Koeficient izolácie vibrácií. Ochrana proti vibráciám. Automatické vyvažovanie rotujúcich hriadeľov

Cieľ: posudzovanie izolácií vibrácií pracovísk, zvládnutie spôsobu výberu a výpočtu elastických prvkov izolátorov vibrácií.

1. Základné teoretické informácie

Vibráciou sa rozumie pohyb bodu alebo mechanického systému, pri ktorom dochádza k striedavému časovému nárastu a poklesu hodnôt aspoň jednej súradnice. Vzhľadom na vplyv na ľudský organizmus môžeme povedať, že vibrácie sú mechanické vibrácie, ktoré človek vníma ako otras. Je možné uviesť niektoré znaky, ktoré rozlišujú vibrácie v triede mechanických vibrácií: relatívne malé amplitúdy vibrácií; ich relatívne vysoká frekvencia; široké, chaotické spektrum vibrácií.

Izolácia vibrácií je jednou z najbežnejších metód znižovania vibrácií na pracovisku. Tento spôsob ochrany spočíva v obmedzení prenosu kmitov zo zdroja budenia na chránený objekt pomocou zariadení umiestnených medzi nimi. Izolácia vibrácií sa vykonáva zavedením dodatočného elastického spojenia do oscilačného systému, ktorý zabraňuje prenosu vibrácií zo stroja - zdroja kmitov na základňu alebo susedné konštrukčné prvky. Toto elastické spojenie je možné použiť aj na tlmenie prenosu vibrácií zo základne na osobu alebo na chránenú jednotku.

Izolácia vibrácií sa teda dosiahne inštaláciou elastických prvkov - izolátorov vibrácií medzi zdroj vibrácií a chránený objekt.

Účinnosť izolácie vibrácií je určená koeficientom prenosu, ktorý má fyzikálny význam ako pomer amplitúdy posunu -
(
), rýchlosť vibrácií (
) alebo zrýchlenie vibrácií (
) chráneného objektu na amplitúdu (
), rýchlosť vibrácií ( ) alebo zrýchlenie (
) zdroj budenia, t.j.

.

V systémoch, kde je možné zanedbať trenie, možno prevodný pomer vypočítať pomocou vzorca

,

kde a - frekvencia nútených a vlastných kmitov systému, resp.
.

Z tohto vzorca je zrejmé, že čím nižšia je vlastná frekvencia v porovnaní s frekvenciou hnacej sily, tým vyššia je účinnosť izolácie vibrácií. o
hnacia sila pôsobí ako statická a úplne sa prenáša na základňu. o
dochádza k rezonancii sprevádzanej prudkým zvýšením úrovne vibrácií. o
rezonančný režim sa nevykoná, hodnota sa rovná jednej a s ďalším zvyšovaním sa stáva menším ako jedna, pretože systém vyvíja rastúci zotrvačný odpor voči hnacej sile. V dôsledku toho sa znižuje prenos vibrácií cez izoláciu vibrácií.

Účinnosť izolácie vibrácií je zvyčajne určená:

,

Frekvencia nútených vibrácií sa dá ľahko vypočítať, ak existuje jeden zdroj budenia vibrácií. Takže pre elektromotor frekvencia nútených kmitov , Hz, sa bude rovnať

,

kde - počet otáčok hriadeľa motora, ot./min.

Výraz pre prirodzenú frekvenciu vibrácií, berúc do úvahy to
, môže byť reprezentovaný ako

kde
- statická deformácia (sadnutie) systému na izolátoroch vibrácií pod tlakom vlastnej hmotnosti,
.

Čím väčšia je statická deformácia, tým nižšia je vlastná frekvencia a tým účinnejšia izolácia vibrácií. Táto okolnosť je však v rozpore s ekonomickými a v niektorých prípadoch aj s technickými požiadavkami, pretože vedie ku zložitým a nákladným konštrukciám izolátorov vibrácií s veľkými rozmermi a systém na takýchto izolátoroch vibrácií často nadobúda príliš veľkú mobilitu v jednotlivých stupňoch voľnosti. Preto je v niektorých prípadoch potrebné hľadať rozumný kompromis medzi hygienickými, technickými a ekonomickými požiadavkami. Čím vyššia je frekvencia vibrácií, tým je teda jednoduchšie vykonať izoláciu vibrácií. Z toho vyplýva, že existuje optimálny vzťah medzi frekvenciou budenia a frekvenciou vlastných vibrácií systému.

Na základe vyššie uvedeného môžeme povedať, že účinnosť izolácie vibrácií závisí od pomeru frekvencie budenia a frekvencie vlastných vibrácií systému. Optimálny pomer medzi nimi
čo zodpovedá
.

Oceľové pružiny, gumené nárazníky, plasty a iné materiály sa používajú ako elastické prvky pri konštrukcii izolátorov vibrácií. Používajú sa aj kombinované, gumo-kovové, pružinovo-plastové, gumo-plastové a iné štruktúry.

V praktickej práci sú študenti vyzvaní na výpočet izolácie vibrácií operátorského pracoviska technologického zariadenia pomocou pružín a gumových tesnení na základe prípustných hodnôt parametrov vibrácií na pracoviskách (GOST 12.1.012-92. SSBT. Vibračná bezpečnosť. Všeobecné požiadavky.).

Vo všeobecnosti sa v základoch môžu vyskytnúť vibrácie pozdĺž vertikálnej osi, vibrácie spojené so šmykovými deformáciami a torzné vibrácie pozdĺž vertikálnej osi, čo je určené povahou nevyvážených síl a krútiacich momentov sprevádzajúcich prevádzku zariadenia.

Na elimináciu vplyvu vibrácií na životné prostredie je potrebné prijať opatrenia na zníženie vibrácií predovšetkým pri zdroji vzniku a v prípadoch, keď to nie je možné, na ich zoslabenie pozdĺž cesty šírenia.

Boj proti vibráciám pri zdroji vyrábané v štádiu projektovania aj počas prevádzky. Pri vytváraní strojov a technologických zariadení by sa mali uprednostňovať také kinematické a technologické schémy, v ktorých by boli vylúčené alebo extrémne obmedzené dynamické procesy spôsobené nárazmi, prudkými zrýchleniami a pod. Takže výmena vačiek a kľukových mechanizmov za rovnomerne sa otáčajúce (najmä excentry) výrazne pomáha znižovať vibrácie. Okrem toho nahradenie kovania a lisovania lisovaním vedie; vyrovnávanie nárazom - valcovaním; pneumatické nitovanie a razenie - hydraulické nitovanie a elektrické zváranie. V súčasnosti sú vyvinuté modifikácie známych technologických postupov, ktoré majú oproti pôvodným menšiu vibračnú aktivitu (gumové lisovanie namiesto klasického lisovania; lisovanie na hydraulických lisoch namiesto spracovania na lisovacích kladivách). Pri projektovaní strojov a zostáv je potrebné nájsť najlepšie konštrukčné riešenia pre bezrázovú interakciu dielov (pečiatky so skosenými reznými hranami na lisovacích kovacích zariadeniach, výmena prevodových pohonov strojov a zostáv elektromotormi a pod.). Na zníženie úrovne vibrácií prevodoviek inžinierskych zariadení obytných budov je vhodné namiesto bežných ozubených kolies s priamym zubom použiť ozubené kolesá so špeciálnymi typmi ozubenia - globoidné, šípové, oduševnené, konchoidné. V tomto prípade je veľmi dôležité zvýšiť triedu presnosti obrábania a povrchovú úpravu ozubených kolies. Na ten istý účel sa vykonáva výber párov ozubených kolies, čo umožňuje ďalšie zníženie úrovne vibrácií o 3-4 dB.

Dôvodom nízkofrekvenčných vibrácií čerpadiel, kompresorov, motorov je nevyváženosť rotujúcich prvkov (rotorov). To platí pre moderné rýchlobežné stroje relatívne nízkej hmotnosti so zníženou tuhosťou hlavných nosných častí. Pôsobenie nevyvážených dynamických síl zhoršuje zlé upevnenie dielov, ich opotrebovanie počas prevádzky.

Dôvodom nerovnováhy môže byť heterogenita materiálu konštrukcie (odlievacie dutiny, troskové inklúzie), nerovnomernosť jej hustoty, asymetrické rozloženie rotujúcich hmôt (najmä počiatočné zakrivenie hriadeľov a rotorov), porušenie špecifikovanej symetrie spojovacími prvkami, nesprávny výber tolerancií spracovania, ako aj typ pristátia ... Okrem toho môže byť príčinou nerovnováhy rozdiel v koeficientoch objemovej rozťažnosti alebo odolnosti proti opotrebovaniu jednotlivých prvkov rotačného systému. Vo všetkých prípadoch vedie posunutie ťažiska vzhľadom na os rotácie k vzniku nevyváženej odstredivej sily.

F = meω 2, (41)

kde m je hmotnosť rotujúceho systému; ω je uhlová rýchlosť otáčania; e - excentricita (vektor polomeru stredu uvažovanej hmoty vzhľadom na os rotora).

