Меню

Нагруженностъ деталей оборудования

Вибрация зданий и сооружений

В процесс эксплуатации здания и сооружения подвергаются различным воздействиям, одним из видов которых являются вибрации. Вибрациям в той или иной степени подвержены все твердые тела, и их воздействие может быть решающим фактором разрушения строительной конструкции при превышении допустимого уровня и времени воздействия. Наиболее ярким примером разрушения под воздействием вибраций инфранизких частот являются землетрясения.

  • естественные – сезонные движения грунта, сейсмическая активность;
  • искусственные – движение транспорта, работа оборудования при проведении различного рода работ.
  • разрушение каменной и кирпичной кладки;
  • отслаивание бетона от арматуры в железобетонных конструкциях;
  • нарушение стыков соединений несущих конструкции и перекрытий;
  • негативное влияние на здоровье людей.

Для снижения уровня вибрации в конструкциях зданий и сооружений предусматриваются различные архитектуро-конструкционные решения, а промышленное оборудование в обязательном порядке оборудуется виброзащитой, амортизаторами, виброизоляторами. Но в некоторых случаях полностью компенсировать вибрационные воздействия невозможно, например, при нахождении здания или сооружения рядом с железной дорогой, при движении лифтов или кранов и т.д. Предельные уровни вибрации установлены ГОСТ Р 52892-2007.

Необходим постоянный контроль за вибрацией и своевременное обнаружение проявления её негативных последствий. Такие меры позволят своевременно провести ремонтные работы и не допустить возникновения аварийных ситуаций. Особое внимание контролю вибрации здания или сооружения уделяется, если предполагается, что ее воздействие может привести к повреждению и разрушению конструкции, например, железнодорожные или автомобильные мосты. В этом случае воздействие вибрации на конкретный объект исследуется на всех этапах его проектирования и эксплуатации.

Приборы для измерения вибрации

НПП «Интерприбор» разработало линейку современных измерителей вибрации:

  • ВИСТ 2.4 – портативный прибор для измерения вибрации, позволяющий осуществлять оперативный контроль вибрационного оборудования в области низких частот и определять показатели виброколебаний;
  • ВИБРАН-2 – портативный виброанализатор. Оптимален для мониторинга вибрации и вибродиагностики различного производственного оборудования.
  • ВИБРАН-3 – эффективный четырёхканальный прибор для контроля вибрации различных зданий, сооружений и конструкции, выпускается в 4 вариантах исполнения;
  • ИЧСК-2 – в основе прибора лежит метод измерения частоты свободных колебаний. Этот прибор позволяет осуществлять оперативный контроль компонентов оборудования, работающих в условиях высоких вибрационных нагрузок, например, колесные пары железнодорожных вагонов или лопатки турбин.

Приборы для измерения вибрации производства НПП «Интерприбор» — это оптимальное сочетание стоимости, удобства использования и высокой точности измерений при оперативном контроле состояния зданий, сооружений и оборудования.

Популярные товары

Мониторинг и вибродиагностика конструкций, оснований, сооружений, мостов, машин, механизмов, вибрационного оборудования, компрессорных станций. Обнаружение и.

Многоканальная вибродиагностика конструкций, фундаментов, оснований, мостовых сооружений, вибрационного оборудования, компрессорных станций. Обнаружение дефе.

Виброметр ВИСТ-2.4 предназначен для измерения основной частоты (низшая гармоника в спектре), среднеквадратичной виброскорости и амплитуды виброперемещения. Позв.

Вы находитесь на странице, адап­ти­ро­ван­ной для быстрой загрузки

Источник

Нагруженностъ деталей оборудования.

Нагрузки бывают нескольких видов: статические, динамические (переменные и ударные), циклические.

