НОРМИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ

 

Производственная вибрация подразделяется на техническую – это вибрация самого оборудования, и гигиеническую – это вибрация опорных поверхностей рабочих мест, фундаментов оборудования, кабин транспортных машин, ручек управления и инструмента, воздействующая непосредственно на человека.

Гигиеническая вибрация действует на человека в виде общей вибрации на весь организм и локальной вибрации, действующей главным образом на руки человека.

В свою очередь общая вибрация подразделяется на:

* транспортную, которая возникает в салоне или кабине машины при работе двигателя;

* транспортно-технологическую, которая возникает в кабине управления при работе грузоподъемных машин, выполняющих технологические операции в стационарном положении.

* технологическую, которая возникает при работе стационарных машин, станков, насосных агрегатов и другого оборудования.

В соответствии с ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ «Вибрационная безопасность.Общие требования». производится следующее нормирование гигиенической вибрации.

Весь нормируемый частотный диапазон вибрации заключен в 11 октавных полюсах со следующими среднегеометрическими значениями – ¦_ср:

 

Таблица 5.1

 

¦ср, Гц						31, 5
¦1, Гц	0, 8	1, 4	2, 8	5, 6	11, 2	22, 4
¦2, Гц	1, 4	2, 8	5, 6	11, 2	22, 4

 

Частотные полосы (спектры) сформированы по принципу ¦₁/¦₂ = 2, и начиная с 8-ой полосы, третий знак сделан кратным 5 или 0. Среднегеометрическая частота ¦_ср в каждой полосе определена по формуле:

_____

¦_ср = Ö ¦₁¦₂,

 

где ¦₁ и ¦₂ – граничные частоты, при этом отношение ¦₁/¦₂ = 2.

При больших частотах ¦ > 1400 Гц любая вибрация действует отрицательно на человека и не нормируется (не допускается).

Гигиеническое нормирование – это допустимый уровень виброскорости U_m, воздействующий на человека при общей и локальной вибрациях.

Полоса с частотой ¦_СР = 63 Гц считается базовой, при этом вибрации в других полосах сравнивают с вибрацией в базовой полосе.

Из рис. 5.1 и 5.2 видно, что наибольшую опасность представляет общая вибрация, действующая на весь организм, так как допустимая область общей вибрации и по абсолютным значениям уровней виброскорости и по площади занимаемой на графике значительно меньше тех же параметров в локальной вибрации. Некоторые критические величины вибрации, действующие на человека: f = 0.7 Гц – морская болезнь, f = 6...9 Гц – резонанс внутренних органов, f = 25 Гц – резонанс головы человека.

 

Рис. 5.1. Общая вибрация Рис. 5.2. Локальная вибрация

в производственных помещениях

 

По направлению действия на человека различают вибрацию вертикальную, действующую вдоль тела по позвоночнику – ось Z, горизонтальную, действующую перпендикулярно грудной клетке – ось Х, и горизонтальную, действующую по плечевому поясу – ось Y. Наибольшую опасность представляет вибрация, действующая по оси Y по плечевому поясу, например, в кабинах транспортных машин, в которых вибрация распространяется в горизонтальном направлении по осям X и Y.

При локальной вибрации, действующей на руки при работе, например с пневмомолотком, ось Z совмещается с направлением усилия работающего (сверху вниз), а ось X совмещается с осью обхвата рукой рукоятки, ось Y в этом случае не нужна.

 

5.3. АНАЛИЗ ПРОСТЕЙШЕЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

В общем виде для одномассовой колебательной системы существуют шесть степеней свободы, n = 6, из которых три степени имеют продольные направления вдоль осей Х, Y и Z, а другие три имеют крутильные направления относительно соответствующих осей.

Рассмотрим простейшую одномассовую колебательную систему с одной степенью свободы, действующей по оси X, с пружиной растяжения, жестко закрепленной на одном конце (рис. 5.3.).

