Краткая теоретическая часть

СОДЕРЖАНИЕ

«ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВИБРАЦИИ»

1. 
   Изучение принципов гигиенического нормирования и санитарно-гигиенической оценки параметров вибрации.
   
2. 
   Исследование параметров вибрации производственного оборудования.
   
3. 
   Оценка эффективности средств защиты от вибрации.
   

1. 
   КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
   

Под вибрацией понимают механические колебания упругих тел, характеризующиеся периодичностью изменения параметров. Вибрация возникает при неправильной балансировке валов, шкивов в машинах и станках, воздействии динамических нагрузок, при работе машин и механизмов ударного действия.

Производственную вибрацию, в основном, классифицируют:

по способу передачи вибрации;

по направлению действия вибрации;

по временной характеристике вибрации;

по характеру спектра вибрации.

По способу передачи вибрации на человека различают:

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

локальную вибрацию, передающуюся через руки человека или отдельные участки тела, контактирующие с вибрирующим инструментом.

По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат:

локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат где ось параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т.п.), ось перпендикулярна ладони, а ось лежит в плоскости, образованной осью и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается);

общую вибрацию подразделяют на горизонтальную, действующую вдоль осей ортогональной системы координат , где (от спины к груди) и (от правого плеча к левому) – горизонтальные оси, направленные параллельно опорным поверхностям; вертикальную , действующую по вертикальной оси, перпендикулярной опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т.п.

По временным характеристикам вибрации выделяют:

а) колеблющиеся во времени вибрации, для которых величина нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени;

б) прерывистые вибрации, когда контакт человека с вибрацией прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1 с;

в) импульсные вибрации, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий, каждый длительностью менее 1 с.

По характеру спектра вибрации выделяют:

узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры в одной 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.

По источнику возникновения локальных вибраций различают:

локальную вибрацию, передающуюся человеку от ручного механизированного инструмента (с двигателями), органов ручного управления машинами и оборудованием;

локальную вибрацию, передающуюся человеку от ручного немеханизированного инструмента (без двигателей), например, рихтовочных молотков разных моделей и обрабатываемых деталей.

По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на следующие категории:

1 категория - транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности и дорогам (в том числе при их строительстве). К источникам транспортной вибрации относят: тракторы сельскохозяйственные и промышленные, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители, самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт;

2 категория - транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах машин с ограниченной зоной перемещения по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные), краны промышленные и строительные, машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт;

3 категория - технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин и технологического оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, стационарные электрические установки, насосные агрегаты и вентиляторы, оборудование для бурения скважин, буровые станки, машины для животноводства, очистки и сортировки зерна, оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков), установки химической и нефтехимической промышленности и др.

Общая вибрация категории 3 по месту действия подразделяется на следующие типы:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений;

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

в) на рабочих местах помещений заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, ЭВМ и др. помещений для работников умственного труда.


1.2. Основные характеристики и нормирование вибрации
Основными физическими характеристиками вибрации являются:

амплитудные значения виброперемещения X,

колебательная скорость V ;

колебательное ускорение a;

частота f (Гц) колебаний.

К нормируемым показателям вибрации относятся средние квадратичные значения виброскорости и/или виброускорения, а также их логарифмические уровни в дБ.

Виброскорость определяется по формуле:

V = 2 π ^. f ^.A; (1.1)

где f – частота, Гц;

Логарифмические уровни виброскорости L_v , дБ определяют по формуле:

где V – среднее квадратичное значение виброскорости, м /с.

Логарифмические уровни виброускорения L_а , дБ определяют по формуле:

(1.3)

где а – среднее квадратичное значение виброускорения, м/с².

Нормирование вибрации осуществляется по санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.566-96.

Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими методами:

частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.

Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов.

1.3. Обеспечение вибробезопасных условий труда

Для обеспечения вибрационной безопасности труда применяется комплекс мероприятий и средств защиты.

Комплекс защитных мероприятий состоит из:

- технических методов и средств защиты от вибраций;

-организационных мероприятий, направленных на снижение последствий вибрации на организм человека.

Основные технические методы и средства защиты включают:

снижение виброактивности машин и механизмов;

вибродемпфирование (вибропоглощение);

использование дополнительных устройств, встраиваемых в конструкцию машины и в строительные конструкции (виброизоляция, динамическое вибропоглощение);

изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций (повышение жесткости).