Статические нагрузки могут оказывать влияние на вибрации в оборудовании, главным образом в тех случаях, когда они вызывают изменение геометрической формы деталей, например кинематических пар. Кроме того, под действием статических нагрузок могут изменяться частоты собственных колебаний деталей, вследствие увеличения жесткости, например, под действием центробежных сил на диски и лопатки турбомашин. При действии достаточно высоких статических нагрузок в течение длительного времени явления ползучести материала могут привести к изменению геометрической формы деталей и появлению трещин.

Циклические нагрузки не вызывают вибраций оборудования, но приводят к явлениям усталости металла, что в свою очередь может оказать влияние на вибрацию.

Динамические нагрузки — основная причина колебания деталей агрегатов и их динамической напряженности, приводящей к усталостным поломкам.

Усталость.

Существуют несколько видов усталостных разрушений деталей: типичная усталость по действием переменных напряжений происходит из-за развития трещины, распространяющейся в материале по экспоненциальному закону; контактно-усталостные разрушения (питтинг, шелушение, усталостное выкрашивание контактных пар), начинающиеся с зарождения язвины или отдельного очага усталостного разрушения и, затем, с увеличением числа язвин относительно быстрого разрушения; коррозионно-усталостные разрушения деталей начинаются с очага коррозии (например, подверженных воздействиям агрессивных газов), служащего началом трещин, после заполнения которых продуктами коррозии происходит коррозионное растрескивание и разрушение деталей; термическая усталость на начальной стадии сопровождается слабым изменением геометрической формы тела вследствие образования сетки мелких трещин, затем магистральных трещин, приводящих к разрушению под действием динамических напряжений.

Под действием переменной нагрузки усталостная долговечность имеет обратно-степенную зависимость от ее значения с показателем степени порядка восьми и более в зависимости от материала.

Связь усталости и вибрации.

Вибрация вызывает усталостные разрушения деталей, действуя как переменная нагрузка. При появлении усталостных трещин изменяются собственные частоты колебаний деталей вследствие изменения их жесткости и могут изменяться демпфирование и характер колебаний (например, начинают проявляться эффекты нелинейности), что может вызвать изменение характера вибрации данной детали.

Характер изменений при усталостных процессах таков, что существует инкубационный, обычно длительный, период медленного накопления повреждений с постоянной скоростью, после которого происходит резкое увеличение скорости накопления повреждений. Такому закону очевидно должно следовать и изменение интенсивности вибрации, связанной с явлениями усталости. Однако при этом следует учитывать возможное изменение частот и форм колебаний вибрирующих деталей — возможны резкие изменения интенсивности колебаний деталей, вошедших в резонанс. Для нормально работающих деталей (исправное состояние) в инкубационном периоде развития усталостных дефектов изменение вибрации происходит с постоянной скоростью (при этом возможно случайное медленное флуктуирующее изменение интенсивности). На стадии быстрого разрушения увеличивается частота случайных флуктуации и их размах (дисперсия), т.к. увеличивается скорость случайных изменений.

Закономерности ползучести.

В процессе ползучести выделяют три периода: сначала постепенное уменьшение скорости пластической деформации, затем процесс протекает с минимальной постоянной скоростью, причем с ростом напряжения и температуры скорость пластической деформации растет, и при этом продолжительность данного периода с точки зрения эксплуатации агрегата уменьшается, и, наконец, скорость деформации нарастает, пока не наступит разрушение.

Остаточная деформация.

Нагрузки, вызывающие напряжения, которые превышают предел упругости, могут привести к остаточной деформации и появлению трещин. Остаточные деформации изменяют геометрическую форму и размеры деталей, что влияет на вибрационные процессы, генерируемые взаимодействием деталей (кинематических пар).

Износ.

Возможны несколько видов износа, которые появляются в связи с одним или несколькими следующими процессами: микросрезанием, пластической или упругой деформацией, возникающей вследствие высоких местных напряжений, поверхностной усталостью при повторяющихся упругих деформациях поверхности, местным перегревом, окислением, забиванием микротрещин смазкой, что является причиной возрастания давления, которое приводит к повреждению поверхностного слоя. Эти процессы могут происходить одновременно и приводить к ниже перечисленным видам износа.

