«ЗАЩИТА ОТ ВИБРАЦИИ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Казань 2012 УДК 534.524.2 ББК 34.41 К 31 ЗАЩИТА ОТ ВИБРАЦИИ: Учебное пособие для самостоятельного изучения и к практическим занятиям для студентов / С.Г.Кашина. Казань: Изд-во ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРАВА

ЗАЩИТА ОТ ВИБРАЦИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Казань

2012

УДК 534.524.2 ББК 34.41 К 31 ЗАЩИТА ОТ ВИБРАЦИИ: Учебное пособие для самостоятельного изучения и к практическим занятиям для студентов / С.Г.Кашина. Казань:

Изд-во Казанского гос. Архитект. строит.ун-та, 2012. 133 с.

ISBN9785782903701 Печатается по решению редакционно-издательского совета КазГАСУ.

Настоящее учебное пособие предназначено для формирования знаний о природе возникновения вибрации, ее характеристиках и негативном воздействии, а также умений по обеспечению защиты от вибрации машин, оборудования, рабочих мест, сооружений. В учебном пособии приведены теоретические основы и практические рекомендации по освоению методик расчета виброзащиты.

Учебное пособие разработано с учетом учебных планов, предусматривающих увеличение объема самостоятельной работы студентов по отношению к аудиторным занятиям. Данное пособие может быть использованы для практических и самостоятельных занятий, а также и при выполнении раздела «Безопасность жизнедеятельности» выпускной квалификационной работы.

Табл. 21 Илл. 33 Библиогр: 38 назв. Приложений Рецензенты:

Заместитель руководителя Государственной инспекции труда заместитель главного государственного инспектора труда в Республике Татарстан (по охране труда) И.Г.Мухаметшин;

Кандидат экономических наук, генеральный директор ОАО «Татагропромстрой»

И.М.Закиров УДК 534.524. ББК 34. © Казанский государственный архитектурно-строительный университет, ISBN 9785782903701 © Кашина С.Г.,

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение………………………………………………………………

1. ВИБРАЦИЯ. ВОЗДЕЙСТВИЕ, НОРМИРОВАНИЕ,

ЗАЩИТА………………………………………………………… 1.1. Классификация вибраций, воздействующих на человека………………………………………………..

1.2. Характеристика основных параметров вибрации….. 1.3. Воздействие вибрации на организм человека……… 1.4. Нормирование вибрации……………………………….. 1.5. Методы снижения воздействия вибрации…………… 1.6. Средства индивидуальной защиты от вибрации……

2. ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ

ВИБРАЦИИ……………………………………………………..

2.1. Защита от вибрации инженерного оборудования…. 2.2. Защита зданий от транспортной вибрации………….

class='zagtext'>3. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ…………………………………… Задача 3.1………………………………………………………. Задача 3.2………………………………………………………. Задача 3.3………………………………………………………. Задача 3.4………………………………………………………. Задача 3.5………………………………………………………. Задача 3.6………………………………………………………. Задача 3.7……………………………………………………….

4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО

ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ………..

Задание 4.1…………………………………………………….. Задание 4.2…………………………………………………….. Задание 4.3…………………………………………………….. Задание 4.4…………………………………………………….. Задание 4.5…………………………………………………….. Задание 4.6…………………………………………………….. Приложение 1. Основные термины и определения…………..

Приложение 2. СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Физические факторы производственной среды. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Предельно допустимые значения производственной вибрации и допустимые значения вибрации в жилых и общественных зданиях (извлечения)…………… Приложение 3. ГОСТ 12.1.012-2004.Вибрационная безопасность. Общие требования. Occupational safety standards system. Vibration safety. General requirements. Дата введения 2008-07-01 (извлечения)………………………………………………… Приложение 4. P 2.2.2006-05. Гигиена труда. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда (извлечения)……….

Приложение 5. ГОСТ ИСО 8041-2006.Межгосударственный стандарт. Вибрация. Воздействие вибрации на человека. Средства измерений. Дата введения 2008-07-01 (извлечения)…………………..

Приложение 6. СП 23-105-2004. Оценка вибрации при проектировании, строительстве и эксплуатации Список источников………………………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

Среди достаточно большого количества вредных и опасных факторов, воздействующих на человека, есть такие, с которыми человек сталкивается ежедневно. К таким факторам относятся виброакустические, в число которых входит вибрация.

Эксплуатация современных машин и оборудования сопровождается значительным уровнем виброакустических факторов. Источниками вибрации в жилых и общественных зданиях являются инженерное и санитарно-техническое оборудование, а также промышленные установки и транспорт (метрополитен мелкого заложения, тяжелые грузовые автомобили, железнодорожные поезда, трамваи), создающие при работе большие динамические нагрузки, которые вызывают распространение вибрации в грунте и строительных конструкциях зданий.

Вибрации часто являются также причиной возникновения шума в помещениях зданий.

Следовательно, с вибрацией мы встречаемся на рабочих местах в производственных помещениях, на транспорте (автомобили, электрички, метро и пр.), в быту и поэтому необходимо представлять особенности ее вредного воздействия на организм человека, методы и средства защиты от нее.

С точки зрения безопасности труда виброакустические факторы, и в частности, вибрация являются одними из наиболее распространенных вредных производственных факторов. Они занимают 2-ое и 3ье место среди всех профзаболеваний. В быту более 30% населения больших городов живут в условиях виброакустического дискомфорта.

Поэтому требуется усиление экспертизы соответствующих разделов проектной документации на строительство и реконструкцию объектов в части проверки достаточности предусмотренных виброзащитных мероприятий и обеспечения соблюдения требований санитарных нормативов к допустимому вибрационному воздействию.

Вопросы вибрации являются смежными с проблемой уровня шума, но вибрационное воздействие может быть вызвано и иными источниками, нежели шумовое воздействие, как и пути распространения вибраций (следовательно и методы борьбы с ними), могут отличаться от методов борьбы с шумом. Это влечет за собой необходимость самостоятельного регулирования решения проблемы защиты от вредных воздействий вибрации.

1. ВИБРАЦИЯ. ВОЗДЕЙСТВИЕ, НОРМИРОВАНИЕ, ЗАЩИТА

Вибрация - вид механических колебаний, возникающих при передаче телу механической энергии от источника колебаний. Согласно ГОСТ 24346-80 "Вибрация. Термины и определения" вибрацией называют движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты.

Вибрация как фактор производственной среды встречается в различных процессах строительного производства. Она используется в ряде технологических процессов: при виброуплотнении, формовании, прессовании, вибрационном бурении, рыхлении, вибротранспортировке и т.д.

Вибрацией сопровождается работа стационарных и передвижных машин, механизмов и агрегатов, в основу действия которых положено вращательное и возвратно-поступательное движение.

В условиях городской среды интенсивным источником вибраций являются рельсовый городской транспорт (трамвай, метрополитен), железнодорожный транспорт, инженерно-техническое оборудование зданий (лифты, насосные установки), система отопления, канализации, мусоропроводов.

К виброопасному оборудованию относятся клепальные, рубильные, отбойные молотки, бетоноломы, трамбовки, вибраторы, дрели, шлифовальные машины, электропилы и др.

Воздействие вибрации усугубляется интенсивным шумом, возникающим при работе этих машин.

Воздействие вибрации на человека классифицируют:

• по способу передачи колебаний;

• по источнику возникновения;

• по направлению действия вибрации;

• по характеру спектра;

• по частотному составу.

По способу передачи на человека различают:

общую вибрацию, передающуюся через опорные поверхности на тело человека.

По ГОСТ 31191.1-2004 «Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 1. Общие требования» общая вибрация характеризуется как передаваемая через опорные поверхности на ноги (положение стоя), на ноги, ягодицы и спину (положение сидя) и на все тело в целом (положение лежа), которая может наблюдаться, например, на транспортных средствах, в зданиях и поблизости от работающего оборудования.

Рис.1.1. Базицентрическая система координат для тела человека:

а положение, сидя, б положение стоя, в положение лежа;

х, у, z индексы, используемые для обозначения направления поступательной вибрации. Для угловой вибрации они указывают ось вращения г (вращения вокруг осей х, у и z соответствуют раскачиванию с бока на бок, наклонам вперед и назад Вибрацию измеряют в направлении осей системы координат с центром в точке контакта тела человека с вибрирующей поверхностью. Основные базицентрические системы координат показаны на рис. 1.1.

В базицентрической системе координат применительно к степени комфорта человека в положении сидя рассматривается общая вибрация в диапазоне частот 0,5 80 Гц, действующая на подушке сиденья по шести направлениям (три направления для поступательной вибрации: оси х, у и z, и три направления угловой вибрации rх, ry и rz), а также поступательная вибрация (оси х, у и z) на спинке сиденья и на поверхности опоры ног сидящего человека (рис. 1.1).

Применительно к степени комфорта человека для положений стоя и лежа рассматривается поступательная вибрация в трех направлениях (оси х, у и z) на основной опорной поверхности.

Рис.1.2. Система координат, связанная с кистью руки:

а положение «сжатая ладонь» (кисть обхватывает цилиндрическую рукоятку); б положение «плоская ладонь»

(кисть нажимает на сферическую поверхность).

локальную вибрацию, передающуюся через руки человека.

По ГОСТ 31192.1-2004. (ИСО 5349-1:2001) «Вибрация. Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 1. Общие требования» Локальную вибрацию следует измерять в направлении осей ортогональной системы координат, как показано на рис.1.2.

Из практических соображений эту систему координат удобно задавать относительно соответствующей базицентрической системы координат (рис.1.2). В случае измерения локальной вибрации положение базицентрической системы координат определяется предметом - обрабатываемой деталью, рукояткой инструмента или рычагом устройства управления, через который вибрация передается на сжатую кисть.. Центром биодинамической системы координат является головка третьей пястной кости. Ось zh определена как продольная ось третьей пястной кости с положительным направлением в сторону кончика пальца. Ось хh проходит через начало координат, перпендикулярна к оси zh и направлена вверх, когда кисть находится в нормальном анатомическом положении (ладонью вверх). Ось yh перпендикулярна к двум другим осям и положительно направлена в сторону большого пальца. На практике обычно используют базицентрическую систему координат, получаемую вращением системы координат в плоскости (у z) таким образом, чтобы ось yh была параллельна оси предмета, удерживаемого кистью руки (например, рукоятки).

