Мероприятия по борьбе с шумом и вибрацией во многом однотипны.
Прежде всего, необходимо обратить внимание на технологический процесс и оборудование, по возможности заменить операции, сопровождающиеся шумом или вибрацией, другими. В ряде случаев можно заменить ковку металла его штамповкой, клепку и чеканку - прессованием или электросваркой, наждачную зачистку металла - огневой, распиловку циркулярными пилами - резанием специальными ножницами и т.д. Необходимо следить, чтобы при такой замене не создавались какие-либо дополнительные вредности, которые могут оказывать на работающих более неблагоприятное действие, чем шум и вибрация.
Устранение или сокращение шума и вибрации от вращающихся или двигающихся узлов и агрегатов достигается, прежде всего, путем точной подгонки всех деталей и отладки их работы (уменьшение до минимума допусков между соединяющимися деталями, устранение перекосов, балансировка, своевременная смазка и т.п.). Под вращающиеся или вибрирующие машины или отдельные узлы (между соударяющимися деталями) следует прокладывать пружины или амортизирующий материал (резина, войлок, пробка, мягкие пластики и т.п.). В тех случаях, где допустимо по техническим условиям, целесообразно заменить подшипники качения на подшипники скольжения, плоскоременные передачи со вшивным ремнем - на клиновидные, редукторные передачи на безредукторные, детали и узлы с возвратно-поступательными движениями - на вращательные.
Не рекомендуется вращающиеся части машины (колеса, шестерни, валы и т.п.) размещать с одной ее стороны: это усложняет балансировку и приводит к вибрации. Вибрирующие большие поверхности, создающие шум (дребезжащие), такие, как кожухи, перекрытия, крышки, стенки котлов и цистерн при их.клепке или зачистке, галтовочные барабаны и т.п., следует более плотно соединять с неподвижными частями (основаниями), укладывать на амортизирующие подкладки или обтягивать подобным материалом сверху.
Для предупреждения завихрений воздушных или газовых потоков, создающих высокочастотные шумы, необходимо тщательно монтировать газовые и воздушные коммуникации и аппараты, особенно находящиеся под большим давлением, избегая шероховатостей внутренних поверхностей, выступающих частей, резких поворотов, неплотностей и т.п. Для выпуска сжатого воздуха или газа следует использовать не простые краны, а специальные задвижки типа Лудло. Давление воздуха или газа в системах нельзя повышать выше величин, необходимых для данного технологического процесса, для чего желательно устанавливать ограничители давления. Окружная скорость турбин вентиляторов и других вращающихся частей оборудования, увлекающих за собой воздушные потоки, не должна превышать 35-40 м/с. Соединения вентиляторов с воздуховодами, а в ряде случаев газовых и воздушных коммуникаций целесообразно производить мягкими переходами (резиновые, брезентовые рукава, резиновые прокладки на фланцах и т.п.). На выхлопах пневматических установок оборудуются шумоглушители.
Немаловажную роль в борьбе с шумом и вибрацией играют архитектурно-строительные и планировочные решения при проектировании и строительстве промышленных зданий. Прежде всего, необходимо наиболее шумящее и вибрирующее оборудование вынести за пределы производственных помещений, где находятся рабочие; если это оборудование требует постоянного или частого периодического наблюдения, на участке его размещения оборудуются звукоизолированные будки или комнаты для обслуживающего персонала.
Помещения с шумящим и вибрирующим оборудованием надо как можно лучше изолировать от остальных рабочих участков. Аналогичным образом целесообразно изолировать между собой и помещения или участки с шумами разной интенсивности и спектра. Стены и потолки в шумных помещениях покрываются звукопоглощающими материалами, акустической штукатуркой, мягкими драпировками, перфорированными панелями с подкладкой из шлаковаты и др.
Мощные машины и другое оборудование вращательного или ударного действия устанавливаются в нижнем этаже на специальном фундаменте, полностью отделенном от основного фундамента здания, а также пола и опорных конструкций. Подобное оборудование меньшей мощности устанавливается на несущих конструкциях здания с прокладками из амортизирующих материалов или на консолях, крепящихся на капитальных стенах. Оборудование, создающее шум, укрывается кожухами или заключается в изолированные кабины с звукопоглощающими покрытиями. Звукоизолируются также газовые или воздушные коммуникации, по которым может распространяться шум (от компрессоров, пневмоприводов, вентиляторов и т.п.).
В качестве индивидуальных защитных средств при работе в шумных помещениях используются различные противошумы (антифоны). Они изготовляются либо в виде вставляемых в наружный слуховой проход вкладышей из мягких звукопоглощающих материалов, либо в виде наушников, надеваемых на ушную раковину.