Analýza výrazu ukazuje, že aby sa znížili vibrácie spôsobené nevyváženosťou rotujúcich hmôt (rotorov), prevádzkové rýchlosti by mali byť obmedzené.

Na zníženie úrovne vibrácií vznikajúcich v dôsledku nerovnováhy počas inštalácie a prevádzky zariadenia by sa malo použiť vyváženie nevyvážených rotorov obežných kolies, hriadeľov motora atď.

V súlade s GOST 19534-74 "Vyvažovanie rotujúcich telies" rozlišovať medzi statickou (obr. 86, a), krútiacim momentom (obr. 86.6) a dynamickou (obr. 86, c) nerovnováhou rotora.

Ryža. 86. Schémy nevyváženosti rotorov: 1 - ťažisko; 2 - os rotora; 3 - hlavná stredová os zotrvačnosti

V závislosti od typu nevyváženosti rotorov sa používa jeden z troch typov vyváženia:

1) statické vyvažovanie - vyvažovanie, pri ktorom sa určuje a znižuje hlavný vektor nevyvážeností rotora, čo charakterizuje jeho statickú nevyváženosť. Statické vyváženie sa vykonáva v jednej korekčnej rovine;

2) momentové vyvažovanie - vyvažovanie, pri ktorom sa zisťuje a znižuje hlavný moment nevyváženosti rotora, čo charakterizuje jeho momentovú nevyváženosť. Okamžité vyváženie sa vykonáva najmenej v dvoch korekčných rovinách;

3) dynamické vyvažovanie - vyvažovanie, pri ktorom sa zisťujú a znižujú nevyváženosti rotora, ktoré charakterizujú jeho dynamickú nevyváženosť. Stačí vykonať dynamické vyváženie tuhého rotora v dvoch korekčných rovinách ( Požiadavky na vyvažovanie a metódy výpočtu odchýlok sú stanovené v GOST 22.061-76 „Stroje a technologické zariadenia. Systémy tried presnosti vyvažovania ").

Berúc do úvahy vyššie uvedené, pri prevádzke technologických zariadení je potrebné prijať opatrenia na elimináciu nadmerných vôlí a vôlí v konštrukčných prvkoch strojov a mechanizmov, čo je zabezpečené periodickou kontrolou strojov a mechanizmov - zdrojov vibrácií počas prevádzky, v r. s cieľom odstrániť zistené nedostatky.

Vylúčenie rezonančných režimov počas prevádzky zariadenia možno považovať za špeciálny prípad boja proti vibráciám pri zdroji ich výskytu. Ako je známe, v tomto prípade aj pri malých hodnotách nevyváženosti a relatívne malých vzrušujúcich vplyvoch sa úroveň parametrov vibrácií prudko zvyšuje. Je to spôsobené tým, že pri rezonancii oscilačný systém odoláva rušivým silám (alebo krútiacim momentom) len v dôsledku aktívnych strát v systéme. Preto je veľmi dôležité, z hľadiska znižovania úrovne priemyselných vibrácií, vylúčenie rezonančných režimov prevádzky technologických zariadení, čo sa pri projektovaní dosahuje voľbou režimov prevádzky s prihliadnutím na vlastné frekvencie strojov, resp. mechanizmov. Počas prevádzky je však možné znížiť tuhosť jednotiek (a v niektorých prípadoch aj ich hmotnosť), čo vedie k zmene hodnoty vlastných frekvencií. Existujú aj prípady zmien v prevádzkových režimoch zariadenia. Túto okolnosť je potrebné mať na pamäti aj v prípade, že sa stroje a mechanizmy v procese prevádzky časom stanú zdrojom vplyvu vibrácií na životné prostredie.

Vzhľadom na to, že vlastná frekvencia oscilačného systému je ω = √b / m, kde b a m sú tuhosť a hmotnosť systému, možno rezonančný režim vylúčiť zmenou hmotnosti alebo tuhosti systému. Na presné určenie hodnôt vlastných frekvencií strojov a mechanizmov sa používajú vibračné stojany.

V prípadoch, keď nie je možné znížiť vibrácie pri zdroji výskytu, je potrebné aplikovať metódy na zníženie vibrácií pozdĺž ciest šírenia: tlmenie vibrácií, izolácia vibrácií alebo tlmenie vibrácií.

Tlmenie vibrácií spojené so zvýšením reaktívnej časti impedancie oscilačného systému. S ohľadom na problém ochrany životného prostredia sa tlmenie vibrácií realizuje najmä zvýšením efektívnej tuhosti a hmotnosti telesa stroja alebo strojových lôžok ich upevnením do jedného uzavretého systému so základom pomocou kotevných skrutiek alebo cementovej malty. To vedie k zníženiu vibračnej aktivity oscilačného systému a následne k oslabeniu vplyvu na životné prostredie. Na ten istý účel sú na základové dosky a podstavce tlmiace vibrácie inštalované relatívne malé inžinierske zariadenia obytných budov (ventilátory, čerpadlá) (obr. 87). Výpočet základových blokov sa vykonáva podľa špeciálnych metód. Návrh základov budov a konštrukcií sa vykonáva v súlade s pokynmi.

Ryža. 87. Schéma inštalácie inžinierskych zariadení zabezpečených proti vibráciám: 1 - elastické tesnenie; 2 - železobetónová doska; 3 - vložka (gumená hadica); 4 - svorka s elastickým tesnením; 5 - elastická podložka

Stanovenie amplitúd vynútených a voľných vibrácií základu sa vykonáva v súlade s pokynmi SNiP P-19-79, berúc do úvahy typ stroja. Vo všetkých prípadoch musí byť splnená podmienka A max ≤ A add, kde A max je najväčšia amplitúda vibrácií základov určená výpočtom; A add - prípustná amplitúda vibrácií základov v súlade s pokynmi SNiP. Takže pre stroje s mechanizmami ojnice so zakrivenými hrotmi, ktoré sú rozšírené v strojárstve, je možné vykonať výpočet vertikálnych vibrácií podľa vzorca

Amax = PH Z / (b Z -m ∑ ω 2), (42)

kde Р H Z je normatívna vertikálna zložka rušivých síl stroja v súlade s SNiP II-19-79; m ∑ je celková hmotnosť stroja a základu, kg; b Z - koeficient tuhosti základu pri elastickom rovnomernom stlačení, b Z = C Z F, kde F je plocha základne základu; C Z - koeficient elastického rovnomerného stlačenia prirodzeného základu, určený podľa. výsledky štúdií alebo podľa SNiP II-19-79 v závislosti od hodnoty štandardného tlaku na základňu, ktorej hodnota sa berie v súlade s pokynmi kapitoly SNiP pre návrh betónových a železobetónových konštrukcií .

Výpočet amplitúd vertikálnych (horizontálnych) vibrácií zeme s vertikálnymi (horizontálnymi) vibráciami základu stroja sa vykonáva podľa vzorca

A г = A а (1 / r-r2-1 / (r2-1) √ (3r)), (43)

kde A g je amplitúda vertikálnych (horizontálnych) vibrácií zeme v bodoch umiestnených vo vzdialenosti r od osi základu, ktorý je zdrojom vĺn v zemi; A - amplitúda voľných alebo nútených vertikálnych (horizontálnych) vibrácií nadácie (určená SNiP II-19-79); r = r / r 0 - znížený polomer základne základu; r0 = √ (F / π) F je plocha základne základu. Frekvencia vĺn šíriacich sa v zemi sa považuje za rovnajúcu sa frekvencii vibrácií základov stroja.

Aby sa vylúčil prenos vibrácií zo základov technologických zariadení podnikov do obytných budov po obvode základov na celú výšku, akustické švy sú vybavené „výplňou akéhokoľvek sypkého materiálu, napríklad azbestových triesok. K opatreniam podobného účelu patria zariadenia na akustické štrbiny, v ktorých vzduch slúži ako izolačná vrstva.

Izolácia vibrácií... Významnou nevýhodou tradičných metód inštalácie zariadení na základy tlmenia vibrácií v moderných podmienkach je veľa času stráveného výrobou jednotlivých základov a nevyhnutné poškodenie drahých podlahových krytín. Preto sa rozšírila inštalácia zariadení bez základov a kotvenie jednotiek priamo na elastické vibroizolačné podpery. Táto metóda vám umožňuje poskytnúť akýkoľvek stupeň izolácie vibrácií zariadenia. Inštalácia technologických a inžinierskych zariadení na vibroizolačné podpery znižuje náklady na inštaláciu a prestavbu zariadení, vylučuje poškodenie zariadenia a znižuje hladinu hluku spojenú s intenzívnymi vibráciami. Antivibračné držiaky možno použiť aj v prítomnosti základov: buď medzi strojom so zdrojom vibrácií a základom (základňa, základová doska), alebo medzi základom a zemou. S inštaláciou izolátorov vibrácií sa počíta aj pri kladení vzduchových potrubí pre ventilačné systémy a rôznych typov potrubí vo vnútri stavebných konštrukcií, ako aj pri ich pripevňovaní. Tým sa eliminuje prenos vibrácií zo stien vzduchovodov a potrubí na konštrukčné prvky budov. Okrem toho, aby sa obmedzilo šírenie vibrácií pozdĺž špecifikovaných inžinierskych komunikácií, sú rozdelené do samostatných sekcií pomocou špeciálnych flexibilných vložiek (pozri obr. 87). Vo všetkých uvažovaných prípadoch vedie zavedenie dodatočného flexibilného spojenia do oscilačného systému k oslabeniu prenosu vibrácií zo zdroja kmitov.

