные отапливаемые помещения с температурой воздуха не менее 220 С. В начало
Предельно допустимый уровень (ПДУ) вибрации - это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Соблюдение ПДУ вибрации не исключает нарушение здоровья у сверхчувствительных лиц. В начало
Приложение 1 В начало Взвешивающие значения импедансов и их уровней для оценки общей вибрации
Взвешивающие значения импедансов и их уровней для оценки локальной вибрации (в направлении оси Хр) Приложение 2
Нормативные значения средней мощности и уровня средней мощности вибрации (ГОСТ 12. 1. 012 -78) Рср, Вт Приложение 3 Lcp, Вт В направлении осей Вибрация Z X, Y Технологическая: на постоянных местах в производственных помещениях 3, 96· 10 2 3, 16· 10 2 101 на рабочих местах в производственных помещениях 6, 28· 10 3 4, 99· 10 3 94 93 на рабочих местах в помещениях для работни ков умственного труда 7, 90· 10 4 6, 28· 10 4 85 84 Локальная 3, 15· 10 1 111 Р 0=25· 10 13 Вт
Приложение 4 Назад к слайду В начало Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на оператора для длительности смены 8 ч Нормативные, корректированные по частоте и Категория эквивалентные корректированные значения вибрации значения Направление Вид по действия виброускорения виброскорости вибрации санитарным м с( 1) 10( нормам м с( 2) д. Б 2) Локальная Xл, Yл, Zл 2, 0 126 2, 0 112 Общая 1 Zo 0, 56 115 1, 1 107 Yo, Xo 0, 4 112 3, 2 116 2 Zo, Yo, Xo 0, 28 109 0, 56 101 3 тип "а" Zo, Yo, Xo 0, 1 100 0, 2 92 3 тип "в" Zo, Yo, Xo 0, 014 83 0, 028 75
Приложение 6 В начало Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора. Общая вибрация, категория 2 Нормативные значения виброускорения м с( 2) Среднегеометрические частоты полос, Гц в 1/3 окт. Zo Xo, Yo 0, 8 0, 71 0, 63 0, 224 1, 25 0, 56 1, 6 в 1/1 окт. Zo Xo, Yo 0, 224 1, 0 д. Б в 1/3 окт. Zo Xo, Yo 117 107 0, 224 115 0, 224 114 107 2, 0 0, 45 0, 224 113 107 2, 5 0, 40 0, 280 112 109 Xo, 107 0, 50 Zo 107 116 в 1/1 окт. 1, 10 0, 79 0, 39 0, 42 121 112 118 113
Продолжение приложения 6 В начало Нормативные значения виброускорения Среднегеометрические частоты полос, Гц м с( 2) в 1/3 окт. Zo Xo, Yo д. Б в 1/1 окт. Zo Xo, Yo 111 Zo Xo, Yo в 1/3 окт. 111 110 113 в 1/1 окт. 3, 15 0, 355 0, 365 4, 0 0, 315 0, 450 0, 57 5, 0 0, 315 0, 56 110 0, 315 0, 710 110 0, 315 0, 900 119 10, 0 0, 40 112 121 115 118 116 124 117 8, 0 Xo, Yo 115 6, 3 Zo 1, 12 0, 6 0, 8 1, 62
Продолжение приложения 6 В начало Нормативные значения виброускорения Среднегеометрически е частоты полос, Гц м с( 2) в 1/3 окт. Zo Xo, Yo 12, 5 0, 50 0, 63 1, 80 20, 0 0, 80 25, 0 в 1/1 окт. 1, 40 16, 0 д. Б Zo Xo, Yo 114 116 125 2, 24 118 127 1, 0 2, 80 129 31, 5 1, 25 3, 55 122 131 40, 0 1, 60 4, 50 124 133 50, 0 2, 00 5, 60 126 135 в 1/1 окт. 123 Zo 1, 13 2, 25 Xo, Yo в 1/3 окт. 3, 2 6, 4 Zo Xo, Yo 121 130 127 136
Продолжение приложения 6 В начало Нормативные значения виброускорения Среднегеометрические частоты полос, Гц м с( 2) в 1/3 окт. д. Б в 1/1 окт. в 1/3 окт. в 1/1 окт. Zo Xo, Yo 63, 0 2, 50 7, 10 4, 5 12, 8 128 137 133 142 80, 0 3, 15 9, 00 139 0, 8 14, 12 4, 45 129 119 1, 0 10, 03 3, 57 126 117 132 122 1, 25 7, 13 2, 85 123 115 1, 6 4, 97 2, 29 120 113 20, 0 6, 3
Приложение 7 В начало Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора. Общая вибрация, категория 3, тип "А" Нормативные значения в направлениях Xo, Yo Среднегеометрические частоты полос, Гц виброускорения м. с( 2) в 1/3 окт. в 1/1 окт. виброскорости д. Б в 1/3 окт. м. с 10( 2) в 1/1 окт. 99 в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. 1, 6 0, 09 2, 0 0, 08 2, 5 0, 071 97 0, 46 3, 15 0, 063 96 0, 32 96 4, 0 0, 056 5, 0 0, 056 95 0, 18 91 6, 3 0, 056 95 0, 14 89 8, 0 0, 056 10, 071 в 1/1 окт. 99 0, 14 0, 11 98 95 95 97 0, 9 д. Б 103 100 101 0, 64 0, 23 0, 12 105 1, 3 0, 45 0, 22 102 93 87 87 108 99 93
