Metody snižování vibrací – Regulační a technická podpora bezpečnosti života. Část 2

Ochrany proti vibracím v průmyslu se dosahuje působením na zdroj vibrací, snižováním vibrací na dráze jejich šíření, používáním vhodné organizace práce, používáním osobních ochranných pracovních prostředků a prováděním lékařských a preventivních opatření (obr. 15.8). Obr. 15.8. Způsoby a prostředky ochrany proti vibracím Mezi hlavní charakteristiky systémů ochrany proti vibracím patří: vlastní frekvence systému, mechanická impedance (tuhost systému) a koeficienty, které určují procesy útlumu vibrací a rozptylu energie. Vibrace lze snížit následujícími inženýrskými metodami:

• 2) změna vlastní frekvence kmitů stroje nebo zařízení pro eliminaci rezonance s frekvencí rušivé síly;
• 3) metoda izolace vibrací zavedením dodatečného elastického spojení do systému pro snížení přenosu vibrací na sousední konstrukční prvek nebo pracovní oblast (pružinové izolátory vibrací);
• 4) tlumení vibrací zavedením dalších hmot do oscilačního systému nebo zvýšením tuhosti systému instalací jednotek na základ;
• 5) tlumení vibrací přeměnou energie vibrací systému na tepelnou energii (použitím materiálů s vysokým vnitřním třením: dřevo, pryž, plasty).

Pokud není možné snížit vibrace u zdroje jejich vzniku, pak se používají metody pro snížení vibrací podél cest šíření: izolace vibrací, tlumení vibrací nebo tlumení vibrací.

Izolace vibrací je prostředek ke snížení dynamických sil přenášených z vibračně aktivního systému na jiný systém chráněný před vibracemi. Způsob izolace vibrací spočívá v instalaci pružného tlumiče mezi zdroj vibrací a jeho přijímač, který je také předmětem ochrany. izolátor vibrací — s nízkým koeficientem přenosu (obr. 15.9).

Obr. 15.9. Schéma izolace vibrací:

a – zařízení na izolaci vibrací (/ — zdroj vibrací; 2 – izolátor vibrací; 3 – přijímač); b – Schéma systému I-ZU-P

Stupeň ochrany je také charakterizován dynamický ochranný faktor K_х, rovna poměru amplitudy výchylky zdroje k amplitudě výchylky přijímače.

Nejčastěji je v inženýrské praxi nutné vyvinout metody ochrany před škodlivými vibracemi podél cest jejich šíření. Hlavním způsobem ochrany pracovišť a strojů před účinky vibrací je využití tzv. pasivních vibrací, kdy se mezi zdroj vibrací a pracoviště nebo chráněný stroj instalují izolátory vibrací (obr. 15.10).

Obr. 15.10. Pasivní schéma izolace vibrací vibrátoru (elektromotoru) pomocí pružinových izolátorů vibrací

Účinnost pasivní izolace vibrací se posuzuje koeficientem přenosu p, který ukazuje, jaká část dynamické síly je přenášena ze zdroje vibrací na pracoviště nebo chráněný stroj (viz obr. 15.11): Obr.

kde F_Nep — síla přenášená ze zdroje vibrací přes izolátory vibrací na pracoviště nebo chráněný stroj, N; F = t s 2 R — dynamická síla generovaná ve zdroji vibrací, N; [a], [v] — přípustné hodnoty vibračního posunu a rychlosti vibrací, cm, cm/s; a, v – vibrační posun a rychlost vibrací na pracovišti cm, cm/s; т — hmotnost nevyváženosti, kg; co — kruhová frekvence vnitřních kmitů, 1/s; R — poloměr středu rotace nevyváženosti, m; Komu – tuhost izolátoru vibrací, N/m; х — amplituda vibračního posunu, m.