При работе в условиях воздействия общей вибрации под ноги рабочему ставится специальная виброгасящая (амортизирующая) площадка. При воздействии местной вибрации (чаще на руки) рукоятки и другие вибрирующие части машин и инструмента (например, пневмомолоток), соприкасающиеся с телом рабочего, покрываются резиной или другим мягким материалом. Виброгасящую роль играют и рукавицы. Мероприятия по борьбе с вибрацией предусматриваются не только при непосредственной работе с вибрирующими инструментами, машинами или другим оборудованием, но и при соприкосновении с деталями и инструментами, на которые распространяется вибрация от основного источника.
Необходимо организовать трудовой процесс таким образом, чтобы операции, сопровождающиеся шумом или вибрацией, чередовались с другими работами без этих факторов. Если организовать такое чередование невозможно, нужно предусматривать периодические кратковременные перерывы в работе с отключением шумящего или вибрирующего оборудования или удалением рабочих в другое помещение. Следует избегать значительных физических нагрузок, особенно статических напряжений, а также охлаждения рук и всего тела; во время перерывов обязательно делать физкультурные упражнения (физкультпаузы).
При приеме на работу, связанную с возможным воздействием шума или вибрации, проводятся обязательные предварительные медицинские осмотры, а в процессе работы - периодические медосмотры раз в год.
Общими методами снижения вибрации являются;
ослабление вибрации в источнике их образования за счет конструктивных, технологических и экспериментальных решений (технический метод);
снижение интенсивности вибраций на пути их распространения (технологический метод);
Устранение причин возникновения вибрации в машинах и механизмах конструктивными и технологическими решениями является наиболее рациональной мерой (устранение дисбаланса, люфтов, зазоров, замена кривошипно-шатунных механизмов на кулачковые и т.д.). Ослабление вибрации в источнике их образования осуществляется при изготовлении оборудования.
Снижение интенсивности вибрации на пути распространения можно осуществить демпфированием, динамическим гашением и виброизоляцией.
Виброизоляция - способ защиты от вибрации, заключающийся в уменьшении передачи вибрации от источников возбуждения защищаемому объекту при помощи дополнительных устройств упругой связи - фундаментов и виброизоляторов, помещаемых между ними. Эта упругая связь может использоваться для ослабления передачи вибрации от основания на человека либо на защищаемый агрегат.
Виброизоляторы бывают пружинными, резиновыми и комбинированными. Пружинные виброизоляторы по сравнению с резиновыми виброизоляторами имеют рад преимуществ, так как могут применяться для изоляции как низких, так и высоких частот, а также дольше сохраняют упругие свойства. В случае пропускания виброизоляторами высших частот (из-за малых внутренних потерь сталей), их устанавливают на прокладки из резины (комбинированный виброизолятор). Цельные резиновые прокладки должны иметь форму ребристых или дырчатых плит для обеспечения деформации в горизонтальной плоскости.
Виброизоляция также осуществляется применением гибких вставок в коммуникациях воздуховодов, несущих конструкциях зданий, в ручном механизированном инструменте.
Основным показателем, определяющим виброизоляции машины, агрегата, установленной на виброизоляции с определенной жесткостью и массой, является коэффициент передачи или коэффициент виброизоляции. Он показывает, какая доля динамической силы или ускорения от общей силы или ускорения действующих со стороны машины, передается виброизоляторами фундаменту или основанию.
Частота возмущающей силы; в случае неуравновешенности ротора машины (электродвигателя, вентилятора и т.д.).
где n - частота вращения, об/мин., m - номер гармоник (m =, 2, 3, …) могут бить и другие частоты возмущающих сил.
Частота собственных колебаний машины
Статическая осадка виброизолятора (пружины, резины) под действием собственной массы М машины, см. Ее можно определить -
xcтат = g /(2рf 0)І.
Чем больше статическая осадка, тем ниже собственная частота и тем эффективнее виброизоляция.
Изоляторы - амортизаторы начинают приносить эффект (КП<1)лишь при частоте возмущения
При f ? виброизоляторы передают полностью вибрации фундаменту (КП=1)или даже усиливают их (КП>1). Эффект виброизоляции тем выше, чем больше отношение f/f 0 .
Следовательно, для лучшей виброизоляции фундамента от вибрации машин при известной частоте возмущающей силы f необходимо уменьшить частоту собственных колебаний машины на виброизоляторах f 0 для получения больших отношений f/f 0 , что достигается либо увеличением массы машины [M], либо снижением жесткости виброизоляции "c". При известной же собственной частоте f 0 - эффект виброизоляции будет выше, чем больше возмущающая частота f по сравнению с частотой f 0 .