В данной работе исследуется один из самых распространенных технических методов, снижающих вибрацию, - виброизоляция.

Метод виброизоляции заключается в установлении источника колебаний на амортизаторы (виброизоляторы), снижающие передачу колебательной энергии защищаемому объекту. Амортизаторы могут быть выполнены из металлических пружин, упругих прокладок из резины, войлока, пробки, резино-металлических конструкций и т.п.

Эффективность виброизоляции оценивается величиной коэффициента передачи.

Коэффициент передачи (КП) характеризует величину динамического воздействия источника колебаний на защищаемый объект и равен отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации: . (1.4)

Коэффициент передачи в системах, где можно пренебречь трением, может быть рассчитан по формуле , (1.5)

Собственная частота виброизолированной системы , (1.6)

Зависимость коэффициента передачи от частоты возмущающей силы представлена на рис.1.2.

Из рис.1.2 видно: при f = f₀ - КП максимален (случай резонанса);

при f < f₀ - величина КП приближается к единице (эффективность амортизаторов минимальна);

при f / f₀ > √2 - амортизаторы начинают приносить эффект.

Существует оптимальное соотношение между частотой возбуждения и собственной частотой колебаний системы. Оно составляет f/f₀ =3..4, что соответствует КП = 1/8…1/15.

Снижение значений КП при известных значениях частоты возмущающей силы может достигаться снижением частоты собственных колебаний источника, установленного на амортизаторах, для чего нужно снизить жесткость амортизаторов либо увеличить массу источника колебаний.


Рис.1.2. Зависимость коэффициента передачи (КП) от частоты возмущающей силы:

1 – без учета затухания колебаний в амортизаторах; 2 – с учетом затухания.

Внешний вид установки представлен на рис.2.1.

Лабораторная установка включает в свой состав: вибростенд 1, генератор сигналов 2, измеритель вибрации 3, объект виброизоляции 4 с вибродатчиком, набор 5 сменных виброзащитных модулей для изучения влияния общей и локальной вибрации.

Рис.2.1. Установка «Вибростенд»

Устройство вибростенда показано на рис. 2.2.

Рис.2.2. Схема устройства вибростенда

Направление воздействия вибрации осуществляется только в вертикальном направлении.

Объект виброизоляции представляет собой устройство, которое обеспечивает установку пластины с вибродатчиком. Также можно изменять массу объекта виброизоляции за счет установки на нем дополнительных металлических пластин, входящих в его состав.

Виброзащитный модуль представляет собой устройство, состоящее из двух параллельных пластин, между которыми установлены виброизоляторы. В качестве виброизоляторов применяются витые пружины с различным диаметром проволоки, плоские пружины и пластины различной массы. В качестве виброизолирующей прокладки используется пенополиуретан.

Измеритель ВШВ-003-М2 кроме измерения параметров шума предназначен также для измерения средних квадратических значений виброско­рости и виброускорения и их логарифмических уровней как об­щей, так и локальной вибрации в стандартных октавных и третьоктавных частотных полосах в диапазоне 0 …140 дБ.

Лицевая панель прибора показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Измеритель шума и вибрации ВШВ-003-М2 (лицевая панель)

На лицевую панель прибора выведены следующие органы управления, регулирования и индикации:

«О» - для включения измерителя;

« .» - для контроля состояния батарей;

« » - для включения измерителя в режим блокировки;

3 ^. 10^-3, 0,01… 10 ³ m^. S ^–2;

0,03; 0,1 … 10 ⁴ mm^. S ^–1,

предназначенные для выбора пределов измерений звукового давления, виброускорения и виброскорости соответственно;

Калибровку измерителя необходимо производить каждый раз перед началом измерений в следующей последовательности.

Соединить выход эквивалента вибропреобразователя с входом предусилителя ВПМ-101, выход которого подсоединить к гнезду «» измерителя.

Гнездо «50 mV» измерителя соединить кабелем 5Ф6.644.368 (вхо­дит в состав комплекта прибора) с входом эквивалента вибропре­образователя.

Переключатель измерителя РОД РАБОТЫ установить в положе­ние «►». Резистором «►» установить указатель стрелочного при­бора измерителя на отметку шкалы 0,5 (диапазон шкалы 0...1), что учитывает действительное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя (датчика ДН-4).

От гнезда «50 mV» измерителя отсоединить кабель 5Ф6.644.368 и присоединить его к датчику ДН-4.

Прибор готов к работе.

Измерение виброускорения и виброскорости

При измерении виброускорения переключатели измерителя уста­новить в положение:

РОД РАБОТЫ -F;

ДЛТ1,dВ-80;

ДЛТ2, dB-50;

ФЛТ, Hz-OKT('/₃OKT);

все кнопки отжаты.

При этом должен светиться индикатор 130 дБ.

В зависимости от частотного диапазона измерения переключа­тель ФЛТ Hz установить в положение I или 10, а кнопка «10 kHz/4 kHz» нажата или отжата:

при измерении общей вибрации — переключатель ФЛТ Hz в

при измерении локальной вибрации — переключатель ФЛТ

Переключатель РОД РАБОТЫ установить в положения F, S или 10S; если при измерениях низкочастотных составляющих возникают флуктуации (колебания) стрелки измерителя, то переключатель РОД РАБОТЫ следует перевести из положения F в положение S.

Произвести измерения, при необходимости изменяя положение переключателей ДЛТ1, dB и ДЛТ2, dB.

Если при измерении указатель стрелочного прибора измерите­ля находится в начале шкалы, то её следует вывести правее цифры 4 (верхняя шкала) или цифры 10 (средняя шкала) переключателем ДЛТ1, dB. Если периодически загорается индикатор «ПРГ», то

переключатель ДЛТ1, dB следует переключить на более высокий уровень (влево), пока не погаснет индикатор, а затем использовать аналогично переключатель ДЛТ2, dB.

Произвести отсчёт показаний прибора (сумма показаний по шкале стрелочного прибора и переключателей ДЛТ1, dB и ДЛТ2, dB). При работе с вибропреобразователем ДН-4 показания прибора не­обходимо умножить на 10.

При измерении виброскорости необходимо нажать кнопку «a/V» и повторить последовательность операций при измерении вибро­ускорения.

При измерении виброускорения (виброскорости) в октавных (третьоктавных) стандартных полосах частот переключатель ФЛТ, Hz устанавливается в положение ОКТ (1/3 ОКТ), а переключателем ФЛТ, ОКТ (1/3 ОКТ) — необходимый октавный (третьоктавный) фильтр (кнопка «kHz/Hz» при низких частотах нажата, а начиная с 1000 Гц — отжата). Последовательность измерений та же, что и в предыдущих случаях.

Определение результата измерения в логарифмических уровнях виброскорости и виброускорения (Lv, L_a, дБ) производится сумми­рованием показания, соответствующего светящемуся индикатору в дБ, и показания стрелочного прибора в дБ. Затем к результатам из­мерения прибавить следующие значения:

при измерении уровня виброскорости — 46 дБ;

при измерении уровня виброускорения — 60 дБ.

3.2. Цифровой измеритель вибрации АТТ-9002
Цифровой портативный измеритель вибрации АТТ-9002 предназначен для измерения скорости и ускорения вибрации. Диапазоны измерения виброскорости – 0…200 мм/с; виброускорения – 0 … 200 м/с². Внешний вид и органы управления показаны на рис. 3.2.

1. 
   Дисплей
   
2. 
   Входное гнездо для измерительного зонда
   
3. 
   Выход для интерфейса RS-232
   
4. 
   Переключатель RMS/PEAK (среднеквадратическое/пиковое)
   
5. 
   Переключатель АСС/VEL (ускорение/скорость)
   
6. 
   Кнопка фиксации данных
   
7. 
   Кнопка «Вкл./Выкл.»
   
8. 
   Кнопка памяти «Запись»
   
9. 
   Кнопка памяти «Вызов»
   
10. 
    Батарейный отсек, крышка батарейного отсека
    
11. 
    BNC разъем кабеля датчика
    
12. 
    Мини-разъем кабеля датчика
    
13. 
    Входное гнездо датчика вибрации
    
14. 
    Датчик вибрации
    
15. 
    Магнитное основание
    

Рис. 3.2. Внешний вид измерителя вибрации АТТ-9002

4.1.2. При смене виброизолирующих модулей на вибростоле вибростенда или изменении положения вибростенда относительно основания выключить генератор низкочастотных сигналов.

4.1.3. При эксплуатации и ремонте генератора возможна опасность поражения персонала электрическим током напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

В связи с этим при работе с генератором и измерителем необходимо выполнять следующие требования:

заземлять генератор и измеритель с помощью клемм защитного заземления на корпусах приборов;

вставки плавкие в приборах должны быть исправными;

запрещается эксплуатация генератора и измерителя при снятых крышках;

запрещается производить ремонтные работы в генераторе под напряжением;

при ремонте и регулировании приборов необходимо использовать ручной инструмент с диэлектрическими рукоятками.

4.1.4. Перед включением генератора убедиться в надежности крепления сменных элементов на вибростоле.

4.2.2. Подключить генератор к сети 220 В. Соединить выходные гнезда генератора с нагрузкой, включить тумблер «сеть» и дать прогреться генератору в течение 10 мин. Генератор готов к работе.

4.2.3. Вначале установить с помощью множителя (поз. 1 , рис.4.1) диапазон х1, далее ручкой плавного регулирования частоты (поз.8, рис. 4.1) установить значение октавной частоты возбуждения 2 Гц, контролируя это значение на индикаторе частоты (поз.2, рис. 4.1). Значение амплитуды вибрации (коэффициента усиления), устанавливаемой на генераторе (поз.7, рис.4.1) задается преподавателем.

ВНИМАНИЕ. При возникновении перегрузки на лицевой панели генератора загорается светодиод «ПЕРЕГРУЗКА» (поз.4, рис.4.1). Необходимо выключить сетевое питание тумблером (поз.5 рис.4.1). Повторное включение сетевого питания возможно только после погасания светодиода нагрузки.

4.2.4. Подготовить измерительный прибор АТТ-9002 к работе, подключив измерительный зонд к входному разъему прибора (рис. 3.2).

4.2.5. Приложите измерительный зонд измерительного прибора АТТ-9002 магнитной поверхностью к поверхности измеряемого объекта в направлении оси Z.


МНОЖИТЕЛЬ

ВХОД

ЧАСТОТА, Гц

АМПЛИТУДА

ОСЛАБЛЕНИЕ

ВЫХОД

СЕТЬЬ

ПЕРЕГРУЗКА

Рис. 4.1. Лицевая панель генератора низкочастотных сигналов

4.2.6. Включите прибор однократным нажатием кнопки «Вкл./Выкл.».

4.2.7. Установите переключатель АСС/VEL в положение АСС.

Произведите измерения виброускорения объекта вибрации в направлении Z для общей или локальной вибрации во всем диапазоне частот, изменяя частоту вибрации с помощью множителя и ручкой плавного регулирования генератора. Результаты измерений занести в таблицу отчета о работе.

4.2.8. Установите переключатель АСС/VEL измерительного прибора АТТ-9002 в положение VEL.

Произведите измерения виброскорости объекта вибрации в направлении Z для общей или локальной вибрации во всем диапазоне частот, изменяя частоту вибрации с помощью множителя и ручкой плавного регулирования генератора. Результаты измерений занести в таблицу отчета.

4.2.9. Выключить генератор. Снять объект виброизоляции с вибростола, присоединить к нему виброзащитный модуль и в сборе установить на вибростоле стенда. Включить генератор.

4.2.10. Приложите измерительный зонд измерительного прибора АТТ-9002 магнитной поверхностью к поверхности измеряемого объекта в направлении оси Z. Произведите измерения виброускорения согласно п. 4.2.7. Результаты измерений занесите в таблицу отчета.

4.2.11. Аналогичные измерения (п.п. 4.2.9, 4.2.10) произвести с различными виброзащитными модулями по заданию преподавателя.

4.2.12. После выполнения лабораторной работы отключить генератор и измеритель.

4.2.13. По результатам измерений произвести расчеты уровней виброскорости и уровней виброускорения по формулам 1.2, 1.3.

4.2.14. По приложению 1 определить санитарные нормы виброускорения для общей и локальной вибрации категории 3. Внести в таблицу отчета.

4.2.15. Сопоставить полученные экспериментально значения уровней виброускорения с нормируемыми значениями и сделать выводы.

4.2.16. Рассчитать коэффициенты передачи для каждого испытуемого виброзащитного модуля по замерам виброускорения на всех частотах:

где а_об ,V_об – виброускорение (виброскорость) объекта с виброзащитным модулем;

4.2.17. Определить эффективность виброизоляции по формуле 1.7.