Ako izolátory vibrácií sa široko používajú gumené alebo plastové tesnenia, jednoduché alebo kompozitné vinuté pružiny, listové pružiny, kombinované izolátory vibrácií (pružina-guma, pružina-plast, pružina-pružina) a pneumatické izolátory vibrácií ("vzduchové vankúše").

Gumové tesnenia izolujúce vibrácie sa zvyčajne vyrábajú perforované alebo rebrované, pretože guma nie je náchylná na objemovú deformáciu.

Vinuté pružiny a pružiny sú v porovnaní s tesneniami odolnejšie voči agresívnym médiám, dlhšie si zachovávajú svoje elastické vlastnosti a umožňujú izolovať oscilácie relatívne nízkych frekvencií, pretože za inak nezmenených okolností poskytujú veľké statické vyrovnanie. Významnou nevýhodou vinutých pružín je nízke zníženie vysokofrekvenčných vibrácií. Z tohto dôvodu sú kombinované izolátory vibrácií široko používané (obr. 88). Ako vyplýva z obrázku, kombinovaný izolátor vibrácií pozostáva z valcovej pružiny 1 a sady gumových tesnení 3, ktoré oddeľujú pružinu tak od nosnej plochy, ako aj od prvkov telesa izolátora vibrácií. Tento typ konštrukcie umožňuje efektívne zníženie vibrácií v širokom frekvenčnom pásme. Široko sa používajú na tlmenie prenosu vibrácií väčšiny typov stacionárnych a technologických zariadení (obrábacie stroje, čerpadlá, ventilátory). Ich použitie v ťažkých strojoch s horizontálnym zaťažením (najmä kužeľové a čeľusťové drviče) však nie je možné. V tomto prípade sa používajú izolátory vibrácií s hydraulickými závesmi. Sú umiestnené na koncoch tuhej tyče 1 a pozostávajú z jednej alebo viacerých šošoviek (obr. 89).

Ryža. 88: Kombinované izolátory vibrácií: 1 - vinutá pružina; 2-puzdro; 3 - sada gumových tesnení

Šošovka je tvorená dvoma prstencovými doskami 2 spojenými po obvode. Priestor medzi doskami je vyplnený kvapalinou. Ako posledné sa najčastejšie používajú oleje s nízkym bodom tuhnutia. Vibračný izolátor poskytuje nízku frekvenciu prirodzených vibrácií inštalácie v horizontálnom smere. Je pripevnený medzi nosnú konštrukciu stroja 3 a podperu izolátora vibrácií 4.

Ryža. 89. Vibračné izolátory s hydraulickými závesmi: 1 - tuhá tyč; 2 - prstencové dosky; 3 - nosná konštrukcia stroja; 4 - podpora izolátora vibrácií

Pneumatické izolátory vibrácií, ako sú vzduchové vankúše, sú široko používané v železobetónových továrňach. Predstavujú vzduchovú dutinu s tlakom asi 2 10 5 Pa, oddeľujúcu vibrátor s výliskom od telesa stroja (obr. 90). To vedie k prudkému oslabeniu prenosu vibrácií do základne vibračnej plošiny, základov, pôdy a ďalej do základov množstva rozpadnutých budov bez zníženia úrovne prevádzkových parametrov vibrátora a tým aj kvality. tvarovania vibrácií. Vibračná izolácia strojov a zariadení od základne (základu) môže byť vykonaná v dvoch verziách. Prvá takzvaná možnosť "podpory" umožňuje inštaláciu izolátorov vibrácií medzi stroj a základňu (obr. 91, a). Druhá možnosť je „zavesená“ (obr. 91, b, c, d), keď je izolovaný objekt zavesený na izolátoroch vibrácií upevnených nad základňou základov, ktoré na rozdiel od prvého prípadu už pracujú v tlaku a ťahu.

Ryža. 90. Schéma pneumatických izolátorov vibrácií: 1 - vibračná plošina; 2 - ohybné puzdro z gumy; 3 - komora vzduchového vankúša

Podľa základnej verzie sa vykonáva izolácia vibrácií väčšiny typov stacionárnych technologických zariadení podnikov a inžinierskych zariadení obytných a verejných budov. V niektorých prípadoch je však možné použiť aj zavesenú verziu. V diagramoch na obr. 92 sú uvedené možnosti izolácie vibrácií pre kladivá, ktoré dnes predstavujú hlavné zdroje vibrácií z hľadiska ochrany životného prostredia. Schémy a a b zodpovedajú referenčnej verzii. V prvom prípade je základ 1 inštalovaný na vibračných izolátoroch 3 umiestnených pozdĺž jeho obvodu; v druhom - na izolátoroch vibrácií s in-line usporiadaním. Schéma c zodpovedá pozastavenej verzii. V tomto prípade je základový blok 1 podopretý skriňou a závesnými tyčami 7, ktorých konce spočívajú na tlmičoch vibrácií. Vo všetkých uvažovaných prípadoch je základ uložený v zemi, preto je k dispozícii ochranný box, vo vnútri ktorého je umiestnený základový blok a izolátory vibrácií. Treba poznamenať, že základový blok pod strojom izolovaným proti vibráciám je usporiadaný v nasledujúcich prípadoch: teleso stroja má nedostatočnú tuhosť; umiestnenie izolátorov vibrácií priamo pod telom stroja spĺňa konštrukčné ťažkosti; jednotka je izolovaná, pozostáva zo samostatných strojov inštalovaných na jednom základovom bloku; je potrebné zvýšiť hmotnosť izolovanej inštalácie a momenty zotrvačnosti, aby sa znížili amplitúdy jej vynútených vibrácií; je potrebné zvýšiť hmotnosť a momenty zotrvačnosti izolovanej inštalácie, aby sa predišlo zvýšeniu frekvencie jej prirodzených vibrácií, ktoré je spôsobené zvýšením tuhosti izolátorov vibrácií, aby sa eliminovali neprijateľné deformácie inštalácie od dočasného statického zaťaženia alebo na zníženie amplitúd prirodzených vibrácií inštalácie spôsobených náhodnými otrasmi (napríklad možné otrasy obsluhujúceho personálu pri vykonávaní pracovných operácií a pod.).

Ryža. 92. Schémy vibračnej izolácie bucharov: a, b - referenčná verzia; в - pozastavená verzia; 1 - základový blok; 2 - pivničná schránka; 3 - izolátory vibrácií; 4 - podlaha; 5 - spodný zárez; 6 - pilastre; 7 - závesné tyče

V niektorých prípadoch sú základové bloky nahradené izoláciou vibrácií špeciálnej konštrukcie (obr. 93). Tu sa ako izolátory vibrácií použilo 12 súprav sedemlistových eliptických pružín Galakhov. Pružiny sú umiestnené v dvoch pásoch pozdĺž výšky šachtovej jamy (verzia s podperou). Šabot 1 spočíva na pružinách 2 cez prechodový rám 3. Vertikálnosť pohybu šaboty pri nárazoch, ktoré vytvárajú dodatočný moment prevrátenia, zabezpečuje šesť valčekových vedení inštalovaných v ráme prekrytia jamy. Zrýchlenie vibrácií v okolitých obytných budovách sa zníži 20-30 krát.

Boli vyvinuté pružinové závesné základy s izoláciou proti vibráciám pre raziace kladivá (М210 М211, М212, КРН-800 a КРН-1250). V tejto konštrukcii základu (obr. 94) je kladivový šabot 1 inštalovaný na dvoch nosníkoch 2 vyrobených z I-nosníkov; nosníky sú zavesené na čapoch, ktoré majú na spodnom konci špeciálne matice 3 umiestnené v zámkoch 4. Čap má na hornom konci maticu dosadajúcu na priečnik 9. Aby sa zabránilo samovoľnému vyskrutkovaniu, je matica vybavená podložkou. Pružiny sú upevnené v priečnikoch pomocou špeciálnych objímok a ich konce sú vložené do drážok dosiek 8, privarených k podložkám 5. Podložky sa pri montáži nalievajú do základových podstavcov 6. V pracovnej polohe základ musí byť pokrytý palubou 7. Aby sa zabránilo pohybu kladiva pozdĺž nosníkov, sú k dispozícii hmoždinky, privarené k nosníkom. Kľúče zapadajú do drážok šabotu 1.