Желательно измерять вибрацию во всех трех направлениях одновременно. Допустимо проведение измерений вдоль каждой оси по очереди при условии, что рабочие условия от измерения к измерению остаются неизменными. Измерения следует проводить на вибрирующей поверхности по возможности ближе к центру области обхвата рукой машины, инструмента или обрабатываемой детали. Местоположение датчиков должно быть зафиксировано.

По источнику возникновения вибраций различают:

1) локальную вибрацию передающуюся человеку:

• от ручного механизированного инструмента (с двигателями), органов ручного управления машинами и оборудованием;

• от ручного немеханизированного инструмента (без двигателей), например, рихтовочных молотков разных моделей и обрабатываемых деталей;

2) общую вибрацию:

• 1 категории транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их строительстве).

К источникам транспортной вибрации относят: тракторы, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители;

• 2 категории транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок.

К источникам транспортно-технологической вибрации относят:

экскаваторы (в том числе роторные), краны промышленные и строительные, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; бетоноукладчики, напольный производственный транспорт;

• 3 категории технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, стационарные электрические установки, насосные агрегаты и вентиляторы, оборудование для бурения скважин, буровые станки, оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков) и др.

• общую вибрацию в жилых помещениях и общественных зданиях от внешних источников (городского рельсового транспорта и автотранспорта; промышленных предприятий, бетономешалок, дробилок, строительных машин и др.);

• общую вибрацию в жилых помещениях и общественных зданиях от внутренних источников: инженерно-технического оборудования зданий и бытовых приборов (лифты, вентиляционные системы, насосные, пылесосы, холодильники, стиральные машины и т.п.), а также встроенных предприятий торговли (холодильное оборудование), котельных и т.д.

Общую вибрацию категории 3 (технологическую) по месту действия подразделяют на следующие типы:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б) на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда.

По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат:

локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X,Y, Z где ось X пал раллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т.п.), ось Y перпендикулярна ладони, а ось Z лежит в плоскости, образованной осью X и направлением подачи или прил ложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается);

общую вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X, Y, Z где X (от спины к груди) и Y (от правого плеча к левому) горизонтальные оси, нао о о о правленные параллельно опорным поверхностям; Z вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т.п. (рис.1.1).

По характеру спектра вибрации выделяют:

• узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры в одной 1/3 октавной полосе частот более чем на 15дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах;

• широкополосные вибрации с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

По частотному составу вибрации выделяют:

• низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1 4Гц для общих вибраций, 8 16Гц для локальных вибраций);

• среднечастотные вибрации (8 16Гц для общих вибраций, 31,5 63Гц для локальных вибраций);

• высокочастотные вибрации (31,5 63Гц для общих вибраций, 125 1000Гц для локальных вибраций).

По временным характеристикам вибрации выделяют:

• постоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не более чем в 2 раза (на 6дБ) за время наблюдения;

• непостоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не менее чем в 2 раза (на 6дБ) за время наблюдения не менее 10мин. при измерении с постоянной времени 1с.

Непостоянные вибрации подразделяются:

• колеблющиеся во времени, для которых величина нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени;

• прерывистые, когда контакт человека с вибрацией прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1с;

• импульсные, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1с.

1.2. Характеристика основных параметров вибрации Параметрами, характеризующими вибрацию: частота f (Гц), амплитуда a (м), скорость V (м/с) и ускорение W (м/с2).

Частота колебаний означает количество полный колебаний за единицу времени. Единицей измерения частоты колебаний является герц (Гц), означающий одно колебание в секунду. Частота колебаний является величиной, обратно пропорциональной периоду колебаний.

Амплитудой колебаний является наибольшее смещение колеблющейся точки от нейтрального положения.

Скорость вибрации представляет собой первую производную смещения во времени – частоты и амплитуды колебаний:

где f частота вибрации, Гц; a амплитуда вибрации, см.

При известной скорости вибрации можно определить амплитуду колебаний:

Ускорение вибрации представляет собой вторую производную смещения во времени – частоты и амплитуды колебаний – и выражается в долях или единицах ускорения свободного падения:

1.3. Воздействие вибрации на организм человека Негативное воздействие вибрации, проявляющееся в виде развития различных патологий, стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний. При воздействии вибрации тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами, имеющими собственные частоты, которые для плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (положение "стоя") составляют 4 ~ 6Гц, головы относительно плеч (положение "сидя") 25 30Гц. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6 9Гц. Однако, развитие вибрационных патологий зависит не только от частоты, но и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса и других условий. При этом существенное значение имеет индивидуальная чувствительность. Вредное действие вибрации усиливают шум, охлаждение, переутомление, значительное мышечное напряжение, алкогольное опьянение и др.

При действии на организм общей вибрации страдает в первую очередь нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный. Эти нарушения вызывают головные боли, головокружения, нарушения сна, снижение работоспособности, ухудшение самочувствия, нарушения сердечной деятельности, расстройство зрения, онемение и отечность пальцев рук, заболевание суставов, снижение чувствительности. Общая низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обменов, биохимических показателей крови.

У женщин, подвергающихся длительному воздействию общей вибрации, отмечается повышенная частота гинекологических заболеваний, самопроизвольных абортов, преждевременных родов. Низкочастотная вибрация вызывает у женщин нарушение кровообращения органов малого таза. Общая вибрация с частотой менее 0,7Гц, определяемая как качка, хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, вызванная нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата по причине резонансных явлений.

При частоте колебаний рабочих мест, близкой к собственным частотам внутренних органов, возможны механические повреждения или даже разрывы. Низкочастотная общая вибрация, вызывая длительную травматизацию межпозвоночных дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменения моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечника, может приводить к болевым ощущениям в области поясницы, возникновению и прогрессированию дегенеративных изменений позвоночника, заболеваний хроническим пояснично крестцовым радикулитом, хроническим гастритом.

Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравмы различных тканей с последующими изменениями.

Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, приводит к вибрационной болезни, которая характеризуется нарушениями физиологических функций организма, связанными с поражением центральной нервной системы. Эти нарушения вызывают головные боли, головокружения, нарушения сна, снижение работоспособности, ухудшение самочувствия, нарушения сердечной деятельности.

Локальной вибрации подвергаются главным образом люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью. Особенно чувствительными к действию локальной вибрации являются отделы симпатической нервной системы, регулирующие тонус периферических сосудов. Доказано, что направленность сосудистых нарушений определяется, в первую очередь, параметрами воздействующей вибрации. Область частот 35 250Гц наиболее опасна в отношении развития спазма сосудов.

Например, ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии в низких частотах (до 35Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервномышечного и опорно двигательного аппарата. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125Гц), возникают сосудистые расстройства с наклонностью к спазму периферических сосудов.

При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8 10 лет (формовщики, бурильщики), при воздействии высокочастотной вибрации через 5 и менее лет (шлифовщики, рихтовщики).

При воздействии вестибулярных раздражителей, к которым относится вибрация, нарушаются восприятие и оценка времени, снижается скорость переработки информации. В ряде работ показано, что низкочастотная вибрация вызывает нарушение координации движения, причем наиболее выраженные изменения отмечаются при частотах 4 11Гц.

При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии — вибрационной болезни.

Гигиенические нормы, установленные в нормативных документах, ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни.

Например, оценка степени вредности вибрации ручных машин производится по спектру виброскорости в диапазоне частот Гц. Для каждой октавной полосы в пределах указанных частот устанавливают предельно допустимые значения среднеквадратичной величины виброскорости и ее уровни относительно порогового значения, равного 5 • 10 ~ 8м/с.

Масса вибрирующего оборудования или его частей, удерживаемых руками, не должна превышать 10кг, а усилие нажима 20кг.

Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения.

Высокие требования предъявляют при нормировании технологических вибраций в помещениях для умственного труда (дирекция, диспетчерская, бухгалтерия и т. п.). Гигиенические нормы вибрации установлены для рабочего дня длительностью 8ч (табл. 1.1).

вибрации, мм в производственных помещениях предприятий колебаний вибрации, колебательных колебательных Примечание:* При таких параметрах вибрации даже сверхпрочные клепочные конструкции до полного своего разрушения выдерживают не Санитарные нормы устанавливают предельно допустимые величины вибрации в производственных помещениях предприятий (табл. 1.2).

Приведенные нормы одинаковы для горизонтальных и вертикальных вибраций. Непрерывность их воздействия не должна превышать 10 15% рабочего времени. Амплитуда колебаний, скорость и ускорение колебательных движений могут быть увеличены не более чем в три раза.

Снижение воздействия вибрирующих машин и оборудования на организм человека возможно путем:

• замены инструмента или оборудования с вибрирующими рабочими органами на невибрирующие в процессах, где это возможно (например, замена электромеханических кассовых машин на электронные);

• применения виброизоляции вибрирующих машин относительно основания (например, применение рессор, резиновых прокладок, пружин, амортизаторов);

• использования дистанционного управления в технологических процессах (например, использование телекоммуникаций для управления вибротранспортером из соседнего помещения);

• использования автоматики в технологических процессах, где работают вибрирующие машины (например, управление по заданной программе);

• использования ручного инструмента с виброзащитными рукоятками, специальной обуви и перчаток.

В соответствии с требованиями нормативных документов для работников виброопасных профессий должен быть предусмотрен следующий внутрисменный режим труда и отдыха:

• общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарным нормам, не должно превышать 2/ длительности рабочего дня;

• производственные операции должны распределяться между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15 20мин.;

• дополнительно рекомендуются два регламентированных перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по специальному комплексу гидропроцедур): 20мин.

через 1 2ч. после начала смены и 30мин через 2ч. после обеденного перерыва.

К работе с вибрирующими машинами и оборудованием должны допускаться лица не моложе 18 лет, получившие соответствующую квалификацию, сдавшие технический минимум по правилам безопасности и прошедшие медицинский осмотр.