Абразивный износ. Возникает вследствие истирания трущихся поверхностей и прямо пропорционален удельному давлению на трущиеся поверхности и пути скольжения. Пример — износ подшипников. Истирание трущихся поверхностей, разделенных смазкой вызывает струйный износ, а контактирующих (например, при задеваниях) фрикционный.

Заедание. Возникает вследствие контакта поверхностей в условиях разрушения масляной пленки. Различают следующие стадии этого процесса: увеличение коэффициента трения из —з а нарушения режима смазки, резкий нагрев, разрушение поверхностного слоя, сопровождающееся свариванием металла двух поверхностей. Наиболее часто встречается в зубчатых муфтах и зацеплениях, а также поршневых агрегатах.

Усталостный износ (питтинг). Возникает вследствие усталости поверхностного слоя и при относительном скольжении поверхностей и вследствие микрошероховатостей. Наиболее часто встречается в зубчатых парах и подшипниках качения.

Коррозионный износ. Возникает вследствие взаимодействия деталей агрегата с агрессивной средой.

Кавитационная эрозия. Возникает вследствие локальных гидравлических ударов жидкости в зоне кавитации.

В процессе износа выделяют три стадии:

приработка, когда изменяется микро- и макроструктура поверхностей и имеет место уменьшение скорости износа;

нормальный износ, когда можно принять линейную связь между значением износа и временем;

прогрессивный износ, когда имеет место возрастание скорости износа.

Основными факторами, влияющими на значение нормального износа, являются удельное давление и относительная скорость движения трущихся деталей.

Износ деталей кинематических пар приводит к увеличению зазоров в парах, что усиливает проявление динамических сил взаимодействия деталей, приобретающего в некоторых случаях ударный характер, и обогащение вибросигнала шумовыми и импульсными составляющими. Износ может также изменить жесткостные характеристики системы, что влияет на частоты и формы колебаний.

Отказы из-за несовершенства изготовления и сборки оборудования.

Причинами отказов могут быть как эксплуатационные факторы, так и несовершенство изготовления и сборки оборудования. Эти причины весьма многообразны.

Причины отказов, закладываемые при проектировании машины, могут быть следующими: неудачный выбор формы деталей, например, с концентраторами напряжений и резким изменением сечений; неудачный выбор материалов и их сочетаний; недооценка нагрузок и действующих сил; неучет их возможных изменений в процессе эксплуатации машины и т. д.

Причинами отказов, закладываемыми при изготовлении машины, могут быть, например, неудачные допуски, использование бракованных деталей и материалов, нарушения технологии изготовления, неполнота контроля.

Нарушение технологии в процессе сборки — частая причина отказов, например, из-за неправильно установленных зазоров, пятна контакта, нарушения посадок, ослабления затяжки и др.

Другая частая причина — изменения конструкции или технологии, влияние которых на надежность машины трудно определяется при разработке и внедрении и проявляется в ходе эксплуатации машины.

В машинах протекают различные, связанные с их функционированием, динамические процессы, происходящие в различных средах: газовых, жидкостных, воздушных и т. д. Большинство этих процессов оказывают динамическое воздействие на элементы конструкции и вызывают их колебания. Некоторые динамические процессы (вибрационное горение, кавитация и др.) вызывают разрушение деталей машин. В диагностическом плане динамические процессы могут быть связаны с колебаниями элементов конструкции и как возбуждающие вибрацию, и как изменяющие ее.

Итак, в процессе эксплуатации структурные параметры оборудования изменяются, упорядоченность системы в целом и ее функциональные качества ухудшаются, деградируют. Для того чтобы измерить степень этой деградации в данный момент и прогнозировать ее на ближайшее время, необходимо знать закономерность изменений структурных параметров под воздействием типичных эксплуатационных факторов. Такими изменениями структурных параметров механизмов являются изменения, приводящие к постепенному или внезапному отказу механизма.