Uvažovaná konštrukcia umožňuje inštaláciu kladív na existujúci základ. Pružinové zavesené základy s izoláciou proti vibráciám majú oproti základom umiestneným priamo na zemi nasledujúce výhody: dynamické zaťaženie na zemi sa zníži 4-5 krát av porovnaní s "pevným" základom - 25-30 krát; tlmenie vibrácií spôsobených kladivom po náraze prebieha v jednom cykle; rozmery základov v pláne nepresahujú existujúce "tuhé"; absencia masívneho betónového inerciálneho základového bloku, ktorého hmotnosť je 3-4 krát väčšia ako hmotnosť kladiva, cena je 8-9 krát nižšia ako cena štandardného.

Účinnosť izolácie vibrácií pri pôsobení harmonických zaťažení sa odhaduje pomocou prevodových koeficientov prevodovky. Pri translačných vibráciách v smere osi x priestoru a rotačných vibráciách okolo rovnakej osi sú zodpovedajúce koeficienty prenosu určené vzorcami

KP x = A kx / A x = 1 / a2 x -1

KP φх = Mkх / Mх = 1 / α 2 φ x,

kde A kx a M kx sú, v tomto poradí, amplitúdy harmonickej sily a harmonického momentu vzhľadom na os x, prenášané cez izolátory vibrácií na nosnú konštrukciu; A x, M x - amplitúdy harmonickej sily a momentu pôsobiaceho na izolovanú inštaláciu; α x = ω x / ω 0 x), α φ x = ω / ω 0 x sú pomer uhlovej frekvencie vynútených vibrácií ω x k uhlovej frekvencii ω 0x prirodzených rotačných vibrácií zariadenia okolo rovnakú os.

Pri translačných vibráciách inštalácie izolovanej proti vibráciám v smere osí ytz a rotačných vibráciách okolo rovnakých osí sa index k vo vzorcoch nahradí y a z. Ak sa ťažisko izolátora vibrácií zhoduje s ťažiskom izolátorov vibrácií, potom vzorce uvedené pre všetky súradnicové osi zostanú presné. V opačnom prípade budú tieto vzorce približné.

Pre každý zo smerov priestoru je uhlová frekvencia (v rad / s) ω = 2πf, kde f = n / 60 je frekvencia vynútených kmitov v Hz; n je počet otáčok (cyklov) stroja za 1 min. Uhlové frekvencie ω 0 a ω φ 0 sú určené bez zohľadnenia vzájomného prepojenia prirodzených vibrácií v rôznych smeroch.

Pri izolácii vibrácií strojov podľa schém znázornených na obr. 91, a, b, c, je potrebné, aby pomer

α z = ω z / ω 0z ≥ 4, (45)

a všetky ostatné veličiny (α х, α у, α φx, α φу, α φz) by boli väčšie ako 2,5.

Berúc do úvahy, že výroba izolátorov vibrácií, ktoré zaisťujú frekvenciu prirodzených vibrácií zariadenia pod 2 Hz, je spojená so značnými technickými ťažkosťami, pri izolácii vibrácií jednotiek s frekvenciou rušenia menšou ako 8 1/s je hodnota pomer α z ≥ 3 možno považovať za výnimku, stále byť vyšší ako 2,5.

V prípade izolácie vibrácií podľa kyvadlovej schémy (pozri obr. 91, b, c, d) je potrebné, aby

α x = ω x / ω 0x ≥ α у = ωу / ω 0у ≥ 4; α φz = ωz / ω φ 0z (46)

Hodnoty pomerov α z, α φx a α φу v tomto prípade nemusia byť obmedzené z dôvodu absencie výrazných vertikálnych dynamických vplyvov.

Výpočet vibračnej izolácie inžinierskych zariadení obytných a verejných budov, ako aj priemyselných technologických zariadení sa vykonáva na základe stanovených hodnôt koeficientov α a α φ pre jednotlivé smery priestoru. Požadované hodnoty zodpovedajúcich vlastných frekvencií ω 0 a φ 0 sa určia zo známej hodnoty ω podľa vzorcov: ω 0 = ω / α a ω φ 0 = ω / α φ. Požadovaná tuhosť izolácie vibrácií je založená na pomere

b = mω 2 0, (47)

kde b je požadovaná tuhosť izolácie vibrácií v danom smere (x, y alebo z); m je hmotnosť zariadenia s izoláciou proti vibráciám. Požadovaná torzná tuhosť izolátorov vibrácií

b φ = ω 0 φ I 0, (48)

kde I 0 je moment zotrvačnosti inštalácie izolovanej proti vibráciám vzhľadom na zodpovedajúcu os priestoru.

A = Ai / (m ω 2 - b), (49)

kde A i - hodnoty amplitúdy rušivej sily v príslušnom smere priestoru.

Potom sa získané hodnoty amplitúd vibrácií skontrolujú z hľadiska požiadaviek regulačných dokumentov.

Očakávaný pokles úrovne vibrácií ΔL pri inštalácii zariadenia na vypočítané izolátory vibrácií sa rovná

AL = 20 Ig (1/CP). (50)

Výpočet izolácie vibrácií sa môže vykonať v inom poradí. Vyberie sa špecifický typ izolátorov vibrácií so známymi prípustnými charakteristikami zaťaženia a tuhosti (podľa GOST 17725-72 "Vibrácie. Gumové izolátory vibrácií. Rohože") a hodnoty vlastných frekvencií izolátora vibrácií sa určia podľa vzorec ω 0 = √b / m. Pre známe hodnoty frekvencií rušivých síl a momentov sa pomocou vzorcov (44) vypočítajú zodpovedajúce hodnoty koeficientov prenosu. Tie sa porovnajú s požadovanými hodnotami (45) a (46).

Tlmenie vibrácií. Táto metóda je založená na zvýšení aktívnych strát v oscilačných systémoch. Faktor straty energie sa považuje za hlavnú charakteristiku tlmenia vibrácií

kde (ω je uhlová frekvencia vibrácií; μ je koeficient viskózneho trenia; b je tuhosť systému. Tlmenie vibrácií je možné realizovať použitím materiálov s vysokým vnútorným trením v strojoch s intenzívnym dynamickým zaťažením. Patria medzi ne liatiny s vysokým obsahom uhlíka a kremíka, zliatiny neželezné kovy (n ~ 0,1) Zliatiny (Cu-Ni, Ni-Ti, Ni-Co), ako aj polymérne a gume podobné materiály (n ≈ 0,15) majú obzvlášť veľké tlmenie.sú čoraz častejšie používané v pomalobežných prevodovkách strojárskych zariadení budov.

Veľké možnosti z hľadiska ochrany životného prostredia pred vibráciami má použitie náterov tlmiacich vibrácie na zníženie vibrácií šíriacich sa vzduchovodom vzduchotechnických systémov, ale aj plynovodov kompresorových staníc. Najbežnejšie typy povlakov tlmiacich vibrácie sú uvedené v tabuľke. 49.

(Stratové faktory sú uvedené pre t = 20 ° С)

(Pri nanášaní 4 vrstiev na oceľový pás s hrúbkou 2 mm)

Vyhodnotenie zníženia úrovne vibrácií zavedením tlmenia vibrácií:

ΔL ν = 20 lg (η 2 / η 1), (52)

kde η 1 a η 2 sú stratové koeficienty pred a po tlmení vibrácií. V poslednej dobe sa rozšírili nové typy náterov tlmiacich vibrácie - foamelast, VML-76 a technický vinipor.

Technické aplikácie teórie vibrácií

10.1. Základy výpočtu izolácie vibrácií

Oscilácie vznikajúce pri prevádzke rôznych typov strojov a mechanizmov sa prenášajú na priľahlé konštrukcie a objekty, čo narúša normálnu prevádzku iných zariadení a nepriaznivo ovplyvňuje aj ľudské zdravie. Okrem toho je často potrebné inštalovať rôzne zariadenia a iné predmety na oscilačnú základňu. V tomto prípade je spravidla potrebné izolovať predmet od základne, aby sa naň neprenášali vibrácie základne. V oboch prípadoch je problém izolácie vibrácií riešený rovnakým spôsobom - medzi objekt a základňu sú inštalované elastické prvky a niekedy tlmiče suchého alebo viskózneho trenia.

Zvážte najjednoduchší systém ochrany pred vibráciami (obr. 77, a). Tu je hmotný predmet, na ktorý pôsobí harmonická rušivá sila , spojený so základňou pružným spojením s tuhosťou a viskóznym trecím prvkom s koeficientom trenia.

Vyššie bolo zistené, že s výkyvmi takéhoto systému sa pohyb nákladu mení podľa zákona:

,

Koeficient útlmu; je prirodzená frekvencia systému.

V probléme výpočtu izolácie vibrácií nie je ani tak podstatný pohyb objektu, ale dynamická sila prenášaná na základňu. Táto sila je súčtom reakcie elastickej väzby a sily viskózneho trenia:

Pomer amplitúdy sily prenášanej na základňu k amplitúde rušivej sily je tzv. koeficient izolácie vibrácií:

(352)

Na obr. 78 sú znázornené grafy závislosti koeficientu izolácie vibrácií od pomeru frekvencie rušivej sily k vlastnej frekvencii systému.

