Мета роботи: дослідження вібрації будівельних конструкцій на робочих місцях, реалізація інженерних вирішень по зменшенню вібрації. Теоретична частина. Вібрація представляє собою процес розповсюдження механічних коливань в твердому тілі. Джерела вібрації різні: технологічні процеси, механізми, машини. Вібрація характеризується частотою f, Гц, віброшвидкістю V, мм/с, вібропереміщенням А, мкм. Ці величини взаємозв'язані співвідношенням: f=V*103/2?A (1) Коливання, розповсюджуючись по елементах конструкцій, прискорюють їхнє руйнування. Крім того, вони впливають на працюючого. Залежно від дії на людину вібрація ділиться на загальну і місцеву. Перша викликає струс людини (при знаходженні його на коливних підлогах, устаткуванні і т.д.), друга шкодить лише окремі органи (при роботі з віброінструментом, відбійним молотком, дрелькою). Вібрація шкідливо впливає на здоров'я і працездатність людини. Під впливом вібрації поступово розвиваються порушення центральною нервової і серцево-судинної систем, вестибулярного апарата, погіршується травлення, відбуваються несприятливі зміни в кістково-суглобовому апараті, зменшується опірність організму хворобам, зростає стомлюваність, знижується загальна працездатність і т.д. Тривала дія виробничої вібрації може привести до професійних виброзахворювань з повною або частковою втратою працездатності. У зв'язку з шкідливістю для здоров'я допустимі значення параметрів вібрації нормуються (ГОСТ 12.1.012-78 і СІ 245-71). Залежно від частоти вібрації f встановлені гранично допустимі величини віброшвидкості V і вібропереміщенням А, мкм. Ухвалений також вид нормування у відносних одиницях, який визначається виразом LV=20lg(V/V0) (2) де LV - рівень віброшвидкості , дБ ; V0 - порогове (ще вловлюване сучасними приладами) значення віброшвидкості , рівне 5*10-5 мм/с (при f =1000 Гц і пороговому звуковому тиску Р0=2*10-5 Па). Нормується як загальна, так і місцева вібрація. Заходи захисту від вібрації, ціль яких - зниження коливань будівельних конструкцій і устаткування до рівня, що не перевищує нормативні значення, можна розділити на наступні основні напрями. 1. Зниження вібрації в джерелі – досягається заміною кривошипних механізмів рівномірно обертаючими; кування і штампування - пресуванням; ретельним підбором зубчатих пар; урівноваженням елементів, що обертаються; точністю збірки і підгонки деталей машин; забезпеченням співісної трансмісій; збалансованістю частин машин, що рухаються, і т.п. 2. Віброізоляція будівельних конструкцій, машин і устаткування здійснюється їхнім пружним з'єднанням ( конструкції укладаються на пружні прокладки, амортизатори). Це активна віброізоляція. З. Пасивна віброізоляція робочого місця. Суть полягає в забезпеченні віброізольованих підлог або підставок на робочих місцях. Віброізольовані підлоги влаштовуються по спеціально підібраним амортизаторам. Фізичне значення амортизації коливань (активної і пасивної) полягає в гасінні енергії коливань пружними амортизаторами; частота власних коливань амортизованої системи f0, при цьому повинна значно відрізнятися від частоти вимушених коливань f, не менше ніж в чотири рази ( f >= 4*f0). Необхідна частота власних коливань f0= 0.5/fст0.5 (3) де fст - статичне осідання амортизаторів під вагою віброджерела, встановлене згідно закону Гука, см: fст= Mh/ES де M - маса установки, Н; h - початкова висота амортизатора, см; Е - модуль пружності амортизаційної гуми, Па; S - сумарна площа поперечного перетину амортизаторів, см2. 4. Приєднання мас до джерел коливань з метою зміни частот їхніх власних і поглинання їхньої енергії. Ціль приєднання мас до коливних контурів (коливні окремі конструкції або цілі будівлі, верстати, машини, устаткування) - зміна частоти їхніх власних коливань з тим, щоб виключити можливість збігу частот власних і вимушених коливань тобто виключити появу резонансу при f ~ f0. В даній лабораторній роботі ефект приєднання мас можна спостерігати при навантаженні лабораторного столика контрольними вантажами. 5. Застосування засобів індивідуального захисту: рукавички з амортизуючими прокладками для захисту рук від вібрацій при роботі з пневматичними і електричними машинами, взуття на мікропористій підошві для захисту від вібрацій підлоги і ін. Опис приладу і установки В роботі використовується віброметр ВИП-2. Він призначений для вимірювання діючих значень віброшвидкості і розмаху вібропереміщення робочих місць, будівельних конструкцій, машин і устаткування в лабораторних і виробничих умовах. Технічні характеристики віброметра: робочий діапазон частот, f = 10-1000 Гц; діапазон віброшвидкості, V = 0,1-100 мм/с; діапазон вимірюваних віброзміщень, А = 2 - 1000 мкм; відносна похибка 12 - 25%. Віброметр складається з віброперетворювача (датчик) 2, вимірювального приладу ПИ-13 1 і кабелю (мал. 1). Віброперетворювач містить підвісну систему (рамку) і індукційну котушку. При переміщенні підвісної системи відносно магнітопровода на її кінцях виникає ЕРС, пропорційна швидкості зсуву (амплітуді) і частоті коливань, що вимірюються.