Работа с вибрирующим оборудованием, как правило, должна проводиться в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16°С, при относительной влажности 40 60% и скорости движения воздуха не более 0,3м/с. При невозможности создания подобных условий (работа на открытом воздухе, подземные работы и т. п.) для периодического обогрева должны быть предусмотрены специальные отапливаемые помещения с температурой воздуха не менее 22 °С, относительной влажностью 40 60% и скоростью движения воздуха 0,3м/с. Целесообразно также проводить в середине или в конце рабочего дня 5 10-ти минутные гидропроцедуры, сочетающие ванночки при температуре воды 38° и самомассаж верхС них конечностей.

Гигиеническое нормирование вибраций регламентирует параметры производственной вибрации и правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием требованиями ГОСТ 12.1.012- "ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования" и Санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.556-96 "Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий".

Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производиться следующими методами:

• частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

• интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

• интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

• для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000Гц;

• для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5;

3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0;

80,0Гц.

Для того, чтобы эффективно вести борьбу с вибрациями необходимо знать частотный состав колебательного процесса.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются cредние квадратические значения виброскорости и виброускорения или их логарифмические уровни измеряемые в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот.

В октавной полосе f2/f1 = 2, где f2 и f1 - верхняя и нижняя граничные частоты полос. В третьеоктавных полосах f2/f1 = 3 2 < 1,26.

При этом полоса характеризуется значением fср = f f.

Поскольку абсолютные значения скорости и ускорения изменяются в широком диапазоне, для оценки вибрации пользуются относительными уровнями виброскорости и виброускорения, выражаемыми в децибелах (дБ):

где Vo пороговое значение колебательной скорости, равное 5.10-8 м/с;

Wo пороговое значение виброускорения, равное 3.10-4м/с.

Использование логарифмической шкалы для гигиенической оценки воздействия вибрации обусловлено еще и тем обстоятельством, что чувствительность организма к действию вибрации изменяется пропорционально логарифму интенсивности воздействия.

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости V1 (м/с) от времени фактического воздействия вибрации, не превышающего 480мин, определяется по формуле:

где V480 -допустимое значение виброскорости для длительности воздействия 480мин, м/с.

Максимальное значение Vт для локальной вибрации не должно превышать значений, определяемых для T = 30мин, а для общей вибрации при Т = 10мин.

Предельно допустимые величины нормируемых параметров производственной локальной вибрации при длительности вибрационного воздействия 480мин. (8ч.) приведены в табл. производственной локальной вибрации геометрические частоты октавных Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни Примечание:*Работа в условиях воздействия вибрации с уровнями, превышающими настоящие санитарные нормы более чем на 12 дБ (в раза) по интегральной оценке или в какой-либо октавной полосе, Допустимые уровни вибрации в жилых домах, условия и правила их измерения и оценки регламентируются Санитарными нормами СН 2.2.4/2.18.566-96.

Для гармонических колебаний нормируемым параметром является амплитуда виброперемещения (мм), установленная с учетом частоты и характера выполняемой работы, которая используется для расчетов строительных конструкций при проектировании (табл.1.4).

Допустимые амплитуды виброперемещения (для расчета строительных конструкций при проектировании) составпроизводственных вибрирующих машин для работников ляющей, В зависимости от величины превышения действующих нормативов производится градация условий труда при воздействии вибрации на работников.

1.5. Методы снижения воздействия вибрации Общие методы снижения вибраций основаны на анализе уравнений, описывающих колебания машин и аппаратов. Для простоты анализа принято, что на систему действует переменная возмущающая сила, подчиняющаяся синосоидальному закону, поэтому уравнение, выражающее связь между амплитудами виброскорости (Vm) и возмущающей силы (Fm), имеет вид:

где: m масса системы, кг ; q коэффициент жесткости системы, Н/м;

угловая частота возмущающей силы, рад/c.

Знаменатель в данном уравнении выражает полное механическое сопротивление системы воздействию возмущающей силы, при этом величина µ характеризует активную часть этого сопротивления, а величина ( m ) реактивную часть.

В режиме резонанса, когда частота колебаний системы равна ление равно нулю и амплитуда колебаний резко возрастает.

Анализ вышеприведенного уравнения позволяет определить основные технические меры борьбы с вибрацией:

• устранение или снижение вибрации в источнике возникновения (устранение или снижение Fm);

• вибродемпфирование;

• динамическое гашение вибрации.

Устранение или снижение вибрации в источнике возникновения должны быть реализованы еще на стадии конструирования машин и проектирования технологических процессов. При этом особое внимание должно быть уделено исключению или максимальному сокращению динамических процессов, вызванных ударами, резкими ускорениями.

Ослабление вибрации в источнике ее возникновения производится за счет уменьшения действующих в системе переменных сил.

Такое уменьшение переменных возможно при замене динамических процессов статическими, при тщательной балансировке вращающихся частей и др.

При наличии контакта с вибрирующим объектом передачу вибрации можно уменьшить, используя дистанционное управление, автоматический контроль и сигнализацию ограждения. Эти методы должны полностью исключить контакт оператора с вибрирующим объектом.

Вибродемпфирование основано на уменьшении уровня вибрации путем преобразования энергии механических колебаний в тепловую. Оно может быть достигнуто:

• использованием в качестве конструкционных материалов с большим внутренним трением;

• нанесением на вибрирующие поверхности упруговязких материалов;

• применением поверхностного трения.

Эффективным видом демпфирующих устройств являются гасители колебаний, работающие по принципу антирезонанса, возникающего в системах с двумя степенями свободы. Принцип действия антирезонанса состоит в том, что одна из масс системы остается в состоянии покоя при действии на нее гармонического возмущения определенной частоты. Наибольший эффект динамических гасителей наблюдается при применении их в условиях резонансных режимов колебаний. На рис.1.3 приводятся различные типы гасителей вибраций.

Динамическое виброгашение осуществляют установкой машин и агрегатов на фундаменты, массу которых рассчитывают так, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1 0,2мм, а для отдельных сооружений 0,005мм.

Возможно использование виброгасителей, которые представляют собой колебательную систему, собственная частота которой настроена на основную частоту колебаний данного объекта. Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем объекте и потому в нем возникают колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями этого объекта.

Рис.1.3. Гасители вибраций:

а пружинного типа; б с резиновой прокладкой; в виброизолирующая опора 08 31; г разрез амортизаторе типа AКCC; д виброизоляция кожуха редуктора;

1 соединитольный палец; 2 фиксатор соединительного пальца;

3 пружина; 4 рукоятка; 5 резиновый элемент; 6 крышка; регулировочный болт; 8 гайка;9 гофрированная пружина; ребро жесткости; 11 фрикционные кольца; 12 паз; 13 основание амортизатора; 14 демпфор жидкостного трения; 15 основание армотизатора; 16 металлический каркас; 17 резинометаллический элемент; 18 анкерный болт; 19 шайба; 20 резиновая втулка; 21 резиновая прокладка Вибропоглощение заключается в нанесении на вибрирующую поверхность упруговязких материалов, обладающих большим внутренним трением (резина, пластики, вибропоглощающие мастики).

Ослабление вибрации достигается за счет поглощения энергии колебаний в упруговязких материалах.

Вибропоглощающие покрытия эффективны при условии, если толщина слоя равна нескольким длинам волн колебаний изгиба.

Вибропоглощающие покрытия наносят в местах максимальных амплитуд вибраций, которые определяют на основании исследования виброскорости в различных точках конструкции.

Толщина вибропоглощающего слоя обычно в 2 3 раза больше толщины покрываемой конструкции.

В тех случаях, когда перечисленные выше меры защиты оказываются недостаточно эффективными и не удается снизить уровень вибрации до допустимых значений, используют виброизоляцию.

Виброизоляция основана на уменьшении передачи колебаний от источника возникновения защищаемому объекту с помощью устройств, помещаемых между ними. Между источником колебаний и защищаемым объектом появляется упругая связь, ослабляющая уровень вибрации. В качестве таких упругих элементов могут быть использованы виброизоляторы в виде пружин, рессор, резиновых прокладок и т.д.

Установка машины на виброизоляторы (амортизаторы) уменьшает передачу вибраций на основание и, следовательно, уменьшает вредные вибрации рабочих мест.

Виброизоляция называется активной, если она применяется для уменьшения вибраций от источника возбуждения (машины) на поддерживающую конструкцию.

Наиболее эффективным методом создания вибробезопасных условий является разработка активной виброизоляиии, уменьшающей динамические нагрузки, передаваемые от вибрирующих установок на поддерживающие конструкции. Схема активной виброизоляции представлена на рис.1.4. Виброизоляция может быть двух вариантов: опорной и подвесной. При опорной виброизоляции виброизоляторы располагаются под корпусом изолируемой машины или под жестким фундаментным блоком. При подвесной виброиэоляции изолируемый объект подвешивается на виброизоляторах, закрепленных выше подошвы фундамента.

Рис.1.4. Схема активной виброизоляции:

Пассивная виброизоляция применяется, если требуется защитить виброизолируемый объект от колебаний поддерживающего основания.

Пассивная виброизоляция применяется для защиты людей, находящихся в зоне распространения вибрации. Чаще всего пассивная изоляция устраивается в виде массивной плиты, имеющей контакт с вибрирующим основанием через другие амортизаторы. Расчет такой изоляции сводится к подбору соотношения между массой плиты и коэффициентом жесткости упругих опор, при котором колебания плиты доводятся до значений более низких, чем колебания основания (под коэффициентом жесткости упругих, опор (кг/см) имеется ввиду величина усилия (кг), при котором осадка упругих опор равна 1см).

Виброизоляция - это единственный способ уменьшить вибрацию, передающуюся на руки от ручного механизированного инструмента.

На рис.1.5 показана изоляция виброударной площадки. Примеры пассивной изоляции рабочих мест показаны на рис. 1.6.

Рис.1.5. Виброизолированный фундамент виброударной площадки:

крышка; 4 вибрирующая машина; 6 стенки; 7 подвижный блок.

Рис.1.6. Схемы виброизоляции рабочего места:

а рабочее место оператора; б рабочее место на 1 виброизолирующая железобетонная плита; 2 виброизоляторы; 3 виброизолируемая машина; 4 фундамент виброплошадки.