V prípade, že systém izolácie vibrácií slúži na ochranu objektu pred prenášaním vibrácií základne naň (obr. 77, b), koeficient izolácie vibrácií je pomerom zrýchlenia objektu k zrýchleniu základne. Tento koeficient je vyjadrený aj vzorcom (352).

Pohybová rovnica objektu (obr. 77, b) má totiž tvar

(353)

kde je posunutie objektu, je posunutie základne.

Pri harmonickom budení je posunutie základne určené vzorcom

a ofset objektu je

Nahradením týchto hodnôt do (353) dostaneme

Koeficient izolácie vibrácií:

Tento výraz sa úplne zhoduje s (352), preto graf na Obr. 78 platí rovnako pre oba prípady izolácie vibrácií.

Je zrejmé, že systém izolácie vibrácií je účinný len vtedy, keď je pomer veľký, t.j. ak je vlastná frekvencia systému malá v porovnaní s frekvenciou rušenia. S elastickým zavesením to nie je prospešné, ale škodlivé, pretože koeficient izolácie vibrácií je väčší ako jednota. Tlmenie znižuje účinnosť izolácie vibrácií pri vysokých frekvenciách, ale znižuje rezonančné špičky.

Mierne tlmenie je užitočné, pretože vám umožňuje zachovať prechodné časy a obmedziť amplitúdy pri spúšťaní a zastavovaní systému.

Na zabezpečenie nízkej vlastnej frekvencie vibrácií izolovaného objektu je potrebné, aby bol systém izolácie vibrácií dostatočne poddajný. V tomto prípade však existuje nebezpečenstvo nadmernej pohyblivosti objektu pri pôsobení pomaly sa meniacich záťaží. Napríklad prístrojové vybavenie lietadla, ktorého izolačný systém je navrhnutý tak, aby tlmil vibrácie motora, môže zaznamenať neprijateľne veľké posuny počas preťaženia spojeného s manévrami lietadla. Na obmedzenie možných pohybov v tomto prípade sú inštalované zarážky (obr. 79, a). V prítomnosti zastávok sa systém odpisovania stáva nelineárnym (obr. 79, b).

V takomto nelineárnom systéme sú možné režimy pohybu s dopadmi na obmedzovače, čo je neprijateľné. Na ich odstránenie je potrebné vypočítať systém izolácie vibrácií na základe nelineárnej teórie.

Odvoďme vzorec na určenie najmenšej prípustnej vzdialenosti k dorazom, ak sú dorazy veľmi tuhé, sú umiestnené symetricky a vplyv na ne je určený koeficientom obnovy rýchlosti. Iné typy tlmenia sa neberú do úvahy.

Uvažujme spôsob pohybu, pri ktorom dochádza k nárazom na hornú a dolnú podperu počas jednej periódy narušenia. Pohybová rovnica pre takéto kinematické budenie má tvar

(354)

kde je posunutie predmetu vzhľadom na vibračnú základňu; a - absolútne posunutie objektu a základne.

Všeobecné riešenie rovnice (354) pre periódu pohybu objektu medzi zastávkami je nasledovné:

(355)

Kombináciou začiatku času s okamihom, keď sa objekt odrazí od spodnej zarážky (čo sa dá vždy urobiť výberom vhodného fázového uhla), máme

v :

v :

Okrem toho je potrebné vziať do úvahy podmienku, ktorá spája rýchlosť nárazu na obmedzovač s rýchlosťou odrazu od neho:

.

Tri zapísané podmienky umožňujú určiť konštanty obsiahnuté v riešení (355). Tieto podmienky vedú k rovnosti:

Z prvých dvoch rovníc nájdeme

Nahradenie týchto hodnôt do tretej rovnice vedie k vzťahu

(356)

Je zrejmé, že stacionárny režim pohybu s nárazmi na dorazy je možný, ak je možné zvoliť takú hodnotu fázového uhla, aby bola splnená rovnosť (356). Naopak, údery proti dorazom nie sú možné, ak je medzera väčšia ako maximálna hodnota pravej strany rovnosti (356).

Teda postačujúca podmienka pre absenciu dopadov na zastávky má podobu

(357)

Z (357) vyplýva, že na zabránenie nárazom by mala byť medzera výrazne väčšia ako stacionárna amplitúda vibrácií vypočítaná podľa lineárnej teórie:

Hodnota súčiniteľa výťažnosti výrazne ovplyvňuje veľkosť požadovanej medzery, preto sa pri návrhoch dorazov zvyčajne používajú materiály s vysokou absorpciou energie.

Jednou z metód, ako znížiť prirodzenú frekvenciu vibrácií vibračného izolačného systému bez zníženia jeho tuhosti, je umelé zvýšenie hmotnosti objektu.

Vyššie získané vzťahy pre systém s jedným stupňom voľnosti platia pre zložitejšie systémy. Takže pre lineárny elastický systém môžete zadať hlavné súradnice a potom bude pohyb pozdĺž každej zo súradníc určený nezávislou rovnicou. Spolu so systémami, v ktorých sa ochrana proti vibráciám dosahuje pomocou pasívnych prvkov, sa v kritických konštrukciách používajú aj systémy aktívnej ochrany pred vibráciami. V týchto systémoch sú vibrácie potláčané energiou externého zdroja riadeného automatickým riadiacim systémom.

10.2. Automatické vyvažovanie rotujúcich hriadeľov

Keď sa nevyvážený hriadeľ otáča, vždy sa pozorujú viac alebo menej intenzívne bočné vibrácie. Amplitúdy kmitov závisia od uhlovej rýchlosti otáčania a pri kritických hodnotách rýchlosti určených pre daný hriadeľ sa tak výrazne zvyšujú, že narúšajú normálne prevádzkové podmienky a môžu spôsobiť zlomenie hriadeľa. Kritický stav sa v tomto prípade nedá eliminovať ani tým najopatrnejším vyvážením, preto je potrebné zabezpečiť, aby sa prevádzkové uhlové rýchlosti nezhodovali s kritickými.

Uvažujme hriadeľ, na ktorom s excentricitou e namontovaný na kotúči s hmotou. Aby sme vylúčili vplyv hmotnosti a zvážili jav v jeho najčistejšej forme, budeme predpokladať, že os hriadeľa je umiestnená vertikálne (obr. 80, a). Hriadeľ má kruhový prierez a otáča sa v ložiskách; kotúč je umiestnený v strede medzi podperami.

Keď sa hriadeľ otáča uhlovou rýchlosťou Rťažisko disku sa bude pohybovať po kružnici a vznikne odstredivá sila. Označme vychýlenie hriadeľa spôsobené touto silou, potom je výsledná excentricita rovnaká a odstredivá sila -. Na určenie priehybu musíte nájsť pomer odstredivej sily k ohybovej tuhosti hriadeľa S:

tie. priehyb hriadeľa je úmerný počiatočnej excentricite.

Z (358) vyplýva, že kritický stav nastáva pri celkom určitej hodnote uhlovej rýchlosti, ktorá závisí od parametrov systému:

(359)

Množstvo je tzv kritická rýchlosť otáčania; zhoduje sa s prirodzenou frekvenciou nerotujúceho systému hriadeľ-disk a čím viac, tým je hriadeľ tuhší a disk ľahší.

Z (359) vyplýva výraz pre relatívnu výchylku hriadeľa

Krivka závislosti je znázornená na obr. 80, b. Analýza ukazuje, že pri pomalej rotácii sú výchylky malé a zvyšujú sa so zvyšujúcou sa uhlovou rýchlosťou; v tomto prípade je ťažisko disku umiestnené ďalej od stredu otáčania ako stred časti hriadeľa (obr. 81, a). Ak, potom sa priehyb rovná nekonečnu a nastáva kritický stav.

V nadkritickej oblasti, kedy, sú výchylky opäť konečné, ale majú znamienko opačné k počiatočnej excentricite. Obrázok 81, b zobrazuje relatívnu polohu stredov a zodpovedajúcu tomuto prípadu. Počas rýchlej rotácie, kedy je ťažisko kotúča bližšie k stredu otáčania ako stred hriadeľa. Čím väčšia je uhlová rýchlosť, tým bližšie je ťažisko disku k stredu otáčania a pri, ťažisko disku sa neobmedzene približuje k osi otáčania. Pri veľmi vysokých uhlových rýchlostiach teda dochádza k samocentrovaniu disku. Preto tým, že je hriadeľ veľmi pružný, t.j. dosiahnutím malých hodnôt môžete dosiahnuť dobrú rovnováhu systému. Toto sa používa pri konštrukcii hriadeľov vysokorýchlostných turbín, kde sú flexibilné hriadele racionálnejšie ako tuhé.

Predtým bol kritický stav definovaný ako stav neobmedzeného rastu priehybu hriadeľa, ak má disk počiatočnú excentricitu. Je možný aj iný výklad kritického stavu. Z (358) je vidieť, že ak a súčasne, potom sa priehyb ukáže ako nedefinovaný. To znamená, že pri úplnom vyvážení hriadeľ stráca stabilitu v priamom smere. Ak je tento tvar narušený, hriadeľ sa ho nesnaží obnoviť, pretože pružná reakcia je presne vyvážená odstredivou silou vznikajúcou pri vychýlení.