Рис. 5.3. Колебательная система:

1 – упругий элемент – пружина растяжения с коэффициентом жесткости К, Н/м;
2 – масса колебательной системы m, кг; 3 – сопротивление колебательной системы
с коэффициентом сопротивления m, H× с/м; х, v – смещение и скорость колебательного
процесса, мм, мм/с; 4 – сила внешнего воздействия F _В, H

 

Определим силы, действующие в колебательной системе.
Сила инерции из 2-го закона Ньютона: F_U = ma, (а - ускорение массы, м/с²).

Сила упругости пружины F _УП = ХК, H.

Сила сопротивления колебательной системы F _С = um.

Коэффициент сопротивления системы определяется, Н× с/м.

 

где h – коэффициент трения колебательной системы, включает в себя внешнее трение (вязкость масла в подшипниках, трение в электромагнитном поле) и внутреннее трение (трение в металлах, из которых изготовлены детали машины).

Сила внешнего воздействия: F _В = F_m sin (w t + j₀).

где F_m – амплитуда внешней силы, H; w – угловая частота колебательного процесса, Гц; t – время, с; j₀ – начальная фаза колебательного процесса, град.

Произведем сложение всех сил, результат представим в дифференциальной форме. Начальную фазу j₀ не учитываем.

(5.2)

 

Это уравнение простейшей колебательной системы. Решение этого уравнения после подстановки в него величины смещения х в комплексной форме
х = А_Мe ^{j w t} дает выражение для определения амплитуды виброскорости колебательного процесса, м/с.

 

(5.3)

 

Знаменатель представляет собой полное сопротивление системы - импеданс, H× c/м.

, (5.4)

 

 

где m – активное сопротивление; m w – k /w – реактивное сопротивление; m w – инерционная составляющая реактивного сопротивления; k /w – упругая составляющая реактивного сопротивления.

Определим амплитуду виброскорости в различных областях работы машины.

· Резонансная область работы машины, w = w ₀ . Известно, в резонансе реактивное сопротивление равно 0, т.е. инерционная и упругая составляющие равны между собой, m w₀ – k /w₀ = 0,

отсюда

 

где w ₀ – резонансная угловая частота вращения машины.

При этом условии Z = m. Из формулы (5.3) следует V_m = F_m / m, подстав

ляя, получаем

(5.5)

 

· Зарезонансная область работы машины, т.е. w > w ₀ . Тогда m w > k /w.

В случае незначительной величины m полное сопротивление принимается равным инерционному:

Z = m w, тогда, подставляя Z в (5.3), получим:

 

V_m = F / m w. (5.6)

 

· Дорезонансная область работы машины, т.е. w < w₀ . Тогда m w < k /w.

При m близкой к нулю Z = k /w, а выражение (5.3) принимает вид:

 

V_m = F_m w/ к, (5.7)

 

Из (5.5), (5.6), (5.7) следуют выводы:

Во всех областях работы вращающихся машин для снижения вибрации, т.е. для уменьшения величины V_m, следует прежде всего уменьшать величину внешней силы F_m.

В резонансной области снижение вибрации достигается увеличением активного сопротивления: либо за счет увеличения жесткости колебательной системы k, либо за счет увеличения коэффициента трения h внешнего, например в подшипниках, или внутреннего в металлах, из которых изготавливается машина (5.5).

В зарезонансной области снижение вибрации достигается увеличением массы колебательной системы m, как правило, увеличением массы фундамента (5.6).

В дорезонансной области снижение вибрации достигается увеличением жесткости колебательной системы k (5.7).

Увеличение частоты вращения машины w в дорезонансной и резонансной областях работы приводит к увеличению вибрации (5.5 и 5.7). Увеличение частоты вращения машины в зарезонансной области работы приводит к уменьшению вибрации (5.7).

Сделанные выводы по снижению вибрации в различных областях работы машины можно представить графически на рис. 5.4.

 

 

 

Рис. 5.4. Резонансные характеристики колебательной системы:

m₁ > m₂ > m₃> m₄ = 0; X _ст = F_m/K – статический прогиб ротора машины при w = 0

 

Из рис. 5.4 следует, что наибольший эффект снижения вибрации достигается в резонансной области увеличением активного сопротивления m. В до и зарезонансных областях – увеличением параметров К и m – соответственно.