Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Граверное дело
Учебник

       

3. Защита оборудования от вибраций

Для защиты от механических ударов и вибраций оборудование в помещении для гравёрных и делительных работ устанавливают на специальных, не связанных со зданием полах, основаниях и фундаментах, что позволяет в достаточной степени изолировать его от колебаний грунта, вызванных движущимся по близлежащей проезжей части транспортом и работой тяжелых станков и машин, расположенных в соседних помещениях.

Колебания бывают полигармонические, гармонические и ударные. Последние характеризуются воздействием на систему больших сил в течение короткого промежутка времени. Для выбора и анализа системы виброизоляции машин необходимо знать характер колебаний грунта в месте установки машины. Виброизоляция — защита машин, приборов и людей от механических колебаний, возникающих вследствие работы механизмов, движения транспорта и т. д. Для осуществления виброзащиты применяют амортизаторы из упругих материалов, пружинные динамические гасители (антивибраторы) и др. При этом необходимо помнить, что грунт обладает упругостью, большей чем упругость фундамента. Упругость — свойство тела восстанавливать форму и объем (твердые тела) либо только объем после прекращения действия внешних сил или других причин, вызвавших деформацию тела. Грунт имеет собственную частоту колебания, изменяющуюся в пределах От 15 до 30 Гц. Болотистые грунты характеризуются низкими частотами колебаний, около 10 Гц, а скалистые породы — более высокими, до 70 Гц.

Как показывает опыт, в цехах машиностроительных предприятий в результате работы оборудования в соседних помещениях максимальные амплитуды вертикальных колебаний грунта равны примерно 2,5 — 3 мкм в диапазоне частот от 1,5 до 30 Гц, а амплитуды горизонтальных колебаний — 2 мкм в диапазоне от 2 до 25 Гц.

Демпфирование ухудшает виброзащитные свойства системы при высокочастотных воздействиях. Слабое демпфирование оказывается в этом случае вполне достаточным. Для гашения интенсивных вибраций и ударных воздействий применяют жесткие, нелинейные и сильно задемпфированные системы. При очень малом значении сухого трения виброзащитные свойства системы могут ухудшиться из-за резонансных явлений, а при очень большом трении они ухудшаются вследствие воздействия силы трения на фундамент. Очевидно, существует некоторая оптимальная сила трения, при которой коэффициент динамичности в резонансных условиях оказывается минимальным. Следовательно, увеличение силы трения в резонансном режиме работы уменьшает максимальную деформацию амортизатора и амплитуду упругой силы.

Для защиты оборудования от воздействий, поступающих извне вибраций, используют пассивную виброизоляцию, мерой эффективности которой является коэффициент передачи, равный отношению амплитуды колебаний машины на опорах к амплитуде колебаний фундамента. При активной же виброизоляции коэффициент передачи равен отношению амплитуды колебаний возмущающей силы, действующей на фундамент, к амплитуде колебаний возмущающей силы, возникающей внутри машины. Хотя способы пассивной и активной виброизоляции одинаковы, конструктивные же особенности амортизаторов зависят от конкретной задачи изоляции оборудования.

Установка прецизионных делительных машин и контрольных устройств производится на фундаменты в виде массивных бетонных блоков, расположенных на виброизолирующей подушке, которая представляет собой ряд чередующихся слоев песка и пробки, обшитых по бокам виброизолирующим материалом. Иногда фундамент состоит из массивных бетонных плит, положенных на «мягкие» пружинные рессоры. Для последующего ослабления вибраций используют фундаменты с пневматическими или пружинными демпферами или резиновые или пробковые амортизаторы. Демпфер — устройство для успокоения (демпфирования) или предотвращения вредных механических колебаний звеньев машин и механизмов путем поглощения энергии.

Иногда делают изолированные полы, состоящие из железобетонных подушек (матов) толщиной 90 см, находящихся на бетонных сваях. На этих подушках покоятся амортизаторы вибраций, образованные тремя 25-сантиметровыми слоями мелкого песка, между которыми проложен трехслойный кровельный картон, слоем прокладочных досок, 5-сантиметровым железобетонным слоем, тремя слоями песка, разделенными кровельным картоном, вторым 5-сантиметровым железобетонным слоем, 15-сантиметровым слоем из пробки и наконец 20-сантиметровым железобетонным полом с гладкой цементной наружной поверхностью. Назначение кровельного картона и пробки — поглощать вертикальные колебания, в то время как слои песка служат для гашения боковых колебаний. Амортизаторы вибрации изолированы от прилегающих боковых стен здания толстыми слоями кровельного картона.

Одним из эффективных способов виброизоляции является применение демпферов внутреннего трения. Создание таких демпферов является сложной задачей, так как для большинства конструкционных материалов внутреннее трение мало. Часто фундамент представляет собой бетонный блок с массой, в пять-шесть разпревышающей массу оборудования (рис. 3). Демпфирование в фундаменте осуществляется за счет внутреннего трения в материале пружин, а также за счет прокладок из материала с большим внутренним сопротивлением, бетонный блок массой около 20 т на котором устанавливается оборудование, подвешивается иногда на четырех пружинах.

Цельноблочный фундамент

Рис 3. Цельноблочный фундамент В фундаментах из блоков большой массы, устанавливаемых на подушку из слоев плотностью песка и пробкового дерева, обшитого по краям деревянными столбами, демпфирование осуществляется за счет внутреннего сопротивления грунта и сухого трения между поверхностями блока и обшивки, при этом обеспечивается подавление резонансных колебаний.