Pri akejkoľvek pevnej hodnote uhlovej rýchlosti (okrem) je rotácia sprevádzaná jednoznačnou a konštantnou deformáciou hriadeľa v čase. Akékoľvek vlákno v procese pohybu zostáva rovnako natiahnuté (alebo stlačené) bez ohľadu na čas.

Kritický stav sa v prevádzke zvyčajne považuje za neprijateľný a v blízkosti je zvýraznená zakázaná zóna nebezpečných uhlových rýchlostí.

Aby sa eliminovalo ohýbanie, ku ktorému dochádza pri otáčaní nevyváženého hriadeľa, niekedy sa používajú špeciálne zariadenia na zabezpečenie automatického vyváženia. Takéto vyváženie je potrebné najmä vtedy, keď je za prevádzkových podmienok možná významná zmena nevyváženosti hriadeľa alebo rotora. Príkladom sú niektoré typy odstrediviek, pri ich zaťažení je možné výrazné narušenie symetrie rozloženia hmoty okolo osi rotácie.

Automatické vyvažovanie pomáha udržiavať rovný tvar hriadeľa a tým sa líši od samocentrovania kotúča pri vysokých rýchlostiach, kedy k vycentrovaniu hmoty kotúča dochádza pri patrične ohnutom hriadeli.

Jednou z možností automatického vyvažovača je, že schéma hriadeľ-disk je komplikovaná dvoma kyvadlami, ktoré sa môžu voľne otáčať na hriadeli. Obmedzíme sa na uvažovanie o stacionárnych režimoch rotácie a pre jednoduchosť zanedbáme hmotnostné sily a nepružné odpory.

Nech je bod ležiaci na priamke prechádzajúcej stredmi ložísk; - stred časti hriadeľa; - ťažisko disku; - ťažiska kyvadiel; - dĺžka kyvadiel; - excentricita (obr. 82).

a

b

v

G

d

Pri absencii kyvadiel sú možné dve schémy vzájomnej polohy bodov a (obr. 82). V každej schéme odstredivá sila a elastická sila hriadeľa pôsobia pozdĺž jednej priamky, preto pri pridávaní kyvadiel možno predpokladať, že v ktorejkoľvek z týchto schém majú osi oboch kyvadiel rovnaký smer.

To vedie k štyrom možnostiam umiestnenia kľúčových bodov. Možnosti a a b (obr. 82) zodpovedajú schéme uvedenej na obr. 81, a, keď ťažisko disku leží ďalej od osi otáčania ako stred časti hriadeľa; tieto možnosti sa navzájom líšia relatívnou polohou bodov a.

Možnosti c a d zodpovedajú schéme uvedenej na obr. 82, b, keď je ťažisko disku S leží bližšie k osi otáčania ako stred časti hriadeľa.

Tieto štyri možnosti vyčerpávajú všetky možné zásadne odlišné prípady vzájomného usporiadania bodov. ak všetky ležia na rovnakej priamke. Je však možná aj piata možnosť (obr. 82, d), ktorá zodpovedá úplnému vyváženiu hriadeľa, keď sa stred časti hriadeľa zhoduje so stredom otáčania systému. V tejto verzii neexistujú žiadne elastické sily, pretože hriadeľ nie je ohnutý a odstredivá sila disku je vyvážená odstredivými silami kyvadiel. V tomto prípade osi kyvadiel zvierajú určitý uhol zodpovedajúci danej excentricite kotúča.

Hoci rovnováha je možná v každom z uvedených variantov stacionárneho režimu, nie všetky tieto režimy budú stabilné. Teoretické analýzy a experimenty ukazujú, že pri stabilite má iba piata možnosť. Preto v nadkritickej oblasti takéto kyvadla slúžia ako automatické vyvažovače a chránia os hriadeľa pred ohnutím; ak sa pri otáčaní zväčšuje excentricita, t.j. bod na obr. 82, d je posunutý doprava, potom sa kyvadlá zblížia a uhol sa zmenší presne o toľko, koľko je potrebné na vyrovnanie zvýšenej odstredivej sily disku.

V podkritickej oblasti at je režim stabilný a(obr. 82), pri ktorom kyvadla zväčšujú výchylku hriadeľa a tým len škodia. Preto sa v reálnych systémoch prijímajú opatrenia na „vypnutie“ kyvadiel v podkritickej oblasti.

V dizajne práčok sú kyvadla krúžky uzavreté v plášti. Keď sú odstredivé sily pôsobiace na krúžky malé, krúžky ležia na dne puzdra a vyvažovač je „vypnutý“. Keď sú odstredivé sily dostatočné na to, aby krúžky "plávali" a vyvažovačka je zapnutá.

V niektorých konštrukciách brúsok sú kyvadla guľôčky uzavreté v puzdre.

10.3. Kritické stavy rotora vrtuľníka

Vzorce uvedené pri uvažovaní hriadeľa s jedným kotúčom nemožno použiť, ak sú hmoty spojené s rotujúcim kotúčom a majú určitú pohyblivosť vzhľadom na kotúč; najmä v (359) pre kritickú uhlovú rýchlosť nie je možné nahradiť celkovú hmotnosť disku spolu s pripojenými hmotnosťami.

Tento typ schémy zahŕňa napríklad horizontálny rotor vrtuľníka, pozostávajúci z náboja a lopatiek, ktoré sú spojené s nábojom vertikálnymi závesmi. Obrázok 83 zobrazuje trojlistový rotor so stredom náboja a stredom zvislých závesov. Predpokladajme, že vrtuľník je na zemi a stred náboja sa predpokladá, že je elasticky pripevnený v horizontálnej rovine; túto elasticitu vytvára celá konštrukcia vrtuľníka.

Schematizujeme hmotnostné vlastnosti systému a predpokladáme, že lopatky sú úplne vyvážené a hmotnosť každej lopatky je sústredená vo vzdialenosti od stredu zodpovedajúceho vertikálneho závesu. Predpokladajme tiež, že náboj nie je úplne vyvážený a jeho ťažisko je vzdialené e od stredu objímky a na osičku uhla (obr. 83, a).

V dôsledku nevyváženosti systému pri otáčaní rotora vzniká odstredivá sila, ktorá spôsobí dodatočné elastické posunutie stredu objímky (obr. 83, b), kde je posunutá poloha stredu objímky. Rukáv; - jeho ťažisko; - stredy zvislých závesov. Tieto písmená označujú určitú okamžitú polohu rotora; v priebehu času body opisujú kružnicu so stredom v bode, ktorý definuje os rotácie systému. Osi lopatiek zavesené v pántoch a už nebudú umiestnené na priamkach, a keďže odstredivé sily lopatiek musia prechádzať stredom otáčania. Uhol, ktorý zviera os každej z týchto čepelí s priamkou, bude o niečo menší; označujeme ako (obr. 83, c).

Z trojuholníka máme:

preto kvôli maličkosti:

Odstredivé sily lopatiek:

- čepeľ;

- čepeľ;

Čepeľ.

Diagram odstredivých síl je znázornený na obr. 83, d. Okrem odstredivých síl lopatiek sem patrí aj odstredivá sila objímky, kde je hmotnosť objímky.

Súčet všetkých týchto síl smeruje pozdĺž priamky a rovná sa:

potom konečne dostaneme:

(361)

Posun sa rovná podielu delenia sily koeficientom tuhosti pružného systému. Po dosadení výrazu (361) do tohto pomeru dostaneme jednoduchú rovnicu na určenie, ktorej riešením je:

a potom je kritická rýchlosť:

(362)

Ďalším pojmom je vplyv pohyblivosti čepelí vzhľadom na puzdro; ak uvažujeme o systéme bez vertikálnych pántov (tuhý rotor), tak

čo je podstatne viac ako.

Vzorec (362) platí pre ľubovoľný počet lopatiek, pričom 3 sú nahradené číslom.

10.4. Kmity lopatiek turbínových strojov

Kmity lopatiek lopatkových strojov vznikajú v dôsledku nerovnomerného prúdenia pracovného média po obvode, ako aj v dôsledku porúch vnášaných do prúdenia lopatkami rozvádzacích lopatiek. Úlohou konštruktéra je vypočítať prirodzenú frekvenciu vibrácií lopatky a vybrať takú konštrukciu, ktorá eliminuje možnosť rezonancie.

Lopatka plynovej turbíny alebo kompresora je tyč s variabilným prierezom uložená na jednom konci. Os lopatky je zvyčajne mierne zakrivená priestorová krivka, ale pri výpočte frekvencie vibrácií možno s dostatočnou presnosťou predpokladať, že os lopatky je priamočiara a kolmá na os otáčania rotora.

Ťažkosti pri výpočte frekvencie vlastných vibrácií lopatiek sú spojené s potrebou brať do úvahy vplyv odstredivých síl a so skutočnosťou, že lopatka je prirodzene skrútená tyč, ktorej hlavné osi rôznych prierezov nie sú navzájom paralelné.