Виброизоляция будет эффективней, если фундамент, на котором монтируется агрегат, обладает достаточной массивностью. Это требование выполняется в тех случаях, когда выполняется условие
(fp2/f 2- 1)M/4m > 10,
где fp - ближайшая к частоте вынуждающей силы собственная частота колебаний фундамента; М - масса фундамента (кг); m - масса изолирующего агрегата (кг).
Значение КП для эффективной изоляции колеблется в пределах 1/8 1/6 при отношении вынужденной частоты к собственной частоте системы, равном 3 - 4.
Для изоляции человека от вибрирующего оборудования используют виброгашение. Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта при введении в систему дополнительных реактивных сопротивлений. Чаще - это достигается при установке агрегатов на виброгасящие основания. Массу фундамента подбирают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений - 0,005 мм.
Ослабление передачи вибрации на фундамент обычно характеризуется величиной виброизоляции (ВИ).
ВИ = ?Z = Z01-Z02 =
Но чаще в качестве критерия параметра вибрации используется амплитуда колебания. Она используется для ограничения вибрации агрегатов и фундаментов - определяет действующие динамические силы.
где знак "1" - относится к параметрам вибрации до мероприятий, а "2" - после мероприятий, после виброзащиты.
Если известен уровень колебательной скорости агрегата и нормированное значение уровня виброскорости Zнорм, то можно определить потребную величину снижения логарифмического уровня виброскорости
Вибродемпфирование - вибропоглощение - процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний колеблющейся системы в тепловую энергию в процессе рассеяния энергии в окружающее пространство, а также в материале упругих элементов. Эти потери вызываются силами трения - диссипативными силами, на преодоление которых непрерывно и необходимо расходуется энергия источника вибрации.
Если рассеяние энергии происходит в вязкой среди, то диссипативная сила прямо пропорциональна виброскорости и носит название демпфирующей.
Вибродемпфирование заключается в уменьшении уровня вибрации защищаемого объекта за счет превращения энергии механических колебаний колеблющейся системы в тепловую.
связь между виброскоростью и вынуждающей силой, где Fm - вынуждающая сила;
м - коэффициент сопротивления, активная составляющая сопротивления вибрации;
(mщ - с/щ)- реактивная часть сопротивления;
mщ - инерционное сопротивление (масса на угловую частоту);
с/щ - упругое сопротивление (коэффициент жесткости на угловую частоту);
Механический импеданс системы.
Вибродемпфирование определяется коэффициентом сопротивления системы "м", с изменением которого изменяется механический импеданс системы. Чем выше, тем большего эффекта вибродемпферования можно достичь.
Для вибродемпфирования используются материалы с большим внутренним трением (пластмассы, дерево, резина и др.). На вибрирующие поверхности накосятся упруговязкие материалы - мастики.
Для борьбы с акустической вибрацией систем вентиляции и кондиционирования воздуха воздуховоды присоединяются к вентиляторам через гибкие вставки, при переходе через строительные конструкции на воздуховоды надеваются амортизирующие муфты и прокладки.
Вибродемпфирование осуществляется:
- - путем изготовления колеблющихся объектов из материалов с высоким коэффициентом потерь, т.е. из композиционных материалов: двухслойных - "сталь-алюминий", из сплавов Cu - Ni, Ni - Co, а также на металле пластмассовые покрытия и т.д. Вибродемпфирующие материалы характеризуются коэффициентом потерь "з": сплавы "Cu - Ni" - 0,02-0,1; слоистых материалов - 0,15-0,40; резин, мягких пластмасс - 0,05 - 0,5; мастик - 0,3 - 0,45.
- - нанесением на колеблющиеся объекты материалов с высоким коэффициентом потерь.
Действие таких покрытий основаны на ослаблении вибрации переводом колебательной энергии в тепловую при деформации покрытий.
Вибропоглащающие покрытия делятся на жесткие и мягкие покрытия.
Жесткие - рубероид, пластмасса, битомизированный войлок, стеклоизоляция.
Мягкие - мягкие пластмассы, резина, пенопластмассы.
Мастики - Антивибрит, ВД 17 - 58.
Динамическое гашение - виброгашение - ослабление колебаний посредством присоединения к системе дополнительных реактивных импедансов - дополнительная колебательная система, собственная частота, которой настроена, на основную частоту агрегата. В этом случае подбором массы и жесткости виброгасителя снижают вибрацию.
В направлении распространения вибрацию снижают, используя дополнительные устройства, встраиваемые в конструкцию машины, применяя демпфирующие покрытия, а также используя антифазную синхронизацию двух или нескольких источников возбуждения.
Средства динамического виброгашения по принципу действия подразделяются на динамические (пружинные, маятниковые, действующие в противофазе к колебательной системе) и ударные (пружинные, маятниковые - как глушители шума).
Динамическое виброгашение осуществляется также при установке агрегата на массивном фундаменте.
Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе к колебаниям агрегата.
Без учета трения должно выполняться условие:
где f - частота собственных колебаний машины (агрегата); f 0 - возбуждающаяся частота.
Недостатком динамического гашения является то, что гасители действует только по определенной частоте, соответствующей его резонансному режиму колебания: маятниковые или ударные виброгасители для гашения колебаний с частотой 0,4 - 2,0 Гц; пружинные - 2,0 - 10,0 Гц; плавающие - выше 10 Гц.
Общими методами снижения вибрации являются;
Ослабление вибрации в источнике их образования за счет конструктивных, технологических и экспериментальных решений (технический метод);
Снижение интенсивности вибраций на пути их распространения (технологический метод);
Устранение причин возникновения вибрации в машинах и механизмах конструктивными и технологическими решениями является наиболее рациональной мерой (устранение дисбаланса, люфтов, зазоров, замена кривошипно-шатунных механизмов на кулачковые и т.д.). Ослабление вибрации в источнике их образования осуществляется при изготовлении оборудования.
Снижение интенсивности вибрации на пути распространения можно осуществить демпфированием, динамическим гашением и виброизоляцией.
Виброизоляция - способ защиты от вибрации, заключающийся в уменьшении передачи вибрации от источников возбуждения защищаемому объекту при помощи дополнительных устройств упругой связи - фундаментов и виброизоляторов, помещаемых между ними. Эта упругая связь может использоваться для ослабления передачи вибрации от основания на человека либо на защищаемый агрегат.
Виброизоляторы бывают пружинными, резиновыми и комбинированными. Пружинные виброизоляторы по сравнению с резиновыми виброизоляторами имеют рад преимуществ, так как могут применяться для изоляции как низких, так и высоких частот, а также дольше сохраняют упругие свойства. В случае пропускания виброизоляторами высших частот (из-за малых внутренних потерь сталей), их устанавливают на прокладки из резины (комбинированный виброизолятор). Цельные резиновые прокладки должны иметь форму ребристых или дырчатых плит для обеспечения деформации в горизонтальной плоскости.
Виброизоляция также осуществляется применением гибких вставок в коммуникациях воздуховодов, несущих конструкциях зданий, в ручном механизированном инструменте.
Основным показателем, определяющим виброизоляции машины, агрегата, установленной на виброизоляции с определенной жесткостью и массой, является коэффициент передачи или коэффициент виброизоляции. Он показывает, какая доля динамической силы или ускорения от общей силы или ускорения действующих со стороны машины, передается виброизоляторами фундаменту или основанию.
где f = ω/2π - частота возмущающей силы; в случае неуравновешенности ротора машины (электродвигателя, вентилятора и т.д.).
f =nm/60, где n - частота вращения, об/мин., m - номер гармоник (m = , 2, 3, …) могут бить и другие частоты возмущающих сил.
Частота собственных колебаний машины
где x c тат = mg/c - статическая осадка виброизолятора (пружины, резины) под действием собственной массы М машины, см. Ее можно определить – x c тат = g /(2πf 0)².
Чем больше статическая осадка, тем ниже собственная частота и тем эффективнее виброизоляция.
Изоляторы - амортизаторы начинают приносить эффект (КП<1)лишь при частоте возмущения f эф > f =
При f ≤ виброизоляторы передают полностью вибрации фундаменту (КП=1)или даже усиливают их (КП>1). Эффект виброизоляции тем выше, чем больше отношение f/f0.
Следовательно, для лучшей виброизоляции фундамента от вибрации машин при известной частоте возмущающей силы f необходимо уменьшить частоту собственных колебаний машины на виброизоляторах f 0 для получения больших отношений f/f 0 , что достигается либо увеличением массы машины [M], либо снижением жесткости виброизоляции "c". При известной же собственной частоте f 0 - эффект виброизоляции будет выше, чем больше возмущающая частота f по сравнению с частотой f 0 .
Виброизоляция будет эффективней, если фундамент, на котором монтируется агрегат, обладает достаточной массивностью. Это требование выполняется в тех случаях, когда выполняется условие
(f p 2 /f 2 - 1)M/4m > 10,
где fp - ближайшая к частоте вынуждающей силы собственная частота колебаний фундамента; М - масса фундамента (кг); m - масса изолирующего агрегата (кг).
Значение КП для эффективной изоляции колеблется в пределах 1/8 ¸ 1/6 при отношении вынужденной частоты к собственной частоте системы, равном 3 - 4.
Для изоляции человека от вибрирующего оборудования используют виброгашение. Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта при введении в систему дополнительных реактивных сопротивлений. Чаще - это достигается при установке агрегатов на виброгасящие основания. Массу фундамента подбирают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений - 0,005 мм.
Ослабление передачи вибрации на фундамент обычно характеризуется величиной виброизоляции (ВИ).
ВИ = ∆Z = Z 01 -Z 02 = 
Но чаще в качестве критерия параметра вибрации используется амплитуда колебания. Она используется для ограничения вибрации агрегатов и фундаментов - определяет действующие динамические силы.
где знак "1" - относится к параметрам вибрации до мероприятий, а "2" - после мероприятий, после виброзащиты.
ВИ = ∆Z = 
Если известен уровень колебательной скорости агрегата и нормированное значение уровня виброскорости Z норм, то можно определить потребную величину снижения логарифмического уровня виброскорости ∆Z = Z - Z нор.
Вибродемпфирование - вибропоглощение - процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний колеблющейся системы в тепловую энергию в процессе рассеяния энергии в окружающее пространство, а также в материале упругих элементов. Эти потери вызываются силами трения – диссипативными силами, на преодоление которых непрерывно и необходимо расходуется энергия источника вибрации.
Если рассеяние энергии происходит в вязкой среди, то диссипативная сила прямо пропорциональна виброскорости и носит название демпфирующей.
Вибродемпфирование заключается в уменьшении уровня вибрации защищаемого объекта за счет превращения энергии механических колебаний колеблющейся системы в тепловую.
связь между виброскоростью и вынуждающей силой, где F m - вынуждающая сила;
μ - коэффициент сопротивления, активная составляющая сопротивления вибрации;
(mω - с/ω)- реактивная часть сопротивления;
mω - инерционное сопротивление (масса на угловую частоту);
с/ω - упругое сопротивление (коэффициент жесткости на угловую частоту);
- механический импеданс системы.
Вибродемпфирование определяется коэффициентом сопротивления системы "μ", с изменением которого изменяется механический импеданс системы. Чем выше m, тем большего эффекта вибродемпферования можно достичь.
Для вибродемпфирования используются материалы с большим внутренним трением (пластмассы, дерево, резина и др.). На вибрирующие поверхности накосятся упруговязкие материалы - мастики.
Для борьбы с акустической вибрацией систем вентиляции и кондиционирования воздуха воздуховоды присоединяются к вентиляторам через гибкие вставки, при переходе через строительные конструкции на воздуховоды надеваются амортизирующие муфты и прокладки.
Вибродемпфирование осуществляется:
Путем изготовления колеблющихся объектов из материалов с высоким коэффициентом потерь, т.е. из композиционных материалов: двухслойных - "сталь-алюминий", из сплавов Cu – Ni, Ni – Co, а также на металле пластмассовые покрытия и т.д. Вибродемпфирующие материалы характеризуются коэффициентом потерь "η": сплавы "Cu - Ni" - 0,02-0,1; слоистых материалов - 0,15-0,40; резин, мягких пластмасс – 0,05 - 0,5; мастик - 0,3 - 0,45.
Нанесением на колеблющиеся объекты материалов с высоким коэффициентом потерь.
Действие таких покрытий основаны на ослаблении вибрации переводом колебательной энергии в тепловую при деформации покрытий.
Вибропоглащающие покрытия делятся на жесткие и мягкие покрытия.
Жесткие – рубероид, пластмасса, битомизированный войлок, стеклоизоляция.
Мягкие – мягкие пластмассы, резина, пенопластмассы.
Мастики – Антивибрит, ВД 17 – 58.
Динамическое гашение - виброгашение - ослабление колебаний посредством присоединения к системе дополнительных реактивных импедансов - дополнительная колебательная система, собственная частота, которой настроена, на основную частоту агрегата. В этом случае подбором массы и жесткости виброгасителя снижают вибрацию.
В направлении распространения вибрацию снижают, используя дополнительные устройства, встраиваемые в конструкцию машины, применяя демпфирующие покрытия, а также используя антифазную синхронизацию двух или нескольких источников возбуждения.
Средства динамического виброгашения по принципу действия подразделяются на динамические (пружинные, маятниковые, действующие в противофазе к колебательной системе) и ударные (пружинные, маятниковые - как глушители шума).
Динамическое виброгашение осуществляется также при установке агрегата на массивном фундаменте.
Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе к колебаниям агрегата.
Без учета трения должно выполняться условие:
где f - частота собственных колебаний машины (агрегата); f 0 - возбуждающаяся частота.
Недостатком динамического гашения является то, что гасители действует только по определенной частоте, соответствующей его резонансному режиму колебания: маятниковые или ударные виброгасители для гашения колебаний с частотой 0,4 - 2,0 Гц; пружинные - 2,0 - 10,0 Гц; плавающие – выше 10 Гц.
Общими методами снижения вибрации являются;
ослабление вибрации в источнике их образования за счет конструктивных, технологических и экспериментальных решений (технический метод);
снижение интенсивности вибраций на пути их распространения (технологический метод);
Устранение причин возникновения вибрации в машинах и механизмах конструктивными и технологическими решениями является наиболее рациональной мерой (устранение дисбаланса, люфтов, зазоров, замена кривошипно-шатунных механизмов на кулачковые и т.д.). Ослабление вибрации в источнике их образования осуществляется при изготовлении оборудования.
Снижение интенсивности вибрации на пути распространения можно осуществить демпфированием, динамическим гашением и виброизоляцией.
Виброизоляция - способ защиты от вибрации, заключающийся в уменьшении передачи вибрации от источников возбуждения защищаемому объекту при помощи дополнительных устройств упругой связи - фундаментов и виброизоляторов, помещаемых между ними. Эта упругая связь может использоваться для ослабления передачи вибрации от основания на человека либо на защищаемый агрегат.
Виброизоляторы бывают пружинными, резиновыми и комбинированными. Пружинные виброизоляторы по сравнению с резиновыми виброизоляторами имеют рад преимуществ, так как могут применяться для изоляции как низких, так и высоких частот, а также дольше сохраняют упругие свойства. В случае пропускания виброизоляторами высших частот (из-за малых внутренних потерь сталей), их устанавливают на прокладки из резины (комбинированный виброизолятор). Цельные резиновые прокладки должны иметь форму ребристых или дырчатых плит для обеспечения деформации в горизонтальной плоскости.
Виброизоляция также осуществляется применением гибких вставок в коммуникациях воздуховодов, несущих конструкциях зданий, в ручном механизированном инструменте.
Основным показателем, определяющим виброизоляции машины, агрегата, установленной на виброизоляции с определенной жесткостью и массой, является коэффициент передачи или коэффициент виброизоляции. Он показывает, какая доля динамической силы или ускорения от общей силы или ускорения действующих со стороны машины, передается виброизоляторами фундаменту или основанию.
где f = ω/2π - частота возмущающей силы; в случае неуравновешенности ротора машины (электродвигателя, вентилятора и т.д.).
f =nm/60, где n - частота вращения, об/мин., m - номер гармоник (m = , 2, 3, …) могут бить и другие частоты возмущающих сил.
Частота собственных колебаний машины
где x c тат = mg/c - статическая осадка виброизолятора (пружины, резины) под действием собственной массы М машины, см. Ее можно определить – x c тат = g /(2πf 0)².
Чем больше статическая осадка, тем ниже собственная частота и тем эффективнее виброизоляция.
Изоляторы
- амортизаторы начинают приносить эффект
(КП<1)лишь при частоте возмущения f эф
> f
=
При
f
≤
виброизоляторы передают полностью
вибрации фундаменту (КП=1)или даже
усиливают их (КП>1). Эффект виброизоляции
тем выше, чем больше отношение f/f0.
Следовательно, для лучшей виброизоляции фундамента от вибрации машин при известной частоте возмущающей силы f необходимо уменьшить частоту собственных колебаний машины на виброизоляторах f 0 для получения больших отношений f/f 0 , что достигается либо увеличением массы машины [M], либо снижением жесткости виброизоляции "c". При известной же собственной частоте f 0 - эффект виброизоляции будет выше, чем больше возмущающая частота f по сравнению с частотой f 0 .
Виброизоляция будет эффективней, если фундамент, на котором монтируется агрегат, обладает достаточной массивностью. Это требование выполняется в тех случаях, когда выполняется условие
(f p 2 /f 2 - 1)M/4m > 10,
где fp - ближайшая к частоте вынуждающей силы собственная частота колебаний фундамента; М - масса фундамента (кг); m - масса изолирующего агрегата (кг).
Значение КП для эффективной изоляции колеблется в пределах 1/8 1/6 при отношении вынужденной частоты к собственной частоте системы, равном 3 - 4.