V inženýrské praxi se pro výpočet koeficientu přenosu p používá zjednodušená závislost, která nezohledňuje útlum vibrací v materiálu izolátoru vibrací (chyba v takových výpočtech nepřesahuje 5%):

kde / je frekvence nucených kmitů, Hz, určená frekvencí otáčení elektromotoru, vibrátoru, kompresoru atd.; /Ó — frekvence vlastních (volných) kmitů stroje s izolací vibrací instalovaného na izolátorech vibrací, Hz.

Přirozená frekvence /, Hz, lze určit podle vzorců:

kde A,_umění. — statické sedání izolátorů vibrací pod hmotností izolovaného stroje, cm; М — hmotnost stroje s izolací proti vibracím, kg. Р — síla hmotnosti stroje, N.

Optimální hodnota koeficientu přenosu:

— pro pryžové izolátory vibrací:

— pro ocelové pružinové izolátory vibrací:

Průměr d, cm, pružinová tyč je určena vzorcem:

kde К — koeficient určený z grafu na obr. 15.14; C – D/d — doporučuje se vzít 4; D — průměr pružiny, cm; Р — vypočtené zatížení přijaté jednou pružinou, N; t je dovolené smykové napětí pro materiál pružiny, bereme [x] = 45000 N/cm 2 .

Obr. 15.11. Graf pro stanovení koeficientu К

Počet pracovních otáček pružiny je určen vzorcem:

kde a je modul pružnosti oceli pro smyk pro materiál pružiny, pro ocel o = 8′ 10 6 N/cm 2 .

Tlumení vibrací Realizuje se zvýšením tuhosti a hmotnosti těla nebo rámu stroje jejich spojením do uzavřeného systému se základem. Použití této metody je spojeno se zvýšením jalové části impedance (tuhosti) oscilačního systému. Pro snížení vibrací stavebních konstrukcí a na nich umístěných pracovních stanic jsou na masivních základech instalovány stroje, které generují dynamické zatížení. Hmotnost základu se volí tak, aby vibrace základu nepřesáhly hodnoty vibračního posunu stanovené pro danou frekvenci (viz tabulka B.73 v příloze).

Jedním z prostředků boje proti šíření vibrací stavebními konstrukcemi je použití dynamických tlumičů vibrací. Tlumič vibrací, připevněný k hlavní hmotě systému, je přídavná hmota, upevněná na pružině (obr. 15.12).

Obr. 15.12. Schéma systému ochrany proti vibracím s dynamickým tlumičem vibrací:

• 1 – hmota tlumiče vibrací t;2- elastický prvek s tuhostí к‚; 3 — mechanismus hmoty М ;
• 4 – elastický prvek s tuhostí к

Vlastní frekvence takového přídavného systému se musí rovnat frekvenci rušivé síly. V tomto případě připojený systém vstoupí do rezonančních oscilací a hlavní systém zastaví oscilační pohyb.

Výpočet základu tlumícího vibrace pro vibrační plošinu zahrnuje:

• — výpočet amplitud vibračního posunu vynucených kmitů základu;
• — stanovení tlaků přenášených základem na zem;
• — výpočet vlastní frekvence kmitů základů (měla by se lišit od vynucené frekvence alespoň 1,5krát).

Standardní dynamické zatížení N z vibrační plošiny, buzené mechanickými vibrátory s rotujícími excentrickými hmotami (nevývažky), je definována jako odstředivá síla:

kde т — hmotnost rotující části stroje na nevyvážení, kg; г — excentricita rotujících hmot, cm; co — kruhová frekvence hřídele stroje, s‘ 1 .

Při použití nevyvážených vibrátorů je standardní dynamické zatížení určeno vzorcem:

kde М_к = t g — kinetický moment jednoho vibrátoru, N cm; g — tíhové zrychlení, cm/s 2 .

V tabulce. Dodatek B.74 uvádí přípustné standardní tlaky na půdu.

V srdci pohlcování vibrací (tlumení vibrací) je princip zvyšování aktivních ztrát v oscilačních systémech. Zvýšení ztráty vibrační energie v systému snižuje amplitudy vibrací, zejména v rezonančních oblastech. Toho je dosaženo volbou materiálů a provedení s nízkou tuhostí a vysokým vnitřním třením.