При воздействии на работающих локальной вибрации используется также метод защиты временем. Он заключается в том, что при использовании виброопасных ручных инструментов работы следует производить в соответствии с разработанными режимами труда, согласно которым суммарное время контакта с вибрацией в течение рабочей смены устанавливается в зависимости от величины превышения санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.566-96 "Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий" (табл.1.5).

время действия локальной вибрации предельно допустимого уровня суммарное время 1.6. Средства индивидуальной защиты от вибрации При работе с ручным механизированным и пневматическим инструментом применяются средства индивидуальной защиты рук от вибрирующих объектов, указанные в ГОСТ 12.4.002-97. ССБТ. «Средства защиты рук от вибрации. Технические требования и методы испытаний».

Средства защиты рук допускается изготовлять различных конструкций с защитными прокладками, усилительными накладками и подкладками различной формы и местом расположения (рис.1.7). Для изготовления оснований и накладок изделий используются ткани, трикотажные полотна, искусственные и натуральные кожи. Защитные прокладки выполняются из упругодемпфирующих материалов.

Рис.1.7. Виды средств защиты рук по ГОСТ 12.4.002-97:

изделия защитной нажатия, Эффективность, дБ, на частотах Гц, не менее Примечание: Знак "+" означает, что эффективность должна быть положительной.

Рекомендации по применению средств защиты рук по ГОСТ 12.4.002- Грубые работы, требующие Горнорабочие, проход- Перфораторы, горные Рукавицы однопапростого удержания руко- чики, строительные ра-сверла, отбойные молот- лые, перчатки ятки или нажатия на нее, бочие, формовщики ки, бетоноломы, свер- трехпалые Примечание. * При работе применять средства защиты с максимально достижимой эффективностью на низких частотах (ниже 63 Гц).

Работы, требующие обхва- Обрубщики, слесари- Рубильные молотки, гайко- Рукавицы однопата профильных рукояток, сборщики, шлифовщи- верты. лые,перчатки трехпереключения органов уп- ки, полировщики, плот- Шлифовальные машины с палые, полурукавицилиндрическим и (или) цы, полуперчатки равления, удержания руч- ники ковых устройств пальцами Примечание. * При работах применять средства защиты с максимально достижимой эффективностью на средних частотах (от 63 до 250 Гц).

Точные работы, требую- Клепальщики, слесари- Клепальные авиационные Полуперчатки, перщие манипулирования ма- сборщики молотки, зачистные мало- чатки Примечания. * При работе применять средства защиты с максимально достижимой эффективностью на низких частотах (ниже 63 Гц).

** При работе применять средства защиты с высокой эффективностью на высоких частотах (выше 250 Гц).

Показателем защитных свойств изделий является коэффициент эффективности вибрационной защиты (коэффициент эффективности) или его логарифмический уровень (эффективность). Защитные свойства изделий устанавливаются в диапазоне нормирования локальной вибрации на частотах 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 1000Гц (табл.1.6).

Допускается устанавливать показатели защитных свойств конкретных типов изделий в сокращенном частотном диапазоне, исключая верхние или нижние значения указанных частот (например, начиная только с частоты 31,5Гц или 63Гц и т.д., или только до частоты 250Гц или 500Гц и т.д.).

Основным конструктивным параметром изделия, для которого устанавливаются значения показателей защитных свойств, является толщина ладонной части (упругодемпфирующей прокладки и других материалов), максимальная толщина которой с защитной прокладкой не должна превышать 8мм.

Рекомендации по применению средств защиты рук представлены в таблице 1.7.

Для изоляции рабочих от вибрирующего пола применяют резиновойлочные маты; антивибрационные площадки; виброизолирующую обувь, стельки, подметки по ГОСТ 12.4.024-76. «Обувь специальная виброзащитная».

Спецобувь изготавливается в виде сапог, полусапог и полуботинок мужских и женских, которая должна обладать защитными свойствами, указанными в табл.1.8.

Показатели защитных свойств изделий по ГОСТ 12.4.024- спецобуви Сапоги Полусапоги Примечание. Знак "+" означает, что указанные защитные свойства обязательны для данного вида спецобуви, знак "-" - не обязательны.

Виброзащитные свойства обуви обеспечиваются применением виброизолирующих элементов, состоящих из упругодемпфирующих материалов или конструкций.

Виброзащитная спецобувь в зависимости от способа применения виброизолирующего элемента подразделяется на следующие типы:

I - спецобувь с несъемными виброизолирующими элементами, входящими в пакет деталей низа обуви;

II - спецобувь со съемными виброизолирующими элементами, вкладываемыми внутрь обуви в виде стелек или присоединяемых снизу к подошве.

Виброзащитные свойства спецобуви характеризуются коэффициентом передачи по ГОСТ 24346-80, значения которого должны соответствовать указанным в табл.1.9.

Значения коэффициента передачи устанавливают, на сколько снизятся уровни вибрации, воздействующей на работающего, при применении спецобуви соответствующей группы.

В зависимости от коэффициента передачи виброзащитная спецобувь делится на группы А и Б, обеспечивающие защитные свойства, указанные в табл.1.9.

Коэффициент передачи по ГОСТ 24346- Примечание. Показатели группы Б вводятся с 01.01.89.

Спецобувь должна изготовляться с подошвами из маслобензостойких материалов с противоскользящим рифлением и иметь клеймо с обозначением защитных свойств по ГОСТ 12.4.103-83.

Срок носки спецобуви не должен быть менее 6 месяцев и устанавливается нормативной документацией на каждый конкретный вид спецобуви.

В целях профилактики развития вибрационной болезни для работающих с вибрирующим оборудованием регламентируется режим работы – продолжительность рабочей смены, обязательные перерывы, отдых.

2. ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ ВИБРАЦИИ

Установленные в зданиях и сооружениях инженерное и технологическое оборудование (системы вентиляции и кондиционирования воздуха, водоснабжения и отопления, лифты, трансформаторы и т.д.), а также промышленные установки, создают при работе большие динамические нагрузки, возбуждают вибрацию соединенных с ним конструкций и распространение вибрации в строительных конструкциях зданий.

С целью исключения или снижения воздействия вибрации на строительные конструкции инженерные агрегаты необходимо устанавливать на виброизоляторы и изолировать подходящие к ним коммуникации. Для этого применяют однозвенную (рис.2.1б, г, д, е), двухзвенную (рис.2.1в, ж, з), а иногда и трехзвенную схему виброизоляции. Между агрегатом и виброизоляторами часто располагают массивную плиту (обычно железобетонную) или жесткую опорную раму (рис.2.1г, д, з). Это может быть плита перекрытия, железобетонный блок, балки и т.д.

Рис.2.1. Схемы жесткого и виброизолированного крепления машины к а машина жестко прикреплена к фундаменту; б машина установлена на виброизоляторах; в двухзвенная схема с применением виброизоляторов; г машина установлена на плите массой m на виброизоляторах; д то же, что и г, дополнительно установлены эластичные прокладки; е машина жестко прикреплена к плавающему полу на упругом основании; ж машина установлена на виброизоляторах и полу на упругом основании; з то же, что и ж, дополнительно установлена плита т; 1 машина; 2 фундамент; 3, 4 - виброизоляторы; 5 фундаментная плита; 6 промежуточный блок; 7 эластичные прокладки;

8 плавающий пол на упругом основании; 9 слой упругого материала.

Виброизолирующие элементы могут быть представлены:

• в виде отдельных опор (пружинные виброизоляторы, основным рабочим элементом которых являются одна или несколько стальных винтовых пружин; упругие прокладки, нередко имеющие сложную форму);

• в виде слоя упругого материала, укладываемого между машиной и фундаментом;

• в виде плавающего пола на упругом основании. Пол на упругом основании представляет собой железобетонную стяжку, устроенную на упругом основании поверх несущей плиты перекрытия здания.

Обычно применяется в двухзвенной схеме с другими виброизоляторами (рис.2.1ж).

Виброизоляторы снижают колебания фундамента и их подбирают так, чтобы резонансная частота лежала ниже диапазона частот, в котором необходимо снижение данных колебаний. Это возможно при достаточно низкой жесткости виброизоляторов.

На рис.2.2 показан характерный график зависимости виброизоляции инженерного агрегата от частоты при устройстве виброизолирующего основания с применением упругих элементов из материала Sylomer®.

В качестве примера приведем виброизоляцию силовых трансформаторов с помощью опорных элементов Sylomer® Traf (рис.2.3).

Для снижения акустического воздействия силовых трансформаторов на прилегающие помещения применяются специальные виброизолирующие элементы, состоящие из 3-х слоев материала SYLOMER® различного типа. Материалы SYLOMER® австрийской фирмы Getzner Werkstoffe GmbH представляют собой микропористые полиуретановые эластомеры со смешанной (открыто-закрытой) ячеистой структурой. Для стандартных трансформаторов разработан ряд специальных виброизолирующих опорных элементов Sylomer® Trafo.

Рис.2.3. Виброизоляцию силовых трансформаторов с помощью опорных элементов Sylomer®-Traf Виброизоляторы Sylomer® Trafo применяются в качестве виброизолирующих опор для снижения акустического воздействия и уменьшения передачи вибраций трансформаторов на несущие конструкции зданий и сооружений. Выбор типа виброизолирующего элемента производится исходя из собственной массы и характеристик трансформатора.

• 1-й слой: 12мм Sylomer® P для «фиксирования» опоры машины. Этот слой отвечает за стабильность системы;

• 2-й слой: 8мм Sylomer® высокой плотности, служит для равномерного распределения нагрузки;

• 3-й слой: 25мм Sylomer® S600, S680 и S750 выступает в роли пружины.

Данная трехслойная конструкция позволяет гарантировать равномерное распределение нагрузки по всей площади прокладки Материалы не подвержены гидролизу, а также воздействию разбавленных щелочей, кислот, растворителей и масел При воздействии статической нагрузки материалы не теряют своих виброизолирующих свойств в течение 10 лет и более.