Продолжение приложения 7 В начало Нормативные значения в направлениях Xo, Yo виброускорения Среднегеометрические частоты полос, Гц м. с( 2) в 1/3 окт. в 1/1 окт. виброскорости д. Б в 1/3 окт. м. с 10( 2) в 1/1 окт. 99 в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. 12, 5 0, 09 16, 0 0, 112 20, 0 0, 140 103 0, 12 25, 0 0, 18 105 0, 12 87 31, 5 0, 22 40, 0 0, 285 109 0, 12 87 50, 0 0, 355 111 0, 12 87 63, 0 0, 445 80, 0 0, 56 в 1/1 окт. 87 0, 20 0, 40 0, 80 101 107 113 115 0, 12 д. Б 106 112 118 0, 12 87 0, 20 87 87 92 92 92
Приложение 8 В начало Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора. Общая вибрация, категория 3, тип "В" Нормативные значения в направлениях Xo, Yo Среднегеометрические частоты полос, Гц виброускорения м с( 2) в 1/3 окт. виброскорости д. Б в 1/1 окт. в 1/3 окт. м с( 1) 10( 2) в 1/1 окт. 82 в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. 1, 6 0, 0125 2, 0 0, 0112 2, 5 0, 01 80 0, 063 3, 15 0, 009 79 0, 045 79 4, 0 0, 008 5, 0 0, 008 78 0, 025 74 6, 3 0, 008 78 0, 02 72 8, 0 0, 008 10, 01 в 1/1 окт. 82 0, 014 81 78 78 80 0, 13 д. Б 86 83 83 0, 09 0, 032 0, 016 88 0, 018 0, 063 0, 032 85 76 70 70 91 82 75
Продолжение приложения 7 В начало Нормативные значения в направлениях Xo, Yo Среднегеометрические частоты полос, Гц виброускорения м с( 2) в 1/3 окт. виброскорости д. Б в 1/1 окт. в 1/3 окт. м с( 1) 10( 2) в 1/1 окт. 82 в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. 12, 5 0, 0125 16, 0 0, 016 20, 02 86 0, 016 25, 0 0, 025 88 0, 016 70 31, 5 0, 032 40, 04 92 0, 016 70 50, 05 94 0, 016 70 63, 0 0, 063 80, 08 в 1/1 окт. 70 0, 028 0, 056 0, 112 84 90 96 98 0, 016 д. Б 89 95 101 0, 016 70 0, 028 70 70 75 75 75
Приложение 9 В начало Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора. Локальная вибрация Среднегеометриче Нормативные значения в направлениях ские частоты виброускорения виброскорости октавных полос, м с( 2) д. Б м с( 1) 10( 2) д. Б Гц 8 1, 4 123 2, 8 115 16 1, 4 123 1, 4 109 31, 5 2, 7 129 1, 4 109 63 5, 4 135 1, 4 109 125 10, 7 141 1, 4 109 250 21, 3 147 1, 4 109 500 42, 5 153 1, 4 109 1000 85, 0 159 1, 4 109
Приложение 10 Назад к слайду Химический состав, % пружинных сталей В начало Марка стали С Мп Si Сг № Проч. 65 Г 0, 60 -0, 70 0, 90 -1, 20 0, 17 -0, 37 0, 30 0, 15 У 10 А 0, 95 -1, 04 0, 15 -0, 30 0, 15 0, 20 0, 25 85 0, 82 -0, 90 0, 50 -0, 80 0, 17 -0, 37 0, 30 0, 20 50 ХГФА 0, 48 -0, 55 0, 80 -1, 00 0, 17 -0, 37 0, 95 -1, 20 0, 40 0, 30 45 ХНМФА 0, 42 -0, 50 -0, 80 0, 17 -0, 37 0, 80 -1, 10 1, 30 -1, 80 0, 10 -0, 20 60 С 2 ЛФА 0, 40 -0, 70 1, 40 -1, 80 0, 90 -1, 20 0, 40 0, 10 -0, 20 0, 56 -0, 64
Приложение 11 Вернуться на исходную страницу Виды конструкций пружинных виброизоляторов В начало
Список литературы 1. Химическая экология и инженерная безопасность металлургических производств / А. Н. Вариков, В. И. Костиков – М. : «Интермет инжиниринг» , 2000. – 382 с. 2. ГОСТ 12. 1. 012 -78 Нормативные значения средней мощности и уровня средней мощности вибрации 3. СН 3044 -84 Санитарные нормы вибрации рабочих мест. M. : Изд-во стандартов. 1984. 4. ГОСТ 12. 1. 812 -78 ССБТ. Вибрация. Общие требования
Скачать презентацию Вибрация Инженернотехнические средства защиты от вибрации Содержание
Вибрация-2-08122011,1.ppt