Методические указания к выполнению лабораторной работы
по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студентов
всех специальностей
Томск 2009 г.
УДК 628.517 (083.75)
Вибрация машин.
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу “Безопасность жизнедеятельности” для студентов всех специальностей.
Томск: Изд. ТПУ, 2009. – 9 с.
Составитель доц., к.т.н. В.Н. Извеков
Рецензент доц., к.т.н. А.М. Плахов
Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим семинаром кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности
Зав. кафедрой С.В. Романенко
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1. Получить общие понятия о вибрации машин и санитарно-гигиеническом нормировании параметров вибрации.
2. Ознакомиться с некоторыми методами расчёта и измерения параметров вибрации.
3. Научиться определять качество виброизоляции агрегатов.
4. Освоить метод балансировки деталей типа диск.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВИБРАЦИИ МАШИН
Вибрацией называется механические колебания тел, характеризующиеся периодичностью изменения параметров.
Вибрация машин возникает в результате целого ряда причин (неправильной балансировки, регулировки, установки машин, имеющих вращающиеся узлы или органы с движениями возвратно-поступательного и ударного характера и т.п.).
Колебательное движение характеризуется: амплитудой смещения А, периодом Т, частотой колебаний f.
Амплитуда упругих колебаний А - это наибольшее смещение колеблющейся точки от положения равновесия. Измеряется она в сантиметрах. Двойное значение амплитуды называется размахом колебания (2А = S).
Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебательное движение, называется периодом колебания. Зная период, можно определить частоту колебаний. Для этого используется выражение
f = 1/Т (1).
Кроме амплитуды и частоты, колебательное движение характеризуется скоростью и ускорением. Скорость колебательного движения может быть определена по выражению
v = 2pfA, см/с (2),
а ускорение по выражению
g = 4p2f2A, см/с2 (3).
Работа каждой машины в той или иной мере сопровождается вибрацией. Вред вибрации обусловлен тем, что человек, находящийся на вибрирующем полу (общая вибрация) или контактирующий участками своего тела с вибрирующими поверхностями машин и инструментов (локальная вибрация) может заболеть специфической профессиональной болезнью. Эта болезнь называется вибрационной.
Вибрация вредна не только для здоровья человека. Распространяясь в окружающей среде, вибрация разрушающе действует на строения и сооружения, вызывает более быстрый износ деталей и узлов машин, нарушает показания измерительных приборов, способствует ухудшению качества выпускаемой продукции и возникновению брака.
Для ограничения вибраций и сведения их до допустимых пределов разработаны специальные нормы. Эти нормы делятся на санитарно-гигиенические и инженерно-технические.
Санитарно-гигиенические нормы (СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация. Вибрация в помещениях жилых и общественных зданий») указывают такие значения параметров вибрации, превышение которых недопустимо, т.к. это может привести к возникновению у человека вибрационной болезни. Нормируемыми параметрами вибрации являются величины колебательной скорости и ускорения в октавных полосах частот или амплитуды перемещения, возбуждаемые работой оборудования и передаваемые на рабочие места в производственных помещениях (сидения, пол, рабочая площадка). Гигиеническая оценка воздействующей на работника постоянной вибрации (общей и локальной) проводится на основе нормативных документов Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса» и СН 2.2.4/2.1.8.566-99 методом интегральной оценки по частоте нормируемого параметра. При этом для оценки условий труда измеряют или рассчитывают корректированный уровень (значение) виброскорости или виброускорения (согласно приложению к СН 2.2.4/2.1.8.566-99). Гигиеническая оценка непостоянной вибрации (общей, локальной) проводится методом интегральной оценки по эквивалентному уровню нормируемого параметра. При этом для оценки условий труда измеряют или рассчитывают корректированный уровень (значение) виброскорости или виброускорения (согласно приложению к СН 2.2.4/2.1.8.566-99). Класс условий труда определяется в соответствии с таблицей 3.