В случае применения виброизоляторов Sylomer® Trafo частота собственных колебаний виброизолированного трансформатора составляет 15Гц. Cнижение уровня вибрации на частоте 100Гц достигает 35дБ (98%).

Характеристики виброизоляторов Sylomer® Trafo виброизолятора виброизолятора, трансформатора, В целом, проектирование виброизолирующих конструкций сводится к:

• выбору конструктивной схемы виброизоляции, • подбору типа и параметров виброизоляторов по известной номенклатуре (реже их рассчитывают и проектируют), • выбору конструкции пола на упругом основании (если он требуется), • расчету эффективности принятой конструкции (виброизоляции).

Все рассмотренные виброизолирующие конструкции снижают передаваемую на фундамент вибрацию только на частотах, превышающих основную частоту собственных вертикальных колебаний (резонансную частоту) системы, состоящей их машины, установленной на виброизолирующем основании.

Если жесткость неопорных связей (трубопроводов, гибких вставок и т.д.) не более половины жесткости виброизоляторов, то могут быть выбраны виброизоляторы и спроектирована виброизолирующая конструкция. В противном случае необходимо учитывать жесткость неопорных связей – выбор виброизоляторов и самой виброизолирующей конструкции становится более сложным.

Для виброизоляции машин с рабочими частотами менее 18 20Гц при меняются пружинные виброизоляторы. При больших рабочих частотах используются как пружинные виброизоляторы, так и упругие прокладки из эластомерного материала Sylomer®. Однако на средних и высоких частотах виброизоляция пружинами невелика. Некоторое увеличение ее достигается при установке резиновых прокладок между пружинами и фундаментом. На больших частотах дополнительная виброизоляция растет с частотой и становится тем выше, чем больше коэффициент потерь, толщина и коэффициент формы прокладки. Поэтому их следует изготовлять из перфорированной, а не сплошной резины, как это обычно делают. Тонкие резиновые прокладки не устраняют основного недостатка пружинных виброизоляторов низкую виброизоляцию на средних и высоких частотах.

Рис.2.4. Принципиальная схема устройства звукоизоляционного плавающего пола: 1 стена здания; 2 невысыхающий герметик; 3 звукопоглощающие плиты «AcousticWool Floor» толщиной 20мм; 4 гидроизолирующий слой полиэтилена; 5 бетонная стяжка толщиной 80мм, армированная металлическими конструкциями; 6 плита перекрытия; 7 технологический деформационный шов (выполняется в случае необходимости).

Для небольших машин, виброизоляция которых может быть обеспечена и другими способами используются плавающие полы. Без специальных виброизоляторов плавающие полы можно использовать только с оборудованием, имеющим рабочие частоты более 45 50Гц.

На низких частотах ввиду неэффективности полов их применяют только в сочетании с другими видами виброизоляторов (за счет виброизоляторов), а также на средних и высоких (за счет виброизоляторов и плавающего пола).

Стяжка плавающего пола должна быть тщательно изолирована от стен и несущей плиты перекрытия, так как образование даже небольших жестких мостиков между ними может существенно ухудшить его виброизолирующие свойства. Конструкция плавающего пола должна обеспечивать ее несущую способность на действие статической нагрузки от оборудования (рис.2.4).

Железобетонную плиту устанавливают также в тех случаях, когда жесткость подходящих к машине трубопроводов с гибкими вставками соизмерима или превышает общую жесткость виброизоляторов, которые потребовались бы для установки машины без этой плиты. Такое положение может иметь место, например, при виброизоляции насосов.

При устройстве массивных виброизолированных оснований необходимо учитывать наличие внутренних виброизолирующих элементов у вентиляционного и компрессорного оборудования.

Рассмотрим примеры устройства виброизолирующих оснований для трех различных вентиляционных агрегатов, закрепленных на железобетонной фундаментной плите и установленных на монолитную плиту межэтажного перекрытия толщиной 200мм.

Все агрегаты имеют одинаковую массу 610кг и разные рабочие частоты вращения движущихся частей:

• агрегат №1: 750об/мин;

• агрегат №2: 1450об/мин;

• агрегат №3: 3000об/мин.

Габаритные размеры каждого агрегата: 2100х1300х130 мм.

Рабочие частоты агрегатов fр, Гц определяются следующим образом:

• fр1 = 750/60 = 12,5Гц;

• fр2 = 1450/60 = 24,2Гц;

Размеры фундаментной железобетонной плиты выбираются таким образом, чтобы ее масса в 2 3 раза превышала массу вентиляционного агрегата.

Выберем размеры фундамента: 2300х 500х 50мм. Масса такого фундамента из тяжелого бетона составляет 1242кг.

Рис.2.5. Принципиальная схема №1: 1 вентиляционный агрегат; 2 металлическая опорная рама; 3 фундаментная плита толщиной 150мм; пружинный виброизолятор ВИП 44ДО; 5 конструкция плавающего пола; 6 резиновая прокладка толщиной 10мм по всей площади опорной пластины;7 резиновая шайба толщиной 10мм и размером 40х40мм; 8 стальная шайба; 9 стальная нижняя пластина опоры виброизолятора; 10 плита перекрытия Рис.2.6. Принципиальная схема №2. 1 вентиляционный агрегат; 2 металлическая опорная рама; 3 фундаментная плита толщиной 150мм; металлический уголок (монтируется в случае необходимости); конструкция плавающего пола; 6 звукопоглощающие плиты «AcousticWool Floor» толщиной 20мм; 7 виброизолирующий элемент «Sylomer®R» размером 2300х200х50мм; 8 плита перекрытия.

Рассмотрим три различных типа виброизолирующих оснований:

1. Принципиальная схема №1 устройство виброизолирующего основания с помощью 8 пружинных виброизоляторов типа ВИП 44ДО и конструкции плавающего пола (рис.2.5).

2. Принципиальная схема №2 устройство виброизолирующего основания с применением упругих элементов из материала «Sylomer®» толщиной 50мм (рис.2.6).

3. Принципиальная схема №3 устройство виброизолирующего основания с применением звукоизолирующего материала «AcousticWool Floor» общей толщиной 60 мм (рис.2.7).

Рис.2.7. Принципиальная схема №3. 1 вентиляционный агрегат; 2 металлическая опорная рама; 3 фундаментная плита толщиной 150мм; металлический уголок (монтируется в случае необходимости); конструкция плавающего пола; 6 звукопоглощающие плиты «AcousticWool Floor» толщиной 20мм; 7 гидроизолирующий слой полиэтилена; 8 плита перекрытия.

Результат применения различных виброизолирующих оснований fр1 = 12,5Гц фундамента резкое усиление фундамента не Эффект от применения различных схем виброизоляции данного агрегата изменяется позитивного к негативному (табл.2.2).

Из представленного выше следует:

• эффективность виброизоляции инженерного оборудования (например, вентиляционного) зависит от его рабочей частоты;

• эффективность виброизоляции инженерного оборудования зависит от примененной схемы виброизоляции;

• неправильный выбор схемы виброизоляции может привести к неконтролируемому увеличению амплитуды колебаний фундамента инженерного оборудования.

Проектирования виброизоляции показывает, что схема виброизоляции №1 теоретически является наиболее эффективной для виброизоляции низкочастотных инженерных агрегатов. Но на практике применение пружинных виброизоляторов имеет ряд ограничений и недостатков, связанных со значительной толщиной виброизолирующего основания, снижением эффективности виброизоляции на частотах волнового совпадения, необходимостью тщательно рассчитывать центр масс агрегатов для обеспечения равномерной нагрузки на пружины.

Две другие схемы в меньшей степени подвержены указанным недостаткам, обеспечивают надежную конструкционную устойчивость оснований оборудования, но имеют ограничения по частотному диапазону эффективной виброизоляции.

Виброизоляция неопорных связей трубопроводов (воздуховодов) инженерных сетей выполняется с целью обеспечения требуемой свободы движения виброизолированной машины за счет снижения жесткости рассматриваемых связей. Это необходимо для эффективной работы виброизоляторов и снижения звуковой энергии, распространяющейся через эти связи.

Для виброизоляции на каждом трубопроводе (или воздуховоде), присоединенном к машине, устанавливают гибкие вставки. Их следует располагать как можно ближе к вибрирующему агрегату. Если жесткость этих вставок мала по сравнению с жесткостью виброизоляторов (например, у вентиляторов), то не имеет существенного значения, как они ориентированы. В тех случаях, когда жесткость гибких вставок сравнима с жесткостью виброизоляторов (насосные агрегаты, компрессоры) вставки следует располагать так, чтобы влияние их жесткости было минимально в направлениях действия наибольших динамических сил, развиваемых инженерной машиной.

Например, гибкие вставки для насосных агрегатов имеют большую жесткость в продольном направлении и меньшую в поперечном.

Поэтому их следует располагать параллельно оси вращения.

В некоторых случаях на одном трубопроводе устанавливают две гибкие вставки на двух его расположенных рядом взаимно перпендикулярных участках. Тогда обеспечивается полезная для виброизоляции относительно низкая жесткость этой связи во всех направлениях.

Увеличение числа гибких вставок на трубопроводе более одной двух не приводит к снижению, распространяющейся по нему, звуковой вибрации, которая все равно распространяется по содержащейся в нем воде (воздуху).

На участках трубопроводов (воздуховодов) между агрегатом и гибкой вставкой не рекомендуется выполнять узлы крепления к строительным конструкциям (даже виброизолированных).

Трубопроводы (воздуховоды) не должны иметь жесткого контакта с ограждающими конструкциями. Часто жесткое крепление трубопроводов и воздуховодов к строительным конструкциям является причиной недопустимого уровня шума в удаленных помещениях, расположенных через несколько этажей от данного места крепления.

Крепление трубопроводов и воздуховодов к строительным конструкциям необходимо производить при помощи виброизолирующих креплений «Виброфикс™ » с упругим элементом на основе материала Sylomer (рис.2.8).

Рис.2.8. Схема прокладки инженерных сетей:

материала «AcousticWool»; 3 вибродемпфирующий материал KFlex; 4 трубопровод; невысыхающий герметик; 6 гильза; 7 монтажный кронштейн; 8 прокладка из мягкой резины; 9 виброизолирующее крепление «Виброфикс UNI».