Для изоляции человека от вибрирующего оборудования используют виброгашение. Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта при введении в систему дополнительных реактивных сопротивлений. Чаще - это достигается при установке агрегатов на виброгасящие основания. Массу фундамента подбирают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений - 0,005 мм.
Ослабление передачи вибрации на фундамент обычно характеризуется величиной виброизоляции (ВИ).
ВИ
= ∆Z
= Z 01 -Z 02
=
Но чаще в качестве критерия параметра вибрации используется амплитуда колебания. Она используется для ограничения вибрации агрегатов и фундаментов - определяет действующие динамические силы.
ВИ
=
∆Z
=
где знак "1" - относится к параметрам вибрации до мероприятий, а "2" - после мероприятий, после виброзащиты.
ВИ
= ∆Z
=
Если известен уровень колебательной скорости агрегата и нормированное значение уровня виброскорости Z норм, то можно определить потребную величину снижения логарифмического уровня виброскорости ∆Z = Z - Z нор.
Вибродемпфирование - вибропоглощение - процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний колеблющейся системы в тепловую энергию в процессе рассеяния энергии в окружающее пространство, а также в материале упругих элементов. Эти потери вызываются силами трения – диссипативными силами, на преодоление которых непрерывно и необходимо расходуется энергия источника вибрации.
Если рассеяние энергии происходит в вязкой среди, то диссипативная сила прямо пропорциональна виброскорости и носит название демпфирующей.
Вибродемпфирование заключается в уменьшении уровня вибрации защищаемого объекта за счет превращения энергии механических колебаний колеблющейся системы в тепловую.
связь между виброскоростью и вынуждающей силой, где F m - вынуждающая сила;
μ - коэффициент сопротивления, активная составляющая сопротивления вибрации;
(mω - с/ω)- реактивная часть сопротивления;
mω - инерционное сопротивление (масса на угловую частоту);
с/ω - упругое сопротивление (коэффициент жесткости на угловую частоту);
- механический
импеданс системы.
Вибродемпфирование определяется коэффициентом сопротивления системы "μ", с изменением которого изменяется механический импеданс системы. Чем выше , тем большего эффекта вибродемпферования можно достичь.
Для вибродемпфирования используются материалы с большим внутренним трением (пластмассы, дерево, резина и др.). На вибрирующие поверхности накосятся упруговязкие материалы - мастики.
Для борьбы с акустической вибрацией систем вентиляции и кондиционирования воздуха воздуховоды присоединяются к вентиляторам через гибкие вставки, при переходе через строительные конструкции на воздуховоды надеваются амортизирующие муфты и прокладки.
Вибродемпфирование осуществляется:
Путем изготовления колеблющихся объектов из материалов с высоким коэффициентом потерь, т.е. из композиционных материалов: двухслойных - "сталь-алюминий", из сплавов Cu – Ni, Ni – Co, а также на металле пластмассовые покрытия и т.д. Вибродемпфирующие материалы характеризуются коэффициентом потерь "η": сплавы "Cu - Ni" - 0,02-0,1; слоистых материалов - 0,15-0,40; резин, мягких пластмасс – 0,05 - 0,5; мастик - 0,3 - 0,45.
Нанесением на колеблющиеся объекты материалов с высоким коэффициентом потерь.
Действие таких покрытий основаны на ослаблении вибрации переводом колебательной энергии в тепловую при деформации покрытий.
Вибропоглащающие покрытия делятся на жесткие и мягкие покрытия.
Жесткие – рубероид, пластмасса, битомизированный войлок, стеклоизоляция.
Мягкие – мягкие пластмассы, резина, пенопластмассы.
Мастики – Антивибрит, ВД 17 – 58.
Динамическое гашение - виброгашение - ослабление колебаний посредством присоединения к системе дополнительных реактивных импедансов - дополнительная колебательная система, собственная частота, которой настроена, на основную частоту агрегата. В этом случае подбором массы и жесткости виброгасителя снижают вибрацию.
В направлении распространения вибрацию снижают, используя дополнительные устройства, встраиваемые в конструкцию машины, применяя демпфирующие покрытия, а также используя антифазную синхронизацию двух или нескольких источников возбуждения.
Средства динамического виброгашения по принципу действия подразделяются на динамические (пружинные, маятниковые, действующие в противофазе к колебательной системе) и ударные (пружинные, маятниковые - как глушители шума).
Динамическое виброгашение осуществляется также при установке агрегата на массивном фундаменте.
Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе к колебаниям агрегата.
Без учета трения должно выполняться условие:
где f - частота собственных колебаний машины (агрегата); f 0 - возбуждающаяся частота.