Рис. 1. Загальний вигляд віброметра ВИП-2: 1 - вимірювальний прилад; 2 - вибродатчик На лицьовій панелі вимірювального приладу розташований показуючий прилад і перемикачі ВИД РОБОТИ і МЕЖІ ВИМІРЮВАННЯ. На корпусі встановлені роз'єми для підключення віброперетворювача і роз'єм ВИХІД для підключення осцилографа. Перемикач ВИД РОБОТИ має наступні положення: ВИКЛ. - живлення приладу відключено (встановлюється при припиненні вимірювань щоб уникнути розрядки батареї і псування приладу); КОНТР. ЖИВЛЕННЯ – контролюється стан або наявність живлення напруги; V - ?m/s і МКМ - положення для вимірювання розмаху вібропереміщення (подвійної амплітуди коливань), мкм. Верхні цифри (1, 3, 10, 30, 100) перемикача МЕЖІ ВИМІРЮВАННЯ позначають граничні числові відмітки шкали приладу, мм/с, при вимірюванні віброшвидкості (включення перемикача ВИД РОБОТИ в положення ?m/s). Нижні цифри (10, 30, 100, 300, 1000) - граничні числові відмітки шкали приладу мкм, при вимірюванні розмаху вібропереміщення (включення перемикача ВИД РОБОТИ в положення МКМ). Ціна розподілу приладу непостійна і залежить від вибраного діапазону вимірювання (від установки перемикача МЕЖІ ВИМІРЮВАНЬ). Верхня шкала приладу використовується при установці перемикача МЕЖІ ВИМІРЮВАНЬ на відмітки кратні 10, нижня - на відмітки, кратні 3. До віброметра ВИП-2 підключається осцилограф СІ-72 для візуального спостереження за амплітудою вібропереміщень. Схема лабораторної установки для вивчення ефективності віброзахисту показана на рис. 2. Вона складається з електричного віброджерела 1, змонтованого на сталевій плиті 2, прикріпленою кронштейнами З до стіни. Віброджерело з підставкою кріпиться до плити за допомогою чотирьох шпильок 5, наглухо сполучених з плитою 4. При вивченні ефективності вітрозахисту різних прокладних матеріалів (пінопласт, гума, дерево) віброджерело встановлюється на ці прокладки і жорстко кріпиться за допомогою гайок, що нагвинчують на шпильки 5. Віброджерело не повинно торкатися шпильок. Прокладки встановлюються як знизу підстави віброджерела, так і зверху. Вони також не повинні торкатися шпильок. Параметри вібрації заміряються на умовному робочому місці (плита, точки а, 6, в, г, д). Враховується їх середнє значення.
Рис. 2. Схема лабораторної установки: 1 - віброджерело ; 2 - сталева плита-підставка віброджерела ; 3 - кронштейн; 4 - умовне робоче місце; 5 - гвинт кріплення віброустановки; 6 - амортизатор. Підготовка до роботи При перенесенні приладу його необхідно відключати, щоб не пошкодити стрілочний прилад; забороняються удари по віброперетворювачу і вібровимірювачу, різке їхнє струшування. Встановивши прилад на робоче місце, перемикачі встановити у наступне положення: МЕЖІ ВИМІРЮВАННЯ - 100/1000;ВИД РОБОТИ - КОНТР.ЖИВЛЕННЯ . Стрілка приладу повинна зупинятися між відміткам 7 і 10, що свідчить про нормальну напругу живлення. Порядок вимірювань 1. При вимірюванні віброшвидкості перемикач ВИД РОБОТИ встановлюється в положення mm/s віброперетворювач закріплюється (або встановлюється) на вібруючій поверхні. Перемиканням МЕЖІ ВИМІРЮВАННЯ вибирається необхідна межа для вимірювання в залежності від енергії вібрацій, що виміряються (щоб прилад не зашкалювало). 2. При вимірюванні розмаху вібропереміщення перемикач ВИД РОБОТИ переводиться в положення ?m і проводиться вимірювання. 3. Необхідно стежити за тим, щоб значення віброшвидкості і вібропереміщення, що виміряються, не виходили за межі шкали приладу. 4. Після закінчення вимірювання перемикач поставити в положення ВИКЛ. 5. При появі ознак відмови і несправності приладу його потрібно відключити, поставивши до відома викладача. Для гасіння енергії коливань, що передаються на робочий столик (див., рис. 2) передбачається пристрій гумових амортизаторів, що вкладаються між поверхнею столика і джерелом коливань. Вимоги ГОСТУ Допустимі рівні вібрації на робочих місцях нормуються по ГОСТ 12.1.012-78 ССБТ "Вібрація. Вимоги безпеки", а також по СН 245-71 "Санітарні норми проектування промислових підприємств " (додаток 2,3). Порядок виконання роботи 1. Встановити віброджерело на плиту з використанням дерев'яних прокладок (при монтажі в кожному випадку стежити за тим, щоб віброджерело і прокладки не торкалися шпильок, жорстко сполучених з плитою). 2. Виміряти віброшвидкості і вібропереміщення на умовному робочому місці в точках а, б, в, г, д (див. рис. 2). Встановити їхнє середнє значення. З. Навантажити плиту (умовне робоче місце) контрольним вантажем і провести виміри, указані в п. 2. 4. Розрахувати частоти вимушених коливань з використанням формули (1). Розрахувати фактичні рівні віброшвидкості LV, по формулі (2). 5. Оцінити відповідність рівня заміряних вібрацій на робочому місці рівню, допустимому нормами (ГОСТ 12.1.012-78) 6. Встановити віброджерело на плиту з використанням гумових прокладок і провести виміри і розрахунки, указані в п. 2-5. 7. Встановити віброджерело на плиту з використанням прокладок пінопластів і провести виміри і розрахунки, указані в п. 2. 8. Оцінити ефективність віброзахисних засобів. Вимоги безпеки при виконанні лабораторної роботи 1. Джерело вібрації повинно бути надійно заземлено. 2. Перед включенням джерела вібрації необхідно перевірити заземлення і цілісність електропроводки. З. Включення джерела вібрації здійснюється лаборантом, виміри проводяться у присутності викладача. 4. Після вимірювань потрібно негайно вимкнути прилад ВИП-2 щоб уникнути його псування (перемикач ВИД РОБОТИ ставити в положення ВИКЛ.). Додаток 1. Режим роботи Точка Фактичний показник Нормований показник Висновки
Віброшвидкість, мм/с Вібропереміщення 2А, мкм Частота вимушених коливань, Гц Рівень вібрації, ДБ Віброшвидкість, мм/с Рівень вібрації, ДБ
Без амортизаторів а
б
в
г
д
Середнє значення
З приєднанням мас а
б
в
г
д
Середнє значення
З амортизаторами: 1 варіант а
б
в
г
д
Середнє значення
2 варіант а
б
в
г
д
Середнє значення
Гігієнічні норми вібрації, які діють на людину Вид вібрації Чисельник – середньоквадратичне значення віброшвидкості, мм/с (не більше)
Знаменник – логарифмічний рівень віброшвидкості, дБ в октанних смугах зі середньогеометричними частотами, Гц
1 2 4 8 16 31.5 63 125 250 500 1000
Технологічна (на постійних робочих місцях у виробничих приміщеннях, підприємствах)
13/108 4,5/99 2,2/93 2/92 2/92 2/92
Допустимі значення параметрів вібрації Прийняте в роботі позначення Середньогеометрична і гранична (подана в лапках) частота октавних смуг, Гц 2/(1,4 ÷ 8) 4/(2,8 ÷ 5,6) 8/(5,6 ÷ 11,2)