Исследование вибрации на рабочих местах

Цель работы

Освоение методов измерения параметров механических колебаний и оценка вредности вибрации.

Задачи работы

1. Ознакомиться с основными видами вибрации, с воздействиями вибрации на организм человека;

 2. Изучить основные принципы работы и правила пользования прибором ВШВ -003-М.

3. С помощью приборов провести замеры виброскорости и сравнить ее с нормативными параметрами.

4. Предложить методы снижения вибрации и защиту от ее действия.

Обеспечивающие средства

Для оценки вибрации применяются приборы:

-измеряющие вибрацию неэлектрическим методом – механические вибрографы-щупы ВР-1 и ВР-2;

-с преобразованием механических колебаний в электрические – виброметры типа ВИП-2; аппаратура УБП-1, УБП-1А, УБП-2;

-комплексы НВА-1 и ИШВ-1, ВШВ-003-М2;

-комплекты приборов фирмы RFT(ГДР), датской фирмы «Бюль и Кьер» и др. Все приборы этой группы снабжены вибродатчиками различных конструкций.

В данной работе используется прибор ВШВ-003-М2.

Общие требования к проведению измерений механических колебаний приведены в государственных стандартах [3, 4].

Для измерения колебаний на транспорте требуется размещать датчики на сидении и на полу у ног пассажиров и обслуживающего персонала. При определении эффективности виброизоляции датчик устанавливается на конструкции, на которой смонтировано сиденье. При измерении колебаний ручных машин, рукояток управления механизмами и обрабатываемых изделий (местная вибрация) датчики устанавливаются в местах их контакта с руками рабочего.

Измерения параметров вибрации проводятся в соответствии со стандартами. Требования к измерительным приборам, датчикам, методам обработки результатов измерения определены [3, 4].

Задание

Измерение параметров вибрации.

Измерить виброускорение в октавных полосах частот.

Выполнить расчет виброизоляторов из упругих материалов.

Требования к содержанию отчета

1. Измерение параметров вибрации.

Произвести соответствующие измерения исследуемых факторов производственной среды.

Данные замеров и расчетов свести в таблицу 10.1.

Таблица 10.1 - Измерение параметров вибрации

Номер замера	Вид амортизационного материала	Показание прибора		Расчетное значение уровня виброскорости, дБ	Предельно допустимое значение		Эффективность применения амортизационных средств, %
		вибро- ускорение, м/с2	виборо-скорость, мм/с		вибро- скорости, мм/с	уровня виброскоро-сти, дБ
1	Без средств амортизации						–
2

Дать рекомендации о снижении значений вибрации на рабочем месте.

2. Измерить виброускорение в октавных полосах частот. Данные замеров занести в таблицу 10.2.

Проанализировать данные таблицы 10.2 и сделать выводы о величине виброускорения на рабочем месте, сравнив опытные данные с допустимыми (Приложение таблица А.3).

 

Таблица 10.2  - Измерение виброускорения в октавных полосах

Значение	Виброускорение, м/с2, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
	1	2	4	8	16	31	63
Измеренное
Допустимое

 

3. Расчет виброизоляторов из упругих материалов

В лабораторной работе проводится расчет виброизоляторов из упругих материалов (упругих амортизаторов) в соответствии с предложенным преподавателем вариантом. Схема виброизоляции на примере вентиляционного агрегата приведена на рисунке 10.1.

 

1- фундамент; 2 - упругие прокладки; 3 – железобетонная плита; 4 – рама; 5 – вентилятор; 6 – патрубок из прорезиненной ткани; 7 – воздушная прослойка

 

Рисунок 10.1. Виброизоляция вентиляционного агрегата

 

Исходные данные для расчета, в соответствии с заданным вариантом, приведены в Приложении 10.4. Необходимо, чтобы частота собственных колебаний f₀ была ниже частоты возмущающей силы.

Частота возмущающей силы определяется по формуле:

                                       ,                                             (10.1)

 

где n– число оборотов двигателя, об/мин.

Частота собственных колебаний системы рассчитывается по выражению:

                                      ,                                              (10.2)

где λ – отношение частоты возмущающей силы к частоте собственных колебаний амортизируемого объекта.

Статическая осадка амортизаторов под действием массы установки вычисляется по уравнению, м:

                                                                             (10.3)

Толщина упругого материала амортизаторов определяется по формуле, м:

                                   ,                                 (10.4)

где Е_д– динамический модуль упругости материала, Н/м²;

δ – допустимое напряжение в упругом материале, Н/м².

Площадь поверхности амортизаторов под установку массой Р рассчитывается по выражению, м²:

                                   .                                               (10.5)

Размеры отдельных прокладок из упругого материала определяются исходя из условия равномерного распределения массы на все прокладки. Площадь каждого амортизатора (прокладки из упругого материала) рассчитывается по формуле, м²:

                                     ,                                              (10.6)

где N– количество виброизоляторов.

Коэффициент виброизоляции, показывающий, какая часть динамических сил передается фундаменту рассчитывается по выражению, %:

                                                                           (10.7)

По результатам расчета сделать выводы об эффективности виброизоляторов.

Основные термины и определения

 

1. Вибрация – это малыемеханические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля. Причинами возникновения вибрации являются неуравновешенные силовые воздействия, источниками которых служат:

1. возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, вибротрамбовки);

2. неуравновешенные вращающиеся массы (ручные электрические и пневматические инструменты).

Неуравновешенные силы появляются в результате дисбаланса, причиной которого может быть неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения

При вибрации происходит поочередное возрастание и убывание амплитуды и частоты колебаний. Основными параметрами вибрации являются: частота колебаний – f (Гц), виброскорость - v (м/с), амплитуда смещения - l (м), виброускорение – а (м/с ²), период колебания (время, в течение которого совершается одно полное колебание) – Т (с).

2. В соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.566 – 96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» вибрация, воздействующая на человека, классифицируется следующим образом.

 

По способу передачи:

- общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека;

- локальную, предающуюся через руки человека, на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочего стола.

По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с

направлением осей ортогональной системы координат:

-общую вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат Xо, Yо, Zo, где Хо (от спины к груди) и Yo (от правого плеча к левому) - горизонтальные оси, направленные параллельно опорным поверхностям; Zo - вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т.п. Направление координатных осей показаны на рисунке 10.2  а, б.

 

 

Общая вибрация:

а) положение стоя б) положение сидя

Рисунок 10.2 – Воздействие общей вибрации

 

-локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей

ортогональной системы координат X_р, Y_р, Z_р, где ось X_р параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т.п .), ось Y_р перпендикулярна ладони, а ось Z_р лежит в плоскости, образованной осью X_р и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается) (рисунок 10.3 а, б).

     По временной характеристике различают:

1. постоянную вибрацию, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ);

2. непостоянную вибрацию, изменяющуюся по контролируемым параметрам более чем на 6дБ.

а) локальная вибрация при обхвате торцевых поверхностей

б) локальная вибрация при обхвате сферических поверхностей

 

Рисунок 10.3 - Направление координатных осей при действии    локальной вибрации

Общую вибрацию по источнику ее возникновения подразделяют на следующие категории:

1. В жилых помещениях и общественных зданиях – городской рельсовый транспорт и автотранспорт, промышленные предприятия, лифты, вентиляционные системы, холодильники;

 

2. На производстве:

1 категория – транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, при движении по дорогам, при строительстве дорог. К источникам транспортной вибрации относятся сельскохозяйственные и промышленные тракторы, грузовые автомобили, снегоочистители.

2 категория – транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов машин с ограниченным перемещением только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относятся экскаваторы, промышленные и строительные краны, напольный производственный транспорт.

3 категория – технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относятся металло- и деревообрабатывающие станки, электрические машины, насосные агрегаты, вентиляторы, оборудование для бурения скважин и т.д.

Общую вибрация 3 - й категории по месту действия подразделяют на следующие типы:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений пред­приятий;

б) на рабочих местах производственных помещений, где нет машин, генерирующих виб­рацию (в столовых, бытовых, дежурных, на складах и других;

в) на рабочих местах для работников умственного труда в помещениях заводоуправления, конструктор­ских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других поме­щениях.

г) по характеру спектра вибрации выделяют:

- узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры в

1/3 октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах;

- широкополосные вибрации - с непрерывным спектром шириной

более одной октавы.

д) по частотному составу вибрации выделяют:

- низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот от 1 до 4 Гц для общих вибраций, от 8 до 16 Гц – для локальных вибраций);

- среднечастотные вибрации (от 8 до 16 Гц - для общих вибраций, от 31,5 до 63 Гц - для локальных вибраций);

- высокочастотные вибрации (от 31,5 до 63 Гц - для общих вибраций, от 125 до 1000 Гц - для локальных вибраций).

е) по временным характеристикам вибрации выделяют:

- постоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения;

- непостоянные вибрации, для которых величина нормируемых

параметров изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 мин при измерении в режиме работы F (быстро), в том числе:

1 ) колеблющиеся во времени вибрации, для которых величина

нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени;

2 ) прерывистые вибрации, когда контакт человека с вибрацией

прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1 с;

3) импульсные вибрации, состоящие из одного или нескольких

вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1с.

3. Физические и гигиенические характеристики

В настоящее время классификацию, гигиенические нормы вибрации, требования к вибрационным характеристикам производственного оборудования и транспортных средств определяют нормативные документы [1, 2]

С физической точки зрения вибрация характеризуется частотой колебаний, амплитудой виброперемещения, а также их производными – колебательной скоростью и колебательным ускорением.

4. Частота колебаний f – число полных колебаний за единицу времени. Единица измерения частоты – герц (Гц) – одно колебание в секунду.

5. Амплитуда виброперемещения А – максимальное смещение колеблющейся точки от положения равновесия. Единицы измерения амплитуды – сантиметры, миллиметры, микроны.

6. Нормирование вибраций

Существует два вида нормирования вибраций – технические и гигиенические нормы.

Технические нормы применяют для оценки вибрационных свойств машин при контроле их качества. Значения технических норм приведены в стандартах и технических условиях на конкретные машины.

Гигиенические нормы применяются для контрольных испытаний и инспекторских проверок эксплуатируемых машин и оборудования. Гигиенические нормы предназначены для оценки гигиенических характеристик производственной вибрации при контроле состояния условий труда на рабочем месте.

Нормативные значения общей вибрации регламентированы госу-дарственным стандартом [1] и санитарными нормами [2]. Гигиенические нормы представляют собой предельные спектры (ПС) для каждого вида вибрации в зависимости от направления их действия. ПС вибрации – среднеквадратические значения виброскорости в октавных полосах частот или их логарифмические уровни, соотношение которых учитывает значимость воздействия вибрации различных частот на человека. Нормативные значения вибрации для восьмичасовой рабочей смены приведены в Приложении А таблица А.1, а допустимая суммарная длительность воздействия вибрации – в Приложении А таблица А.2.

 7. Методы снижения вибрации. Длительное воздействие вибрации может привести к ухудшению самочувствия и поражению отдельных систем организма: сердечно-сосудистой, нервной, кровеносной, вестибулярного аппарата и других, изменению мышечных и костных тканей. Поэтому особое значение приобретают метода и средства уменьшения вибрации.

Для защиты от вибрации необходимо приме­нять следующие методы:

• снижение виброактивности машин (уменьшение силы F_m);

• отстройка от резонансных частот;

• вибродемпфирование (увеличение m):

• виброгашение (увеличение m) – для высоких и средних
частот;

• повышение жесткости системы (увеличение с) – для низ­ких и средних частот;

• виброизоляция;

• применение индивидуальных средств зашиты.

Снижение виброактивности машин дос­тигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых дина­мические процессы, вызываемые ударами, резкими ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены (например, замена клепки сваркой); хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаи­модействующих поверхностей; применением кинематических за­цеплений пониженной виброактивности (например, использова­ние шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых); заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внут­ренним трением.

Отстройка от резонансных частот заключает­ся в изменении режимов работы машины и соответственно час­тоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы (например, уста­новка ребер жесткости) или изменения массы системы (на­пример, закрепление на машине дополнительных масс).

Вибродемпфирование (увеличение коэффициента сопротивления -m)- это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов внутреннего 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, покрытие «Агат», пенопласт ПХВ-9, мастики ВД17-59, «Антивибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного тре­ния (например, использование прилегающих друг к другу пла­стан, как у рессор), установкой специальных демпферов. При­мером таких демпферов могут являться амортизаторы автомоби­лей, которые подавляют раскачку машины.

Виброгашение (увеличение массы системы  - m) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот метод нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов).

Динамическое виброгашение достигается установкой в систему динамических виброгасителей (маятниковых, пружинных или плавающих), установкой виброизоляторов (допол­нительных устройств между агрегатом и защищаемым объектом). Для гашения вибрации на автомобилях, в последнее время, использу­ют специальный генератор колебаний, который создает частоту ко­лебаний, одинаковую по величине с гасимой, но находящуюся с ней в противофазе.

Метод повышения жесткости системы (увеличение коэффициента жесткости системы) эффективен только при низких частотах и в ряде случаев средних, например установка ребер жесткости.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Средствами виброзащиты различных объектов могут быть: гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов; разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструкций зданий; устройства «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; использование ручного механизированного инструмента с виброзащитными рукоятками, перфораторов с качающейся виброгасящей рукояткой; виброизолирующие опоры в виде упругих прокладок в сочетании с пружинами и др. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи.

В качестве средств индивидуальной защиты от вибрации используются: для рук – виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки; для ног – виброизолирующая обувь, стельки, подметки.

Порядок выполнения работы

1. Подготовка ВШВ-003-М к работе.

1) Установить прибор ВШВ-003-М в рабочее положение (горизонтальное или вертикальное) и механическим корректором нуля установить стрелку измерителя на отметку «0» шкалы «0 – 10 dB».

2) Установить переключатели измерительного прибора в положения:

 «Род работы» – в «S»;

«ДЛТ1, dB» – в «80»;

«ДЛТ2, dB» – в «50».

3) Зафиксировать показание измерительного прибора, оно должно быть в пределах сектора «6 – 10 дБ», указанного на шкале измерителя. Если это требование не выполняется, необходимо заменить батареи. Для этого переключатель "Род работы" установить в положение .      
Резистором  установить стрелку измерителя на отметку шкалы «0 - 1». Калибровка выполняется лаборантом или преподавателем.

2. Порядок выполнения работы

Измерение параметров вибрации производится на лабораторном стенде, внешний вид которого представлен на рисунке 10.4.

В состав стенда входит собственно вибростенд 1, на вибростоле которого устанавливается объект 2 виброизоляции и один из виброзащитных модулей 3. Каждый из модулей состоит из двух параллельных пластин, между которыми установлены либо пружины, либо прокладка из полиуретана. Объект 3 виброизоляции представляет собой пластину с наборными грузами (стальные или алюминиевые пластинки с прорезями).

 

Рисунок 10.4 - Внешний вид лабораторного вибростенда

К объекту 2 виброизоляции крепится вибропреобразователь 4 типа ДН-4-М1 измерителя шума и вибрации ВШВ-003-М2 (5), который располагается на лабораторном столе рядом с вибростендом 1. Там же располагается генератор сигналов БЖ4/1м (6), от которого питается вибростенд 1.

При измерении виброускорения переключатель «Род работы» установить в положение «F»; если при измерениях возникнут флуктуации (колебания) стрелки измерителя, следует перевести переключатель «Род работы» в положение «S»; если флуктуации не прекращаются – в положение «10S». Переключатель «ФЛТ, Hz» установить в положение «1» или «10» в зависимости от частотного диапазона измерения; нажать или отжать кнопку «10 kHz». Произвести измерения, делая отсчет показаний по шкале показывающего прибора в mm×S^-2. Если при измерении стрелка находится в начале шкалы или периодически загорается индикатор «ПРГ», то следует сначала переключить переключатель «ДЛТ 1, dB» на более высокий уровень (влево), пека не погаснет индикатор «ПРГ», затем при необходимости – «ДЛТ 2, dB». При работе с вибропреобразователем ДН-4-М1 показания измерителя необходимо умножить на 10.

Для измерения виброускорения в октавных полосах час­тот установить переключатель «ФЛТ, Hz» в положения «ОКТ». Включить необходимый октавный фильтр кнопкой «kHz, Hz» и переключателем «ФЛТ ОКТ». Операции с переключателями «Род работы», «ДЛТ 1, dB» и «ДЛТ 2, dB» произвести в соответствии с п.2.3.1. Произвести отсчет пока­заний по шкале показывающего прибора в m×S^-2.

Для измерения виброскорости нажать кнопку «d, V» и повторить операции с переключателями «Род работы», «ДЛТ 1, dB» и «ДЛТ 2, dB» в соответствии с п.5.1, отсчитывая показания по шкале показывающего прибора в m×S^-1.

Измерения параметров вибрации (виброускорения и виброскорости) в соответствии с п. 5.1 и 5.3 произвести дважды: непосредственно на объекте виброизоляции и при применении виброзащитных модулей согласно заданию преподавателя.

Подсчитать величины уровня виброскорости в децибелах.

 Проанализировать данные таблицы 10.1 путем сравнения фактических значений параметров вибрации с предельно-допустимыми уровнями.

По результатам измерений сделать выводы:

а) о величине вибраций от электродвигателя на рабочем месте, сравнив опытные данные с допустимыми уровнями (Приложение 10.3);

б) об эффективности применения амортизационных средств.

Контрольные вопросы для самоподготовки

1. Что такое вибрация?

2. Назовите источники вибрации.

3. Как вибрация воздействует на организм человека?

4. Как классифицируется вибрация по способу передачи на человека?

5. Назовите 3 категории общей вибрации.

6. Назовите нормируемые параметры вибрации.

7. Назовите нормативные документы, регламентирующие параметры вибрации.

8. Перечислить методы виброзащиты.

9. Описать метод виброзащиты – вибродемпфирование.

10. Описать метод виброзащиты – отстройка от резонанса.

11. Описать метод виброзащиты – виброгашение.

12. Описать метод виброзащиты – виброизоляция.

13. Описать метод виброзащиты – динамическое виброгашение.

14. Что такое резонанс, и при каких условиях он возникает?

15. Какой параметр характеризует эффективность работы системы

виброзащиты, и как он рассчитывается?

Список рекомендуемой литературы

1. ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 46 с.

2. СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Минздрав России. М., 1996. –

30 с.

 

 

Лабораторная работа №11

Часа