Vírivá čepeľ sa pri vibrácii podrobí šikmému ohybu. Stanovme vzťah medzi ohybovými momentmi a zakriveniami pre tento prípad. Prierez čepele, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti od osi otáčania, označujeme osi smerujúce, respektíve rovnobežné s osou otáčania a tangenciálne ku kruhu (obr. 84, a).

Hlavné osi sekcie a zvierajú určitý uhol s osami a. Plocha sekcie, jej momenty zotrvačnosti a uhol sú funkciami polomeru alebo vzdialenosti danej sekcie od koreňovej sekcie lopatky. Kladné smery ohybových momentov pôsobiacich na vnútornú časť čepele spájame so smermi podľa pravidla pravej skrutky.

Ohybové momenty okolo osí súvisia vzťahmi:

(363)

kde znamienko "" znamená aktuálnu hodnotu premennej a jej absencia znamená zodpovedajúcu hodnotu amplitúdy.

Zakrivenia týkajúce sa hlavných osí prierezu sú vyjadrené ako ohybové momenty okolo týchto osí pomocou vzorcov:

(364)

a zakrivenia vzťahujúce sa na osi a -

(365)

Po dosadení (363) do (364) a potom do (365) dostaneme:

(366)

V týchto rovnostiach môžu byť zakrivenia nahradené približnými výrazmi:

(367)

kde je posunutie ťažiska čepele v axiálnom a obvodovom smere.

Na základe d'Alembertovho princípu pri zostavovaní pohybových rovníc uvažujeme dynamickú rovnováhu lopatkového prvku v rovine kolmej na os otáčania. Na koncoch prvku vznikajú vnútorné sily - pozdĺžny, priečny a ohybový moment (obr. 84, b). Okrem toho na prvok pôsobí odstredivá sila, ktorá má vertikálne a horizontálne projekcie (obr. 84, c), ako aj sila zotrvačnosti pri relatívnom pohybe, rovnaká.

Premietaním síl na vertikálu dostaneme:

Súčet priemetov na horizontálu dáva rovnicu:

(369)

A tretia rovnica, súčet momentov, dáva:

Rovnica (368) vám umožňuje vypočítať pozdĺžnu silu v reze:

(371)

Pohybové rovnice prvku v rovine (obr. 85, a) sú nasledovné:

Vyjadrenia pre posuny a silové faktory zodpovedajúce voľným osciláciám lopatky môžu byť vyjadrené v tvare:

Potom dostaneme systém obyčajných diferenciálnych rovníc pozostávajúci z rovníc dynamickej rovnováhy:

(372)

a rovnice elasticity:

Výsledné rovnice je možné zapísať v maticovom tvare:

kde je osemprvková stĺpcová matica:

Matica premenných koeficientov veľkosti, ktorej nenulové prvky:

Metódu počiatočných parametrov možno použiť na určenie vlastných frekvencií z rovnice (373). Na tento účel sú zostrojené štyri lineárne nezávislé riešenia rovnice (373), ktoré spĺňajú okrajové podmienky v reze. Napríklad pre utesnený úsek môžu mať takéto riešenia hodnoty.

Cieľ

Študovať charakteristiky priemyselných vibrácií, experimentálne určiť parametre vibrácií a účinnosť izolácie vibrácií.

1) Oboznámiť sa s charakteristikou priemyselných vibrácií a ich vplyvom na ľudský organizmus, metódami narábania s vibráciami a ich reguláciou.

2) Preštudovať zariadenie na meranie vibrácií VIP-2M a laboratórnu inštaláciu.

3) Určite parametre vibrácií z inštalácie a účinnosť izolácie vibrácií. Porovnajte získané údaje s normami uvedenými v tabuľke 7.1.

Pojmy a definície

Vibrácie- periodické premiestňovanie ťažiska z bodu rovnováhy.

Amplitúda vibrácií- najväčšie posunutie ťažiska z rovnovážnej polohy za jednu sekundu (mm).

Frekvencia vibrácií- počet úplných opakovaní oscilačného cyklu (periód) za sekundu (Hz).

Ohromujúca sila- vplyv periodickej vonkajšej sily na časti alebo zostavy strojov.

Izolácia vibrácií- spôsob riešenia vibrácií, pri ktorom je vibračná jednotka inštalovaná na elastických izolátoroch vibrácií (tlmičov otrasov).

Tlmenie vibrácií- pokrytie vibrujúceho povrchu a zariadenia materiálmi absorbujúcimi vibrácie (tlmiacimi) (guma, špeciálne tmely, azbest, bitúmen, plasty ako "agát", tmely ako VD-17-63 atď.).

Tlmenie vibrácií- inštalácia jednotiek na základňu tlmiacu vibrácie (na špeciálny základ v zemi na podlahe).

Rýchlosť vibrácií- vibračný indikátor charakterizujúci technický stav zariadenia (mm/s).

Úroveň rýchlosti vibrácií- ukazovateľ charakterizujúci fyziologický účinok vibrácií na ľudský organizmus (dB).

Všeobecné informácie

Vibráciou sa rozumejú periodické posuny (vibrácie) ťažiska pružných telies alebo mechanických systémov vo vzťahu k rovnovážnej polohe.

Zvláštnosť kmitavého pohybu spočíva v tom, že hodnoty posunu, rýchlosti a zrýchlenia sa v určitom obmedzenom intervale neustále menia, preto vibrácie možno charakterizovať efektívnou hodnotou jedného z parametrov za určité časové obdobie. .

Hlavné parametre vibrácií vyskytujúcich sa podľa sínusového zákona sú:

amplitúda posunutia A, mm (hodnota najväčšej odchýlky bodu od rovnovážnej polohy);

frekvencia vibrácií f, Hz;

maximálna rýchlosť (rýchlosť vibrácií) vibračného pohybu bodu V, mm/s;

maximálne zrýchlenie oscilačného bodu a, mm/s 2.

Amplitúda posunu sa používa ako kritérium na obmedzenie vibrácií jednotiek a základov; amplitúda rýchlosti vibrácií povrchu charakterizuje úroveň výsledného hluku;

amplitúda zrýchlenia určuje pôsobiace dynamické sily.

V prípadoch, keď sú kmity blízke sínusoide, stačí určiť amplitúdu posunu "A" a frekvenciu kmitov "f".

Rýchlosť vibrácií sa určuje podľa vzorca:

Vibrácie sa posudzujú aj podľa ich úrovne. , merané na logaritmickej stupnici. Úroveň rýchlosti vibrácií je určená výrazom:

kde V- efektívna, nameraná hodnota rýchlosti vibrácií (L) v bode

miery, mm/s;

V 0- prahová hodnota rýchlosti vibrácií (prijatá v súlade s medzinárodnou dohodou), Vo = 5 · 10-5 mm/s.

Podľa povahy účinku na ľudské telo sa vibrácie delia na všeobecné a lokálne. Všeobecné vibrácie sa prenášajú na celé ľudské telo a lokálne vibrácie sa prenášajú na ruky pracovníka. Je možný kombinovaný účinok všeobecných a lokálnych vibrácií. Pôsobenie všeobecných vibrácií spôsobených prevádzkou technologických zariadení (strojov, obrábacích strojov a pod.), v dôsledku trasenia podlahy, plošiny, sedadla, na ktorom sa pracovník nachádza, sa rozširuje na celé telo.

Vplyv lokálnej vibrácie sa rozširuje na jednotlivé časti tela, ktoré sú v priamom kontakte so zdrojmi vibrácií (pri práci s ručnými strojmi: vŕtanie, nitovanie, brúsenie, zbíjačky, v kontakte s vibráciami dielov a pod.). Nebezpečenstvo vystavenia všeobecným vibráciám je vysvetlené nasledovne.

Vnútorné orgány a jednotlivé časti ľudského tela (srdce, žalúdok, hlava atď.) možno považovať za oscilačné systémy s rôznou koncentrovanou hmotou a navzájom prepojené pružnými prvkami. Väčšina vnútorných orgánov má svoju vlastnú vibračnú frekvenciu v rozsahu 5-7 Hz. Vplyv vonkajších vibrácií s rovnakými frekvenciami na ľudské telo môže spôsobiť rezonančné vibrácie vnútorných orgánov, čo predstavuje nebezpečenstvo ich posunutia a mechanického poškodenia.

Pri dlhšom a intenzívnom pôsobení vibrácií môže dôjsť k vážnemu a ťažko liečiteľnému ochoreniu, ochoreniu z vibrácií. Účinok všeobecných vibrácií sa prejavuje vo forme bolesti hlavy, porúch spánku, zvýšenej únavy a je možný závrat. Známky vibračnej choroby pri vystavení lokálnym vibráciám sú bolesť a slabosť v oblasti rúk a prstov, pocit necitlivosti a zvýšená únava rúk. Zo strany periférneho nervového systému dochádza k porušeniu citlivosti na bolesť, teplotu a vibrácie.

Normalizovanými parametrami všeobecných vibrácií sú stredné kvadratické hodnoty rýchlosti vibrácií a ich úrovne v oktávových frekvenčných pásmach s geometrickými strednými hodnotami 2 Hz; 4 Hz; 8 Hz; 16 Hz; 31,5 Hz a 63 Hz.

Tabuľka 7.1.

Hygienické normy všeobecných vibrácií pôsobiacich na človeka vo výrobnom prostredí

Metódy regulácie vibrácií:

Eliminácia (zníženie) vibrácií pri zdroji ich vzniku;

Tlmenie vibrácií (tlmenie vibrácií);

Izolácia vibrácií.

Najradikálnejším opatrením je odstránenie príčin vibrácií strojov a mechanizmov konštruktívnymi a technologickými metódami (statické a dynamické vyváženie rotujúcich hmôt, eliminácia vôle, medzier v strojoch, výmena kľukových mechanizmov za vačkový mechanizmus, valivé ložiská s klznými ložiskami , atď.).

S tlmením pokles Amplitúdy vibrácií častí strojov sa dosahujú ich zhotovením z materiálov s vysokým vnútorným trením alebo použitím povlakov na vibrujúcich povrchoch vyrobených z materiálov s vysokým vnútorným trením alebo viskozitou (plasty, nylon, textolit, delta drevo, guma, viskoelastické tmely).

Tlmenie vibrácií zahŕňa zvýšenie zotrvačného a elastického odporu vibračných systémov alebo zavedenie špeciálnych zariadení do mechanizmov - dynamických tlmičov.

Najbežnejším opatrením na ochranu pred vibráciami je izolácia vibrácií. zdrojom rušenia vibráciami zo základov a podláh.

Pri tejto metóde sa redukcia vibrácií prenášaných zo stroja na nosné konštrukcie dosiahne inštaláciou izolátorov vibrácií (tlmičov) medzi stroj a konštrukciu.

Ako tlmiče sa používajú elastické prvky vo forme oceľových pružín, pružín, gumových tesnení, gumokovových dielov atď.

Pri izolácii vibrácií zvukovej frekvencie 16 Hz a viac sa neodporúča používať kovové pružiny, ktoré dobre izolujú nízkofrekvenčné vibrácie. Vysokofrekvenčné vibrácie sa dobre šíria po kove pozdĺž vinutia pružiny.

Na zníženie vysokofrekvenčných vibrácií je vhodné použiť gumové tlmiče.

Pri vývoji opatrení na izoláciu vibrácií zabezpečujú, aby amplitúdy vibrácií prechádzajúce cez elastické tesnenia boli čo najmenšie.

Usporiadanie tlmičov pre automobily je vyrobené tak, že ťažisko tlmičov je v rovnakej vertikále s ťažiskom tuhosti hmoty, čo je stroj inštalovaný na špeciálnej základni.

Pevná gumená podložka má mierny statický priehyb a prenáša všetky vibrácie na základňu ako tuhé telo. Na odpruženie by mali byť gumené podložky tvarované tak, aby sa materiál mohol pod váhou jednotky voľne natiahnuť do strán, napríklad rebrovaný alebo perforovaný.

Hlavným ukazovateľom, ktorý určuje kvalitu izolácie vibrácií zariadení inštalovaných na izolátoroch vibrácií s tuhosťou C a hmotnosťou M, je koeficient prenosu alebo koeficient izolácie vibrácií prevodovky. Ukazuje, aký podiel dynamickej sily F f z celkovej sily F pôsobiacej zo zariadenia sa prenáša na izolátory vibrácií a základ:

kde f- frekvencia rušivej sily;

f 0- frekvencia prirodzených vibrácií zariadenia;

kde g- tiažové zrýchlenie, 9,81 m/s 2;

X sv- statické usadenie izolátora vibrácií pôsobením vlastnej hmotnosti stroja, m:

kde G je gravitačná sila jednotky, N;

C - tuhosť tlmiča, N / m.

Statické usadzovanie, napríklad gumovej podušky, sa môže rovnať 10 % jej hrúbky.

Koeficient prenosu závisí od frekvencie rušivej sily.

Tlmiče otrasov začínajú pôsobiť pri frekvencii rušenia

f> f 0. Keď izolátory vibrácií úplne prenášajú vibrácie na základ (KP = 1) alebo ich dokonca zosilňujú (KP> 1).

Vplyv izolácie vibrácií je tým vyšší, čím väčší je pomer f / f 0. Preto pre lepšiu izoláciu vibrácií základu od vibrácií jednotky pri známej frekvencii rušivej sily je potrebné znížiť frekvenciu prirodzenej vibrácie jednotky na izolátoroch vibrácií na získanie veľkých pomerov f/f 0, čo sa dosiahne buď zvýšením hmotnosti jednotky M, alebo znížením tuhosti izolácie vibrácií C. Dobrá izolácia vibrácií sa dosiahne vtedy, keď f / f 0 = 3 4 čo zodpovedá KP = 1/3 - 1/15 .

Útlm prenosu vibrácií na základ, ako už bolo uvedené, charakterizuje hodnota izolácie vibrácií L v decibeloch (dB). Veľkosť izolácie vibrácií pri danej frekvencii je určená vzorcami:

kde L V 1; U 1- úroveň vibrácií a rýchlosti vibrácií jednotky alebo základu pri absencii izolátorov vibrácií medzi jednotkou a základom;

L V 2; U 2- úroveň vibrácií a rýchlosť vibrácií základu v prítomnosti izolátorov vibrácií medzi jednotkou a základom;

Vo = 5 · 10-5 mm/s (konšt.).

,

kde f- frekvencia rušivej sily, Hz;

f 0- vlastná frekvencia, Hz.

Zákazka

Cieľom výskumu je určiť parametre všeobecnej vibrácie.

Všeobecné vibrácie sa určujú na stojane, ktorý obsahuje elektromotor pevne pripevnený k plošine. Plošina je inštalovaná na základe pomocou tlmičov vibrácií. Upínacia skrutka umožňuje pevné spojenie plošiny a základu. V tomto prípade budú vibrovať ako jeden celok (izolácia vibrácií je vylúčená). Vibrácie sa merajú pomocou prenosného zariadenia na meranie vibrácií.

Ak chcete vykonať merania, musíte:

1. Preskúmajte štruktúru zariadenia.

2. Označte kontrolné body na základni.

3. V každom cieľovom bode zmerajte rozsah vibrácií K v troch opakovaniach, pričom vypočítajte aritmetickú strednú hodnotu rozsahu, zadajte do tabuľky 7.2.

4. Zmerajte celkové vibrácie pre dva prevádzkové režimy „izolácia vibrácií zapnutá“ (uvoľnite upínaciu skrutku) a „izolácia vibrácií vypnutá“ (plošina je pripevnená skrutkou k základu).

5. Pomocou vyššie uvedených vzorcov vypočítajte frekvenciu rušivej sily, rýchlosť vibrácií a úroveň rýchlosti vibrácií.

6. Porovnajte získané hodnoty parametrov rýchlosti vibrácií s maximálnymi prípustnými hodnotami a posúďte vplyv vibrácií na ľudský organizmus v rôznych režimoch prevádzky zariadení.

7. Experimentálne a výpočtom určte účinnosť izolácie vibrácií.

Tabuľka 7.2.

Protokol o protokole o laboratórnej práci č.7

Prácu dokončil študent _______________________________

CELÉ MENO. šifra

Práca bola prijatá učiteľkou ______________________________

Priemyselná situácia pre laboratórne práce č.7

Bolo potrebné nainštalovať ventilátor na strop výrobného priestoru. Počet otáčok hriadeľa ventilátora n = 1450 ot./min. Ventilátor je dynamicky vyvážený. Aký typ izolátorov vibrácií je vhodné použiť v takejto situácii:

1. Pružinové izolátory vibrácií.

2. Gumové izolátory vibrácií, rebrované a rozdelené na samostatné štvorce.

3. Vibračný izolátor vyrobený z pevnej gumovej dosky s hrúbkou 500 mm.

Otázky na autotest:

1. Aké parametre charakterizujú vibrácie?

2. Aký indikátor vibrácií charakterizuje technický stav zariadenia?

3. Aká je matematická podstata úrovne rýchlosti vibrácií?

4. V akých jednotkách sa meria úroveň rýchlosti vibrácií?

5. Aké parametre vibrácií sú normalizované?

6. Aké metódy a prostriedky sa používajú na zníženie vibrácií zariadenia?

7. Aký druh vibrácií znižuje ochrana proti vibráciám?

8. Čo je podstatou prideľovania vibrácií na pracovisku?

Literatúra:

1. СН 2.2.4 / 2.1.8566-96 "Priemyselné vibrácie, vibrácie v priestoroch obytných a verejných budov."

2. SanPiN 2.2.2.540-96 "Hygienické požiadavky na ručné náradie a organizáciu práce."

3. GOST 12.1.012-90 SSBT „Bezpečnosť vibrácií. Všeobecné požiadavky".

4. Bezpečnosť života. Učebnica vyd. S.V. Belová. - M .: Vysoká škola, 2006

5. Kalinina V.M. technické vybavenie a ochrana práce vo verejnom stravovaní. Učebnica. - M .: Akadémia, 2004

Laboratórna práca č.6