Недостатком динамического гашения является то, что гасители действует только по определенной частоте, соответствующей его резонансному режиму колебания: маятниковые или ударные виброгасители для гашения колебаний с частотой 0,4 - 2,0 Гц; пружинные - 2,0 - 10,0 Гц; плавающие – выше 10 Гц.
Мероприятия по борьбе с вибрацией должны разрабатываться в процессе проектирования предприятия с учетом амплитудно-частотных характеристик оборудования, предусмотренного для производства.
Наиболее распространенными и эффективными методами снижения вибрации являются виброизоляция и вибропоглощение.
Виброизолирующие конструкции предотвращают распространение вибрации от источника ее образования на человека и строительные конструкции здания.
Используют два типа виброизолирующих устройств - фундаменты и виброизоляторы. Фундаменты снижают вибрацию за счет своей массы, виброизоляторы - за счет деформации упругих элементов -амортизаторов.
Основная цель виброизоляции сводится к уменьшению амплитуды колебаний.
Оборудование, создающее значительные нагрузки (компрессоры, вентиляторы высокого давления и др.), рекомендуют устанавливать на отдельные фундаменты, не связанные с каркасом здания. Для этой цели выполняют фундаменты двух типов - с акустическим швом и акустическим разрывом.
Виброизоляторы устраняют жесткую связь между источником вибрации и его основанием при помощи амортизаторов, выполненных в виде стальных пружин или упругих прокладок (резины, пеноэласта и др.).
Для снижения низкочастотной вибрации до 16 Гц применяют стальные пружинные виброизоляторы, так как в силу малых внутренних потерь они способны пропускать колебания высоких частот.
Упругие виброизоляторы наиболее эффективны для машин и механизмов, число оборотов рабочих органов которых более 1800 об/мин. Эффективность упругих виброизоляторов определяется статическим прогибом под весом действующей на них нагрузки. Чем больше прогиб, тем выше виброизоляция.
Применяя амортизаторы из резины, необходимо учитывать ее малую сжимаемость, обусловленную боковыми деформациями. В связи с этим резиновые амортизаторы должны иметь форму, допускающую свободное растягивание резины в стороны, например форму ребристых или дырчатых плит. Использование сплошного резинового листа в качестве амортизатора никакого эффекта виброизоляции не даст. В этом случае изоляцию следует выполнять в виде ленты, ширина которой не должна превышать толщину более чем в 2 ... 3 раза, что позволит резине при ее осадке расширяться в стороны.
Учитывая достоинства и недостатки пружинных и резиновых амортизаторов, широкое применение на практике нашли комбинированные пружинно-резиновые виброизоляторы (рис.).
Рис. Пружинный и комбинированный виброизоляторы: а - цилиндрический пружинный амортизатор; б - пружинно-резиновый амортизатор
Пружина в комбинированных виброизоляторах обеспечивает их большую механическую прочность и осуществляет гашение низкочастотного спектра вибрации, а резиновая часть (стакан) улучшает изоляцию вибрации в области высоких частот и снижает шум.
Виброизоляцию в производственных помещениях можно осуществлять упругими элементами, вмонтированными в места прохода через стены трубопроводов различного технологического назначения, в том числе воздуховодов вентиляционной системы (рис.).
Рис. Устройство для виброизоляции трубопроводов при их проходе через стену: 1 - стена или перекрытие; 2 - разрезной фланец; 3 - трубопровод; 4 - эластичная прокладка; 5 - обрамление проема (угловая сталь); 6 - пористый материал
В процессе проектирования виброизолирующих конструкций особое внимание необходимо уделить явлению резонанса, когда частота собственных и вынужденных колебаний совпадает или отношение этих частот приближается к 1. В этом случае коэффициент передачи возрастает и резко возрастает уровень вибрации. Таким образом, чем выше частота вибрации, тем легче осуществить виброизоляцию.
Вибропоглощение заключается в снижении вибрации за счет активных потерь или превращения колебательной энергии в другие ее виды. Этот метод в технике называют вибродемпфированием.
При демпфировании уменьшение амплитуды вибрации деталей оборудования достигается применением покрытия упруговязкими мастиками вибрирующих металлических поверхностей машин.
Наибольшее распространение получили мастики типа ВД-17-63, рекомендуемые для нанесения на корпуса вентиляторов, воздуховоды, кожухи и др. При этом уровень виброскорости снижается примерно на 5 ... 8 дБ.
Демпфирующие свойства мастик улучшаются, если их применять в слоистых конструкциях, т. е. чередуя слои мастики с такими материалами, как, например, фольга.