Нормирование производственной вибрации в инженерно-техническом аспекте предусматривает указание таких параметров вибрации, которые допустимы на рабочих местах при проектировании строительных конструкций для различных условий воздействия вибраций (ГОСТ 12.1.012-90 «Допустимые амплитуды перемещения на рабочих местах при проектировочных расчетах строительных конструкций для различных условий воздействия вибраций»). Допустимые амплитуды перемещений приведены в таблице 5.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВИБРОСТЕНДА
Вибростенд (см. Рис. 1) состоит из электродвигателя 1 и несбалансированного диска 2, установленного на его валу. Электродвигатель укрепляют на плите 3. Плита с электродвигателем отделена от основания 4 системой амортизаторов 5. Для регистрации смещения плиты электродвигателя используются индуктивный датчик 6 и осциллограф 7. Число оборотов электродвигателя определяется с помощью тахогенератора или тахометра 8 и вольтметра 9, отградуированного в единицах чисел оборотов
Рис.1. Схема лабораторного вибростенда.
(об/мин). Вращающийся диск вибростенда закрывается защитным кожухом, который крепится к основанию плиты. На диске 2 на одном и том же радиусе равномерно друг от друга установлено 8 крепёжных болтов 10, необходимых для производства балансировки. Двигатель подсоединён к щиту управления с помощью штепсельного разъёма. Его пуск осуществляется кнопочным пускателем.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Определение параметров вибрации несбалансированного агрегата и сопоставление их с санитарно-гигиеническими и инженерно-техническими нормами
Включается двигатель вибростенда. Включение и настройку осциллографа производит преподаватель. После пуска двигателя производится измерение и подсчёт параметров вибрации. Предполагается, что обслуживающий этот агрегат человек находится на плите 3.
При пуске двигателя на экране осциллографа появляется вертикальная светящаяся полоса. Это размах колебания плиты, увеличенный в 150 раз. Измерив размах, по формуле (4) определяется амплитуда колебания А.
А = S/150 × 2, (12),
где S - размах колебания, см ;
150 - коэффициент усиления осциллографа.
Частота вибрации подсчитывается по формуле:
f = n/60, (13),
где n - число оборотов диска.
Скорость колебательного движения определяется по формуле (2). Полученные данные вносятся в таблицы 1 и 2. В эти же таблицы вписываются допустимые по санитарно-гигиеническим нормам значения скорости колебательного движения, а по инженерно-техническим нормам значения амплитуды, взятые из таблиц 4 и 5. По данным, внесённым в таблицы, делаются выводы о допустимости измеренных параметров вибрации.
2. Определение параметров вибрации несбалансированного
агрегата при его установке на амортизаторах
Между верхней 3 и нижней 4 площадками стенда установлены амортизаторы. Требуется замерить амплитуду вибрации и определить значение виброскорости в точке основания 4. Предполагается, что после установления амортизаторов обслуживающий персонал будет находиться не на плите 3, а на основании 4. Для замера индуктивный датчик 6 необходимо переставить с верхней плиты 3 на основание 4. Затем включается двигатель и с экрана осциллографа снимается величина размаха колебания.
Значение амплитуды определяется по формуле (4), а виброскорости по выражению (2). Полученные данные записываются в соответствующие графы таблиц 1 и 2. Сравнивая эти данные с нормами, делается вывод о допустимости значений параметров вибрации.
3. Определение собственной частоты колебания
вибростенда
При проведении работы по уменьшению вибрации агрегатов, передаваемой на фундамент, необходимо знать частоту собственных колебаний этого агрегата fo. Значение частоты собственных колебаний агрегата позволяет в ряде случаев избежать поломок и аварий, обусловленных постоянной работой агрегата в режиме резонансных колебаний.
Явление резонанса возникает в том случае, когда частота возбуждающей силы вибрации f, например, плохо сбалансированного вращающегося узла агрегата совпадает с частотой собственных колебаний этого агрегата, т.е. когда наблюдается равенство f = fo. Соблюдение частот ведёт к возрастанию амплитуды вибрации агрегата.
Для определения частоты собственных колебаний вибростенда необходимо построить графическую зависимость амплитуды колебаний вибростенда от числа оборотов двигателя А = f(n).
Это осуществляется следующим образом. Первая точка указанной зависимости снимается после включения электродвигателя вибростенда и окончания периода его разгона (1150 об/мин), а последующие точки при 1000, 900, 800, 700, 600 и 500 об/мин. Так как стенд не имеет устройства для регулировки числа оборотов двигателя, то получение данных для построения необходимых точек производится посредством пуска двигателя и снятия необходимых показаний во время замедления его вращения. Одновременное снятие значений числа оборотов n и величины амплитуды А возможно только при чёткой организации работы.
По полученным данным строится графическая зависимость А = f(n).