Рис.2.9. Схема прокладки вентиляционных каналов через 1 вентиляционный канал; 2 виброакустический силиконовый герметик; 3 негорючая Прокладка трубопроводов (воздуховодов) через стены и перегородки должна быть выполнена с применением виброразвязанных гильз. Для виброразвязки следует применять негорючие упругие прокладки из материала «AcousticWool». Стыки и промежутки между воздуховодами и гильзами необходимо герметизировать невысыхающим виброакустическим герметиком (рис.2.8, рис.2.9).

Трубопроводы и участки жестких воздуховодов рекомендуется виброизолировать материалом K-Flex ST из вспененного каучука.

Трубную изоляцию рекомендуется крепить к поверхности трубопроводов с помощью специального клея.

Обычно вибрация распространяется в строительных конструкциях с относительно малым затуханием. Поэтому в первую очередь необходимо применять меры по снижению динамических нагрузок, создаваемых источником вибрации, или снижать передачу этих нагрузок путем виброизоляции машин.

Снижение вибрации в защищаемых помещениях может быть достигнуто целесообразным размещением оборудования в здании:

• инженерное оборудование (вентиляционные установки, кондиционеры, насосные установки, встроенные трансформаторы, лифтовые лебедки и т.п.) должно располагаться в отдельных изолированных помещениях, предпочтительно в подвальных или технических этажах зданий или на отдельных фундаментах, не связанных с каркасом здания;

• при установке оборудования на перекрытия желательно размещать его в местах, наиболее удаленных от защищаемых объектов. Если невозможно обеспечить достаточное снижение вибрации и шума, возникающих при работе центробежных машин, указанными методами, следует предусмотреть их виброизоляцию;

• помещения с инженерным оборудованием не должны примыкать к помещениям, требующим защиты от шума;

• лифтовые шахты следует располагать в лестничной клетке между лестничными маршами и с отделением шахты от конструкций здания;

• - встроенные лифтовые шахты могут примыкать к помещениям, не требующие защиты от шума (холлы, коридоры, кухни, санитарные узлы);

• лифтовая шахта независимо от планировочного решения должна иметь самостоятельный фундамент.

• трубопроводы систем водоснабжения и канализации, расположенные в шахтах не должны примыкать к помещениям, требующим защиты от шума.

• шахты мусоропроводов должны примыкать к помещениям, не требующим защиты от шума.

Виброизоляция агрегатов достигается за счет установки их на специальные виброизоляторы (упругие элементы, обладающие малой жесткостью), а также за счет применения гибких элементов (вставок) в системах трубопроводов и коммуникаций, соединенных с вибрирующим оборудованием, мягких прокладок для трубопроводов и коммуникаций в местах прохода их через ограждающие конструкции и в местах крепления к ограждающим конструкциям.

Для уменьшения вибрации, передающейся на несущую конструкцию, используют пружинные или резиновые виброизоляторы. Для агрегатов, имеющих скорость вращения менее 1800об/мин, рекомендуются пружинные виброизоляторы; при скорости вращения более 1800об/мин допускается применение резиновых виброизоляторов.

Следует иметь в виду, что срок работы резиновых виброизоляторов не превышает 3-х лет. Стальные виброизоляторы долговечны и надежны в работе, но они эффективны при виброизоляции низких частот и недостаточно снижают передачу вибрации более высоких частот (слухового диапазона), обусловленную внутренними резонансами пружинных элементов. Для устранения передачи высокочастотной вибрации следует применять резиновые или пробковые прокладки толщиной 10 20мм, располагая их между пружинами и несущей конструкцией. Машины с динамическими нагрузками (вентиляторы, насосы, компрессоры и т. п.) рекомендуется жестко монтировать на тяжелой бетонной плите или металлической раме, которая опирается на виброизоляторы. Использование тяжелой плиты уменьшает амплитуду колебаний агрегата, установленного на виброизоляторах. Кроме того, плита обеспечивает жесткую центровку с приводом и понижает расположение центра тяжести установки. Желательно, чтобы масса плиты была не меньше массы изолируемой машины.

2.2. Защита зданий от транспортной вибрации Всё чаще из-за недостатка свободных площадей и необходимости обеспечения доступности транспортных потоков для населения крупных городов строительство жилых и общественных зданий производится вблизи железнодорожных линий, линий метрополитена и трамваев, дорог доступных для интенсивного движения грузовых автомашин. Такие здания, как правило, испытывают повышенное вибрационное воздействие, отражающееся на сохранении целостности как конструкций, так всего здания в целом, и могут стать причиной появления колебаний предельно высокого уровня и в конечном итоге их разрушению.

Государственными стандартами, в дополнении с Санитарными нормами и правилами установлены допустимые параметры для неблагоприятного внешнего воздействия на здание и, как следствие, человека.

Применительно к вибрации эти правовые документы регулируют параметры допустимого уровня колебаний несущих и ограждающих конструкций для жилых, офисных, административных и других общественных зданий, а также рабочих мест персонала. Амплитуды колебаний ограничены несколькими микронами, диапазон частот которых от 1,4 до 88Гц.

Самыми неблагоприятными для жилых домов и общественных построек считаются вибрации, которые исходят от работы рельсовых транспортных сообщений: железная дорога, метрополитен, трамвайные линии. Исследования показали, что колебания по мере удаления на различное расстояние от метрополитена затухают, однако это процесс немонотонный, он зависит от составных звеньев на пути распространения вибрации: рельс стена тоннеля грунт фундамент дома - строительные конструкции. В тех случаях, когда здания располагаются в непосредственной близости от рельсовой дороги, вибрации в них могут превышать предельно-допустимые значения, установленные Санитарными нормами, в 10 раз (на 20дБ). В спектральном составе вибрации преобладают октавные полосы со среднегеометрическими частотами 31,5 и 63Гц.

На сегодняшний день защитная зона расположения железной дороги должна составлять 100м, для трамвайной линии подобная защитная зона 60м от крайнего рельса дороги, для линий метрополитена 40м по кратчайшему расстоянию до стенки тоннеля метрополитена. Однако, современные строительные технологии позволяют применить и другие меры для снижения динамики указанных выше вибрационных нагрузок. В число таких мер защиты зданий от вибрации входят:

• использование конструкций зданий и фундаментов,снижающих уровни проникающей вибрации;

• виброизоляция применение упругих элементов, устанавливаемых в несущих конструкциях (стенах, колоннах), под фундаментной плитой или в конструкциях пола;

• демпфирование колебаний;

• применение экранирующих устройств (траншей) в грунте.

В условиях динамического воздействия наиболее эффективными конструкциями зданий являются конструкции из монолитного железобетона. По сравнению со зданиями из сборных железобетонных элементов они позволяют снизить уровни вибраций перекрытий на 5 8дБ. Это снижение обусловлено особенностями динамической работы монолитных конструкций, которые испытывают более «мягкие» резонансные явления, так как представляют собой не отдельные элементы, как в сборных зданиях, а сплошные разветвленные массивные тела. Наиболее приемлемой схемой здания в этом случае является колонный каркас, эффективность которого увеличивается с увеличением толщины плит перекрытий и уменьшением сечения колонн. В качестве фундамента всегда рекомендуется использовать сплошную монолитную железобетонную плиту, сглаживающую влияние неоднородностей грунтового основания и способствующую распределению, а значит снижению колебаний по площади фундамента.

Рис.2.10. При строительстве здания на ул. Русаковской маты Sylomer® (черного цвета) укладывались на горизонтальное бетонное основание в два слоя. Стыки матов соединены скотчем.

Монолитные здания при размещении в них административнообщественных помещений могут располагаться даже в непосредственной близости от тоннелей метро.

В качестве примеров можно привести административные здания, расположенные в Москве (рис.2.10, 2.11), в которых удалось обеспечить требования санитарных норм за счет:

• особенности конструкций (внешние стены здания выполнены из легких пенобетонных блоков толщиной 300мм и средней плотностью не более 600кг/м;

• исключения жесткого контакта внешних стен с вышележащими перекрытиями;

• установки виброизолирующего слоя из материала Sylomer® фирмы Getzner Werkstoffe GmbH (Австрия) между фундаментной плитой и консолями перекрытий подземной части в местах их контакта со стеной в грунте.

Рис.2.11. Виброизоляция жилого здания на 1_м Колобовском пер. выполнена на горизонтальных (черный и красный Sylomer®) и вертикальных (синий Sylomer®) поверхностях. На вертикальные поверхности материал приклеен к бетону двухкомпонентным клеем.

В тех случаях, когда конструктивных мероприятий оказывается недостаточно, может быть использован второй способ – виброизоляция. Этот способ имеет две разновидности. В первом случае виброизоляторы в виде резиновых и резинометаллических элементов или элементов на основе специальных эластомеров устанавливаются в горизонтальных деформационных швах под несущие стены и (или) колонны. Во втором случае упругий слой из специального эластомера укладывается на бетонную подготовку под фундаментную плиту.

В высоких зданиях на частотах выше f зоны (строительные конструкции), удаленные от виброизоляторов,за счет изменения фазы колебаний «динамически отключаются» от виброизоляторов, что приводит к нарушению настройки виброизолированной системы и выведению ее в область малоэффективной и даже неэффективной работы. При этом надо учитывать, что на высокие здания оказывают влияние и ветровые нагрузки, которые в конструкциях на податливом виброизолированном основании могут вызвать значительные низкочастотные колебания сооружения.

Примером такой виброизоляции является 6-ти этажное монолитное жилое здание, расположенное вблизи тоннелей глубокого заложения линии московского метрополитена, в котором для снижения вибраций, под фундаментную плиту и на боковые поверхности фундаментных стен со стороны грунта уложен специальный полиуретановый эластомер Sylomer®. В результате средняя эффективность виброизоляции по первому и второму этажам наиболее близкого к линии метро угла здания по сравнению с прогнозируемыми величинами составила: в октаве 31,5Гц 5дБ (1,8 раза), в октаве 63Гц 12,1дБ ( раза).

В то же время в связи с недостаточной проработкой отдельных элементов и, как следствие, образованием акустических мостиков, в помещениях над возведенными впоследствии лестничными входами было отмечено некоторое относительное увеличение вибраций.

Рис.2.12. Конструкция «плавающего пола» включает деревянные лаги, под которые установлены прокладки Одним из способов виброизоляции является также конструкция «плавающего пола» (рис.2.12, 2.13), в том числе, на деревянных лагах и железобетонных плитах. Эти конструкции работают по тому же принципу, что и здания на виброизоляторах. Как показывает практика, при частоте настройки 8 10Гц «плавающий пол» в силу своей более простой схемы, а значит, более точной настройки способен обеспечить более высокую эффективность, чем установка зданий на виброизоляторы.

Рис.2.13. Виброизоляция лаги, примыкающей к вертикальной конструкции, выполняется материалом Sylomer® с двух Недостатком «плавающего пола» является малое снижение уровней структурного шума, из-за чего может потребоваться дополнительная акустическая обработка помещений. В тоже время установка «плавающего пола» практически единственный способ снижения вибраций в высотных сооружениях и реконструируемых зданиях, где производится замена старых перекрытий на железобетонные с сохранением несущих стен.

Виброзащита с применением «плавающего пола была применена в реконструируемых жилых домах, расположенных на расстоянии 7м от тоннелей мелкого заложения линии московского метрополитена.

Конструкция пола представляла собой деревянные лаги, под которыми были установлены прокладки из материала Sylomer® толщиной 50мм. На лаги для увеличения жесткости укладывался дощатый настил толщиной 40мм и верхнее покрытие в виде древесноволокнистых плит и линолеума. Расчет упругих прокладок выполнялся на нагрузку 190кгс/м2 (собственная нагрузка пола 40кгс/м2 и нормативная полезная нагрузка 150кгс/м2). Расчетная частота настройки виброизолированной системы составила 8 9Гц. Контрольные замеры вибраций при отсутствии полезной нагрузки в помещениях и пригрузе места измерений человеком составила в октаве со среднегеометрической частотой 31,5Гц около 10дБ. Нужно пояснить, что Sylomer® это современный полиуретановый материал, разработанный и выпускаемый ьфирмой Getzner Werkstoffe GmbH, используемый для виброизоляции зданий, железнодорожных путей, машин и оборудования. Фирма имеет 30 летний опыт виброизоляции зданий и железнодорожных линий и выпускает несколько различных видов материалов, имеющих высокие показатели коэффициента потерь и способных воспринимать высокие динамические и статические нагрузки при продолжительном сроке эксплуатации. Этими материалами в настоящее время виброизолировано более 300 зданий в различных странах мира.

Поскольку основной вклад в вибрации перекрытий вносят собственные колебания, и особенно, колебания на первой собственной частоте, одним из направлений их снижения является демпфирование.

Так как резонанс представляет собой процесс, при котором упругие силы компенсируются инерционными силами, размах колебаний перекрытий на собственных частотах определяется исключительно показателями внутреннего трения. Для снижения резонансных колебаний могут использоваться конструкционные материалы с высокими коэффициентами потерь. Замечено, что резонансные колебания перекрытий с уложенной на них цементной стяжкой и полом из керамической плитки, в монолитных зданиях снижаются до 5дБ, а в панельных домах до 7дБ. Также отмечено, что уложенные на перекрытие мешки с порошкообразным материалом (панельный дом серии П44), практически полностью демпфируют резонансные колебания. Поскольку демпфирование колебаний строительных конструкций и демпфирующие свойства строительных материалов мало изучены, в настоящее время трудно рекомендовать какое-либо надежное средство снижения вибраций. Возможно, в случае цементной стяжки важную роль играет поверхностное трение, которое возникает в так называемом «холодном» шве.

Суть экранирующего устройства в грунте заключается во введении в грунтовый массив существенной неоднородности, обеспечивающей отражение волн, распространяющихся от поверхностного или мелко заглубленного транспортного источника. Расчеты экранирующих траншей, выполненные в институте транспортного строительства (ныне ОАО «ЦНИИС») при разработке технического задания по виброзащите жилых зданий, расположенных вблизи тоннеля мелкого заложения на одном из участком Московского метрополитена показали, что максимальная эффективность траншеи, заполненной вспененным полистиролом для скорости продольной волны 600м/с, составляет в октаве 31,5Гц около 6дБ (2 раза). Учитывая высокую стоимость сооружения экрана, а также необходимость в большинстве случаев перекладки подземных коммуникаций, этот способ в современных условиях городского строительства не находит применения.

В зарубежной практике используется также метод виброизоляции зданий с помощью пневматических виброизоляторов.

Указанные выше защитные способы в каждом конкретном случае имеют достоинства и недостатки. Например, виброизоляция зданий типовых серий из сборного железобетона может выполняться только путем снижения колебаний в источнике или на пути распространения волн в грунтовой среде. Виброизоляция реконструируемых зданий, как правило, обеспечивается конструктивными мероприятиями - применением соответствующей схемы несущего каркаса и назначением жесткостей конструктивных элементов. В зданиях высотой 20 и более этажей снижение вибраций осуществляется за счет использования монолитного каркаса. Здания небольшой и средней этажности, имеющие жесткий каркас, изолируются упругими элементами и так далее.

Движение поездов вызывает колебания, которые через почву могут передаваться в прилегающие здания и ощущаться в них. Возбуждающиеся при этом в элементах зданий и предметах колебания могут приводить к возникновению вибрации и слышимого вторичного воздушного шума. В зависимости от интенсивности и длительности воздействия эти вибрация и шум оказывает сильное отрицательное влияние на людей в зоне действия. Существует множество возможных решений по снижению структурного шума в месте возникновения, т.е., в случае городского подземного транспорта, в верхнем строении пути.

Эти решения включают, например, применение высокоупругих прокладок для рельсовых креплений, подбалластных матов, упругих опор для пути на плитах и с балластным корытом, так называемые системы «масса пружина». Системы «масса пружина» применяются при предъявлении самых жестких требований к защите от структурных шумов, и при наличии конструктивных возможностей реализации.

За последние десятилетия разработано множество вариантов конструкций системы «масса-пружина». Известны конструкции из монолитного бетона или из готовых бетонных элементов, комбинации этих двух типов, с щебёночным балластом или без него. При проектировании упругой опоры для систем «масса-пружина» выбранное конструктивное решение является критическим фактором.

Различают три основных конструктивных решения этих систем:

• полноповерхностная опора;

• ленточная опора;

• точечная опора.

Опыт применения в многочисленных проектах в течение десятилетий показал преимущества материала SYLOMER®, созданного фирмой Getzner для удовлетворения специальным требованиям с гарантированной эффективностью. Благодаря постоянным усилиям по развитию и улучшению этого материала было создано новое поколение высокоэффективных эластомеров: материалы SYLODYN®.

Оба материала при использовании в качестве упругих опор для пути на плитах или с балластным корытом обеспечивают исключительные преимущества:

• надёжные, однородные и долговременные упругие свойства;

• устойчивость к кратковременной экстремальной перегрузке;

• простота применения в условиях строительных допусков;

• адаптируемость к любым областям применения путем варьирования плотности материала, толщины и площади упругой опоры.

SYLOMER® и SYLODYN® идеальные материалы для упругих опoр в системе "масса пружина" любых типов конструкций.

В зависимости от области применения полноповерхностные конструкции упругих опор (рис.2.14) обеспечивают снижение собственных частот до 15Гц на городских трамвайных линиях и до 25Гц на ширококолейных железных дорогах — минимальных значений собственных частот верхнего строения пути. Это соответствует изоляции структурных шумов до 20дБ в диапазоне сверхкритических частот.

Преимуществами полноповерхностной конструкции упругой опоры являются:

• простой и быстрый способ строительства;

• низкая вероятность строительных дефектов;

• перераспределении нагрузок в основание на максимальной • гашение вибрации несущих элементов рельсового пути;

• экономичность системы в целом.

Рис.2.15. Ленточные опоры Ленточные опоры (рис.2.15) применяются преимущественно в системах "масса пружина", выполняемых в виде конструкций из готовых элементов или комбинированных конструкций готовых элементов и монолитного бетона. Возникающие при движении поезда горизонтально направленные воздействия как по оси пути (силы торможения и ускорения), так и перпендикулярно оси пути (центробежные и секущие силы) эффективно компенсируются за счет относительно большой площади опор.

При реализации ленточной опоры можно достичь меньших значений собственных частот верхнего строения пути (в сравнении с полноплоскостной опорой) при оправданно меньших затратах. Конечным результатом является лучшая изоляция структурных шумов.

Рис.2.16. Точечные опоры Применение точечных опор (рис.2.16) необходимо при определенных конструктивных формах плит или балластных корыт. Готовые плиты или плиты, изготовленные на месте из монолитного бетона (после отвердения), приподнимают, и упругие опоры вставляются через специальные установочные отверстия. Так как площадь опоры относительно мала, то особое внимание необходимо уделить горизонтальным силам, возникающим при движении поезда. Для ограничения горизонтальных сдвигов в соответствии с заданными параметрами необходимо найти оптимальное соотношение между модулем сдвига, эластичностью материала, толщиной и площадью опоры.

Использование точечных опор позволяет достичь самых низких собственных частот и обеспечить максимальную защиту от структурных шумов. При использовании систем такого типа без проблем достигается изоляция от структурных шумов в 30дБ и более.

3. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

Задача 3.1. Рассчитать виброизоляцию виброплощадки и виброгасящее основание (фундамент) с обеспечением допустимых параметров вибрации рабочих мест, если виброизоляторы пружинные; виброплощадка с вертикально направленными колебаниями грузоподъемностью 10т; общий вес 11300Н, частота колебаний f = 50Гц; максимальный кич. п нематический момент дебалансов M = 5200Н/см; амплитуда колебаний виброплатформы a = 0,5мм; размер виброплатформы 6 2,2м; грунт – песок мелкий, маловлажный.