При выборе того или иного типа конструкции виброзащитного устройства следует, с одной стороны, задать допустимые значения амплитуд и частот, которые не влияют на качество технологических операций, а с другой стороны — необходимо определить возмущающие силы, вызванные колебаниями грунта. Амплитуда и частоты колебаний грунта в месте установки фундамента определяются экспериментально и мало изменяются при установке пола или фундамента. Для выбора фундаментов необходимо знать наименьшую частоту и соответствующую ей амплитуду гармонических колебаний грунта, при этом следует стремиться к тому, чтобы частоты собственных колебаний были бы меньше частоты возмущающих сил.

Виброизоляция с помощью упругих элементов, которые находятся между изолируемым объектом и основанием, служит для уменьшения вибраций в самом оборудовании или защиты его от вибрации.

Часто приводную часть оборудования располагают на отдельном фундаменте, так как она является источником интенсивного виброобразования.

Выбирая конструкцию виброизолирующих фундаментов, следует учитывать направление перемещения частей машины.

В качестве амортизаторов могут служить резинометаллические опоры, в которых резиновый упругий элемент закрывается металлическими крышками. Они предохраняют резину от воздействия масел, влаги и других активных веществ. Конструктивно опоры выполняются так, чтобы можно было регулировать установку машин по высоте (рис. 4, а, б). Частота собственных колебаний системы, монтируемой на таких опорах, равна 12 — 40 Гц и зависит от массы оборудования.

Резинометаллические амортизаторы

Рис. 4. Резинометаллические амортизаторы

Если требуется установить стационарно оборудование в определенном месте помещения, используются штыревые конструкции, представляющие собой резиновый корпус с фланцем (рис. 4, в). Иногда опоры снабжаются большим числом плетеных упругих элементов тарельчатой формы (рис. 4, г), что позволяет получать частоту собственных колебаний 6 — 9 Гц. Низкую частоту собственных колебаний до 1 Гц) имеют цельнометаллические амортизаторы с вертикальными пружинами и с объемной металлической сеткой.

Применение же опор с винтовыми пружинами для пассивной виброизоляции возможно только со специальными демпферами (рис. 5, а). В амортизаторе, показанном на рис. 5, б для ограничения амплитуд колебаний в горизонтальном и вертикальном направлениях между корпусом 3 и крышкой 1 введена фетровая прокладка 2. С помощью специальных клеев ее прикрепляют к опорам с регулируемыми винтами. Чаще всего используют шерстяные фетры, которые не поддаются воздействию масел, агрессивных жидкостей, холода и т. д.

Цельнометаллические амортизаторы

Рис. 5. Цельнометаллические амортизаторы

Для виброизоляций можно применять материалы, имеющие высокие коэффициенты внутреннего сопротивления. При этой каждый материал может быть использован для демпфирования колебаний определенного частотного диапазона (табл. 1).

Таблица 1
Материалы, применяемые в качестве упругих элементов

Как видно из таблицы, если частота собственных колебаний ω0 оборудования больше или равна 20 Гц, то для виброизоляции можно использовать упругие элементы из фетра, пробки, прорезиненной парусины и т. д. Если же частота собственных колебаний меньше 5 Гц, то для виброизоляции используются спиральные и листовые пружины или же пневматические амортизаторы и т. д. Таким образом, зная частоту собственных колебаний оборудования н воспользовавшись данными табл. 1, можно подобрать материал для виброизоляции или указать тип амортизационного устройства.

Оборудование, устанавливаемое на междуэтажных перекрытиях зданий, амортизируется на упругих элементах, представляющих собой прокладки из резины, пластмассы, фетра и пробки. Резиновые амортизаторы изготовляют в виде ковров, которые сжимаются под действием массы оборудования. Прокладки, работающие на сжатие, хорошо поглощают колебания в вертикальном и горизонтальном направлениях. Кроме резиновых ковров используют фетровые или пробковые прокладки. Фетровые прокладки имеют толщину от 6 до 75 мм. Прокладки толщиной от 25 до 150 мм, изготовленные из пробкового порошка, спрессованного и обработанного перегретым паром и покрытого специальными смолами для придания стойкости при воздействии влаги и масел, позволяют получить частоту собственных колебаний системы 40 — 50 Гц.

Для выбора способа виброизоляции и конструкции фундамента или амортизатора пользуются коэффициентом виброизоляции, который зависит от отношения возбуждающей частоты к собственной. При частоте вынужденных колебаний, близкой к частоте собственных колебаний, коэффициент виброизоляции стремится к единице, и, следовательно, применение амортизаторов для системы бесполезно, т. е. система работает в резонансных условиях. При увеличении разницы частот коэффициент виброизоляции резко возрастает, а амплитуда колебаний изолируемого объекта при малых значениях коэффициента демпфирования становится большой.

Устанавливать оборудование на амортизаторы, частота собственных колебаний которых близка к частоте вынужденных колебаний, не рекомендуется. Хорошая работа амортизаторов будет только при коэффициенте виброизоляции 1/2, а при его увеличении эффективность изоляции возрастает. Увеличение демпфирования для этой области частот приводит к ухудшению изоляции. Таким образом, для изоляции выбирать эластичные подвесы экономически неоправдано, так как стоимость и габариты упругой изолирующей системы увеличиваются с уменьшением жесткости.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru