Колебания. Вибрация. Волны

ШЙЩШЕ

 

 

а)

Рис. 40

Амортизаторы (рис. 40 б, в) имеют большую грузоподъемность и обладают более высокими виброизолирующими свойствами по сравнению с обычными (рис. 40 а).

Амортизаторы с промежуточной массой (рис.41) более эффективны, чем пластинчатые амортизаторы. Пластинчатые амортизаторы имеют ряд недостатков: во-первых, по различным осям различают жесткости, во-вторых, отслоение резины от металлической части амортизатора может привести к аварии.

 

 

Амортизаторы типа АКСС (рис. 42) более эффективны, чем пластинчатые амортизаторы. Они лишены указанных недостатков. Так, отсоединение резиновой части от металла не приводит к разрушению амортизатора. Частота свободных колебаний машины на амортизаторах составляет около 10-15 Гц при номинальной нагрузке от 10 до 40 кг.

Амортизаторы пневматические превосходят другие известные амортизаторы по грузоподъемности и более эффективны.

При выборе типа амортизаторов и схемы их расположения руководствуются следующими положениями:

1.  Тяжелые машины устанавливаются на пластинчатые амортизаторы. В других условиях в основном используются амортизаторы типа АКСС. Если машина испытывает вибрационное возмущение, то применяются пневматические амортизаторы.

2.  Центр тяжести амортизирующего крепления выбирается ближе к центру тяжести машины.

3.  Из расчета номинальной нагрузки на каждый амортизатор определяют количество устанавливаемых амортизаторов. 

z

 

 

 

Рис. 42

ЛЕКЦИЯ ВОСЬМАЯ. СРЕДСТВА ВИБРОЗАЩИТЫ

1. Защита человека от вибрации

Действие вибрации на организм человека определяется следующими показателями: интенсивностью, спектральным составом, направлением действия и длительностью воздействия.

Интенсивность вибрации характеризуется амплитудными значениями, виброперемещения, виброскорости или виброускорения, определяемые на рабочем месте. При этом их среднеквадратические значения при гармонических колебаниях определяются формулами:

Логарифмической единицей измерения уровня вибрации является Бел (Б), а ее десятая доля - децибел (дБ). Возрастание уровня на 1 Б (10 дБ) означает увеличение параметра в V10 = 3,15 раза, а увеличение на 1 дБ - в 100,05 = 1,12. 

Спектральный состав вибрации оценивается по отдельным полосам частот. Полоса частот, у которой £Дн = 10, называется декадой. Если f Ян = 2, то полоса частот называется октавой. В том случае, когда это соотношение равно 3V2, полоса частот называется третьоктавной.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на общую и локальную. Общая вибрация возникает в результате действия механических колебаний через основание, фундамент и конструкции оборудования. Локальная вибрация передается на руки рабочего-оператора через органы управления. В случае контакта человека с вибрирующими объектами, воздействие вибрации на работающих приводит к повышению утомляемости, снижению производительности и качества их труда, а также развитию профессионального заболевания - вибрационной болезни.

Так, внешнее воздействие с частотой меньше 0,7 Гц на организм человека вызывает нарушения равновесия (“морская болезнь”). Инфразвуковые волны меньше 16 Гц угнетают центральную нервную систему, вызывают чувства тревоги, страха. При частоте 6...7 Гц инфразвуковые волны, вовлекая в резонанс внутренние органы и систему кровообращения, способны вызвать травмы, разрыв артерий, смерть. От воздействия производственной вибрации происходит изменение функционального и физиологического состояния организма человека. Исследования показали, что собственная частота внутренних органов человека составляет - 3...6 Гц; плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (стоя) - 4... 6 Гц; головы относительно плеч (положение сидя) - 25... 30 Гц. Исходя из этих данных при определении длительности воздействия вибрации на оператора руководствуются санитарными нормами по ограничению вибрации, установленными Минздравом РФ. При работе операторов с ручными вибромашинами нормируются допустимые среднеквадратические значения виброскорости. Кроме того, при определении действия вибрации на организм человека также нормируется вибрация по направлениям, т.е. по координатным осям ХУ2.

Защита людей, работающих на производстве и в транспорте от вибрации и шума, в целях снижения числа случаев заболеваний вибрационной болезнью является актуальной проблемой общегосударственного уровня.

2. Принципы проектирования средств виброзащиты

Действие систем виброзащиты человека-оператора основано на их способности локализовать, ослабить вибрацию на пути ее распространения от источника к поверхностям контакта и участкам тела оператора. Такие системы могут обеспечивать как коллективную, так и индивидуальную защиту. По принципу действия они подразделяются на виброизолирующие устройства и динамические гасители. И те, и другие могут обеспечивать локальную виброзащиту человека-оператора, т.е. снизить уровни контактной вибрации, не изменяя вибрационных характеристик источника. Однако, применение динамических гасителей здесь ограничено, так как объектом виброзащиты является человек-оператор, и изменение его вибрационного состояния присоединением дополнительных устройств возможно лишь косвенное, через промежуточные элементы, на которых расположены поверхности контакта. Динамические гасители обычно снижают вибрацию в местах их крепления, а в других частях защиты она может даже возрастать. Препятствием для их применения в ряде случаев служат также требования эргономики, габаритные и другие ограничения.

В условиях машиностроительного предприятия более приемлемыми являются системы виброзащиты операторов, основанные на использовании методов пассивной или активной виброизоляции. Встраивание виброизоляторов в человеко-машинные системы видоизменяют схемы передачи вибрации от источника к оператору. Средствами коллективной защиты (СКЗ) становятся виброизолирующие устройства, присоединяемые к передаточным элементам, так что опорная поверхность смещается на них. Если же такие устройства являются частью специальной одежды человека-оператора и при выполнении им работы размещаются между участками его тела и опорной поверхностью, то они выполняют роль средств индивидуальной защиты от вибрации.

Средства виброзащиты операторов

 

 

Их применение дает возможность защищать оператора как от общей, так и локальной вибрации опасных уровней.

Эффективность средств виброзащиты операторов можно определить на стадии их проектирования, а после изготовления - экспериментальным путем. 

Оценочным критерием служит коэффициент эффективности виброзащиты, определяемый отношением перемещения (скорости, ускорения), опорной поверхности до и после установки средств виброзащиты на рабочем месте, т.е.

a =U/Ub

где U, U1 - виброперемещение (скорость, ускорение), воспринимаемое участками тела оператора соответственно до и после введения в человеко-машинную систему средств виброзащиты. Виброзащита имеет место при a >1.

DL = 20 lg U/U1 - абсолютное уравнение виброзащиты.

3. Виброзащитные подставки, сиденья, кабины

Эти средства предназначены для защиты от общей вибрации, устанав¬ливают их непосредственно на рабочих площадках, т.е. где работает человек.

Рабочие площадки стационарных рабочих мест располагают в непо-средственной близости от орудий и предметов труда (например, металлорежущего станка, пресса). Рабочими площадками подвижных рабочих мест являются встроенные в конструкции передвижные агрегаты, на которых находится человек-оператор. Таковы, например, рабочие площадки кранов и др. подвижных машин и агрегатов. Общая вибрация рабочих площадок воспринимается оператором через обувь или сиденье.

Виброзащитные подставки - наиболее приемлемое средство виброзащиты от общей вибрации при выполнении работы стоя. Основной частью такой подставки служит опорная плита, на которой стоит при выполнении работы оператор.

 

Виброзащитные подставки в основном изготовляют с опорными (а), встроенными (б), накладными (в) или комбинированными (г) виброизоляторами.

Следует отметить, что виброзащитные подставки не должны превышать 80..100 мм, а также должны быть простыми по устройству, технологичными, дешевыми и удобными в эксплуатации. Эффективность действия виброзащитных подставок зависит от значений жесткости и потерь соответствующих элементов. Поэтому на стадии проектирования виброзащитных подставок определяют собственные и вынужденные частоты колебаний. Согласно этих зависимостей при выборе конструкции виброзащитных плит необходимо руководствоваться следующими соображениями. Так, увеличение жесткости резко повышает частоту собственных колебаний опорной плиты и, следовательно, снижает эффективность виброизолятора на низких частотах возбуждения. Но снижение жесткости виброизоляторов повышает их эффективность. Однако при этом конструкция виброизолятора становится громоздкой и неудобной. Поэтому при выборе виброзащитных средств кроме того могут быть использованы различные конструктивные схемы. На рис. 38 представлены подставки с резиновыми и пневмобаллоночными виброизоляторами: губчатая резина (а), перфорированная резина (б), резиновые бруски (в), резиновые трубки (г), кольцевые пневмобаллончики (д).

В том случае, когда на объект действует низкочастотная вибрация, желательно применение более просты, но достаточно эффективных виброизоляторов. Конструктивные схемы таких виброизоляторов приведены на рис. 39, где а - спаренные рессоры; б - пружинная подвеска; в - пружины. сжатия и пневмобаллоны.

Виброзащитные кабины можно использовать в тех случаях, когда на оператора одновременно воздействует не только вибрация, но и другие вредные факторы, например, шум, запыленность или загазованность воздуха рабочей зоны, недопустимы высокая или низкая температура воздуха, излучение и др. Виброзащитная кабина всегда устанавливается на виброизолирую.

Если рабочее место оператора является подвижным, то в этом случае виброизоляторы устанавливают между сиденьями и рабочими площадками. При этом одновременно виброизоляцию применяют в виде подставки для ног, для спинки сиденья. При действии на объект широкополосной интенсивной вибрации на стационарных и подвижных рабочих местах применяют виброзащитные сиденья с виброизоляторами. Конструктивные схемы ряда виброзащитных сидений показаны на рис. 39 (а - с упругой накладкой; б - с упругой опорой; в - с пружиной сжатия; г - с упругой подвеской). 

щих опорах. Кроме того, кабины предназначенные либо для наблюдения, либо для управления, должны быть удобными в управлении, а также оснащены виброзащитными сиденьями.

Следует отметить, что при разработке конструкции виброзащитных подставок необходимо учитывать основные требования эргономики. Последнее изучает функциональные возможности человека в трудовых процессах, выявляет возможности и закономерности создания оптимальных условий для высоко производительного труда и обеспечения необходимых удобств, содействующих развитию способностей работника.

Одним из необходимых условий повышения эффективности трудовой деятельности является оптимизация физических факторов окружающей среды человека. В этой связи защита работающих от воздействия производственной вибрации является составной частью общей эргономической задачи. Вместе с тем каждое средство виброзащиты человека - подставку, сиденье, кабину, рукоятку, рукавицу, обувь - необходимо разрабатывать с учетом комплекса эргономических требований.

4. Виброзащитные рукоятки

При эксплуатации ручных машин для снижения контактной вибрации используют вибрационные рукоятки. При этом, если рукоятка выполняет виброзащитную функцию, то в ней должны быть размещены упругие элементы, демпфирующие вибрацию на поверхности контакта. Конструкции наиболее известных типов виброзащитных рукояток показаны на рис. 43. Их можно разделить на следующие группы:

а - рукоятки с промежуточными виброизоляторами, размещенные между корпусом ручной машины и собственной рукояткой, охватываемой рукой оператора; б - рукоятки со встроенными виброизоляторами, размещенные непосредственно в теле рукоятки; в - рукоятки с накладными виброизоляторами. Здесь средства виброизоляции (упругие полимерные накладки и облицовки) размещены на наружной поверхности и контактируют рукой человека-оператора; г - рукоятки с комбинированными виброизоляторами.

Недостаток многих виброзащитных рукояток состоит в том, что они имеют низкую эффективность снижения контактной вибрации, имеют громоздкую конструкцию, увеличивают габаритные размеры и массы ручных машин.

Рукоятки с промежуточными виброизоляторами получили широкое применение (бетономолоты, отбойные молоты, рубильные молотки, трамбовки). В качестве средств виброизоляции здесь используются, главным образом, пружины сжатия, рычажно-клиновые элементы, пневмобаллоны.

Рукоятки со встроенными виброизоляторами отличаются простотой и небольшими габаритными размерами. Они также выполняют функцию виб-робезопасности. 

Ручные машины делятся на направленные или ненаправленные действия вибрации. В этом случае вибразащитные рукоятки с накладными виброизоляторами наиболее просты по устройству. Упругодеформирующие элементы здесь выполнены в виде накладок, закрепляемых на поверхности контакта руки оператора с рукояткой. Материалом в основном служит резина или иные полимеры. Однако эффективность незначительна, особенно в условиях высокой виброактивности, а на низких частотах фактически отсутствует какая- либо эффективность.

 

Виброзащитные рукоятки с комбинированными виброизоляторами позволяют использовать в конструкциях ручных машин широкий арсенал современных средств виброизоляции и получать наиболее высокую эффективность виброзащиты обеих рук операторов.