1. Определяется динамическая сила H, создаваемая дебалансами вибраторов:

= 2 f – круговая частота вибраторов, с–2, где 2. Определяется суммарная жесткость пружинных виброизоляторов:

где Х 3. Определяется собственная частота колебаний:

4.Определяется коэффициент передачи:

5. Определяется динамическая сила, передаваемая на основание:

6. Для расчета амплитуды перемещений основания виброплощадки a определяются:

минимальная площадь основания виброплощадки:

где R = 2 105 Па допустимое нормативное давление на грунт условного фундамента (табл. 3.1), жесткость основания под виброплощадкой:

где C = 40 Н/см3 – коэффициент упругого равномерного сжатия грунта (табл.3.2) Допустимые нормативные давления на грунт Пески независимо от влажности:

•крупные;

•средней крупности Пески мелкие:

• маловлажные;

• насыщенные водой Пески пылевлажные:

• маловлажные;

• очень влажные;

• насыщенные водой Супеси при коэффициенте пористости К :

• 0,5;

• 0, Суглинки при коэффициенте пористости К :

• 0,5;

• 0,7;

• 1, собственная частота колебаний основания виброплощадки:

где m = 7. Определяется амплитуда перемещений основания виброплощадки, см:

Допустимое значение вибросмещения a определяется для часпод тоты гармонической составляющей 50 Гц интерполяцией по табл. 3.3.

Допустимые значения амплитуды вибросмещения При применении только пружинных виброизоляторов амплитуда перемещений основания превышает допустимые уровни. Для их снижения требуется устройство виброгасящего основания (фундамента).

8. Для виброплощадок с вертикально направленными колебаниями минимально необходимый вес фундамента, при котором колебания не будут превышать допустимых, определяется по формуле:

где = 2 f = 2 3, 50 = 314 c – угловая частота колебаний;

Q – вес неподвижной части (основания) виброплощадки, Н.

Для виброплощадок, работающих с частотой не ниже 3000 кол/мин, вес фундамента определяется по формуле:

9. Определяется собственная частота колебаний фундамента :

где m 10. Амплитуда перемещения фундамента определяеся по формуле (3.9):

Вывод. При применении пружинных виброизоляторов и виброгасящего основания амплитуда перемещений фундамента не превышает допустимой величины.

Задача 3.2. Определить какая часть динамических сил от вибрации частотой 100Гц, создающейся электродвигателем, будет изолирована прокладкой из резины средней жесткости 1. Определяется статическая осадка амортизаторов:

2. Определяется число оборотов электродвигателя:

3. Определяется коэффициент виброизоляции:

Вывод. Прокладкой из резины толщиной 5см примерно 3% динамических сил от вибрации частотой 100Гц будет передано основанию, а 97% изолировано.

Задача 3.3. Рассчитать виброизоляцию электродвигателя весом 1000 Н с числом оборотов n=3000 об/мин.

1. Вес фундамента принимается в 4 раза больше веса электродвигателя. Тогда общий вес будет равен 5000 Н.

2. Определяется основная частота 3. В качестве прокладок выбирается резина средней жесткости (табл.3.4).

Характеристика резины, используемой для виброизоляторов ИРП- СУ- Н 4. Определяется статическая осадка резиновых прокладок:

где h – толщина прокладки (принимаем h = 6 см), 5. Определяется частота колебаний установки на амортизаторах по формуле (3.3):

Таким образом, f = 17 Гц p 50 Гц почти в 3 раза.

6. Определяется коэффициент виброизоляции:

7. Определяется площадь всех прокладок под агрегат:

где – допустимое напряжение для резины средней жесткости, Н/см2, Принимаются 8 резиновых прокладок площадью:

с размерами 4х 5см.

Вывод: Расчет показывает, что увеличение высоты прокладки ведет к повышению статической осадки X и снижению резонансной частоты f.

Задача 3.4. Установить эффективность виброизоляции вентиляционной установки с электрическим приводом, если вес установки P = 1300кгс, частота вращения вала электродвигателя n = 850об/мин., количество виброизоляторов (с одной пружиной) N = 4шт., допустимая амплитуда смещения a = 0,12мм. z 1. Принимаются: соотношение вынужденных и собственных колебаний равное 4, допустимое напряжение на кручение [ ] = 4,2·10 3 кгс/см 2, модуль сдвига = 8·10 5 кгс/см 2 ; индекс 2. Определяется частота вынужденных колебаний:

3. Частота собственных колебаний определяется исходя из принятого условия, что f / f = 4 :

4. Суммарная жесткость виброизоляторов определяется по формуле:

где m – масса фундамента с установкой определяется по формуле:

5. Определяется жесткость одной пружины:

6. Определяется динамическая нагрузка на одну пружину в рабочем режиме изолируемого устройства:

7. Расчетная нагрузка на одну пружину определяется по формуле:

где V – среднеквадратичная виброскорость рабочего места (V = 0,002 м/с); V – среднеквадратичная виброскорость основания виброV площадки (V = 0,09 м/с);

8. Диаметр проволоки цилиндрических винтовых пружин определяется по формуле:

9. Определяется число витков пружины:

10. Определяется полное число витков пружин:

11. Определяется высота пружины:

12. Рассчитывается коэффициент передачи виброизоляции по формуле (3.4):

Вывод. Так как отношение f / f f 1,4, устройство виброизоляции обладает защитными свойствами.

Задача 3.5. Рассчитать пассивную виброизоляцию под вентиляторную установку и ее эффективность, если масса установки P = 260кгс; частота вращения вала электродвигателя n = 850об/мин; расчетная амплитуда вертикальных колебаний установки a = 0,0028мм; виброиz золяторы выполнены из четырех одинарных пружин с размещением между пружинами и несущей конструкцией резиновых прокладок (при расчете их влияние не учитывается); допускаемое напряжение на кручение для пружинной стали [ ] = 4,2 103кгс/см2; модуль сдвига = 8 10 кгс/см ; индекс C = 4; k = 1,4.

1. Принимается отношениеf / f = 3.

2. Определяется частота вынужденных колебаний по формуле (3.20):

3. Исходя из отношения f / f = 3, по формуле (3.21) определяется частота собственных колебаний:

4. Определяется общая жесткость пружин:

5. Определяется статический прогиб:

6. Определяется диаметр проволоки цилиндрических пружин:

где P – расчетная нагрузка на одну пружину определяется по формуле:

так как:

7. Определяется число витков пружины по формуле (3.28):

где d – принимается равным 0,5см.

8. Рассчитывается полное число витков пружины :

9. Определяется высота пружины, сжатая до соприкосновения витков:

10. Коэффициент передачи определяется по формуле (3.4) :

11. Определяется эффективность виброизоляции по формуле:

Вывод. Вибрация установки 18 дБ не превысит техническую норму.

Задача 3.6. Определить, на сколько децибел улучшится виброизоляция на частоте вращения вентилятора f, если жесткость амортизаторов уменьшить вдвое. Вентиляционная установка закреплена с помощью амортизаторов на перекрытии складского помещения. Статический 1. Эффективность виброизоляции определяется по формуле:

2. Рассчитывается разность:

L определяется по формуле (3.34):

Вывод. Таким образом, виброизоляция на основной частоте вращения вентиляционной установки улучшится на 6 дБ.

Задача 3.7. Дизель-генератор массой m = 2000кгс установлен на шести резинометаллических амортизаторах с суммарной жесткостью K = 18·105Н/м; частота вращения вала установки n = 750об/мин. Сравнить параметры вибрации с допустимыми значениями.

1. Определяется круговая частота вынужденных колебаний:

2. Рассчитывается статическая осадка амортизаторов установки:

3. Круговая частота собственных колебаний установки на амортизаторах определяется по формуле:

sin t = 1 :

5. Определяется частота вынужденных колебаний из условия 6. Ближайшая к частоте 12,5 Гц стандартная среднегеометрическая частота f = 16 Гц.

Нижняя граничная частота, Гц, октавы определяется по формуле:

Верхняя граничная частота, Гц, 7. Оценка вибрации, таким образом, будет выполняться для октавной полосы с f = 16 Гц. Для этого находится значение виброч. рс скорости по формуле:

Уровень виброскорости определяется по формуле:

Вывод. Согласно расчетам фактические параметры превышают допустимые на 37 дБ при 16 Гц.

4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

Задание 4.1. Рассчитать пассивную виброизоляцию рабочего места оператора с обеспечением допустимых параметров вибрации по СН 2.2.4/2.1.8.566-96 (см. приложение 2). Рабочее место размещено на виброизолируемой железобетонной плите размерами 1,51,00,1м (рис.4.1). Расчетный вес оператора Q = 800Н. Допустимая для частоты вынужденных колебаний f = 63Гц виброскорость рабочего места составляет V = 0,002м/с. Виброизоляторы – металлические пружипод ны. Варианты исходных данных приведены в табл.4. Кол-во пружин, Виброскорость, Вес плиты.

1. Определяется общий вес виброизолируемого рабочего места оператора:

где Q вес оператора, Н; Q вес железобетонной плиты, Н.

2. Определяется коэффициент передачи для создания на виброизолированной плите удовлетворительных вибрационных условий:

3. Определяется частота свободных вертикальных колебаний виброизолированного рабочего места:

где f частота вынужденных колебаний, Гц.

4. Исходя из условия, что определяется статическая деформация пружинных виброизоляторов по формуле:

5. Определяется суммарная жесткость пружинных виброизоляторов по формуле :

6. Определяется жесткость одного виброизолятора при заданном числе пружин n :

7. Определяется расчетная нагрузка на один пружинный виброизолятор:

8. Выполняется расчет параметров пружинных виброизоляторов в следующей последовательности:

диаметр проволоки для изготовления пружин определяется по формуле:

где N коэффициент, определяемый по графику (рис. 4.2);

C= = 7 – отношение диаметра пружин к диаметру проволоки (реd комендуется принимать в пределах 4...10); [ ] – допускаемое напряжение на срез (для пружинной стали [ ] = 3,0...4,5·108Н/м 3,0...4,5·10 Н/см );

число рабочих витков пружины определяется по формуле:

где – модуль упругости на сдвиг для материала пружины (для стали =8·107);

число нерабочих витков принимается исходя из следующих условий:

высота ненагруженной пружины определяется по формуле:

9. Проверяется выполнение условия обеспечения устойчивости пружин, работающих на сжатие по формуле:

10. Делается вывод.