Неисправности элементов конструкции механизма, развитие которых в процессе эксплуатации до критического уровня, т. е. до наступления отказа, не может быть зарегистрировано и проконтролировано средствами диагностирования, условно называются неисправностями, вызывающими внезапный отказ. Как говорилось ранее, такого рода отказы возникают, например, при статическом разрушении от действия мгновенно возникшей нагрузки, превышающей прочность элемента, при усталостном разрушении, возникающем в результате производственных дефектов (трещина, не снятые напряжения). Внезапный характер возникновения таких изменений затрудняет их индивидуальное прогнозирование. Неисправности элементов конструкции механизма, возникновение и развитие которых может быть зарегистрировано на ранней стадии возникновения и проконтролировано до критического уровня, называются неисправностями, вызывающими постепенный отказ. Такого рода отказы являются следствием естественного износа, в результате чего происходит постепенное, монотонное изменение структурных параметров. При этом износ может быть прогрессирующим, ускоряющимся, в случае жесткого сопряжения элементов, либо замедляющимся в случае упругих сопряжений.

Читайте также:  Оборудование для оснащения пунктов временного размещения и автономных палаточных лагерей

А нализируя графики, приведенные на рис. 1 — 01, можно заметить некоторую общность кривых и возможность с достаточной точностью их описания функцией вида:

— наработка.

В настоящее время показатель а экспериментально определен для многих

характерных объектов диагностирования. Например, для. и зменения теплового зазора клапана двигателя а= 1,1; для износа зубьев шестерен а — 1.5 и т. д.

В реальных условиях имеет место одновременное существование всех перечисленных типов деградации узлов механизма. Для того чтобы разработать метод и технологию диагностирования какого —л ибо объекта, необходимо знать закономерности изменения виброакустических характеристик со временем наработки.

Как правило, эти закономерности не совпадают с изображенными на рис. 1 — 01, например, локальный износ контактирующих поверхностей вызывает сначала падение уровня вибрации (этап приработки), затем этот уровень практически остается неизменным на достаточно большом интервале времени (нормальная работа), и только на третьем этапе (интенсивный износ) наработки уровень начинает расти по экспоненте до момента отказа (рис. 1 — 02).

Источник

ВИБРАЦИЯ УПРОЧНЯЕТ — ВИБРАЦИЯ РАЗРУШАЕТ

В предыдущем разделе уже упоминалось о виброуп­рочняющей обработке деталей, когда в камеру вибраци­онных устройств, изображенных, например, на рис. 10.2, вместо абразива загружают полированные стальные или чугунные шарики — чаще всего диаметром от 3 до 5 мм; надлежащим образом выбирается и режим колебаний ка­меры. Камера непрерывно или периодически промывает­ся специальной жидкостью; ее содержание при периоди­ческой промывке не должно превышать 5% объема каме­ры. Поверхностное упрочнение снижает влияние конст­руктивных п других копцентраторов напряжений, вредно отражающихся па выносливости детали. В частпости, опо «залечивает» острые надрезы и царапины и создает бла­гоприятный микрорельеф обрабатываемой поверхности. В результате долговечность деталей увеличивается в не­сколько раз по сравнению с механически обработанными поверхностями.

Вместе с тем большое число аварий и катастроф связа­но с разрушительным действием вибрации. Как отмечает­ся в книге [222, с. 8], «. статистика утверждает, что 80% аварий в машине происходит в результате недопустимых колебаний».

При циклических напряжениях, возникающих вслед­ствие вибрации, значительно снижается прочность дета­лей машин — имеет место явление усталости, о котором уже говорилось в п. 6.7. Действие этого фактора усугуб­ляется тем, что вибрацпопные воздействия в реальпых ус­ловиях далеко не всегда могут быть точно предсказаны, в частпости при паличии резонансных явлений и ударных нагрузок. Кроме того, явления усталости усугубляются при наличии концентраторов напряжений, коррозии, нару­шений технологии изготовления машин и некоторых дру­гих факторов (см., например, [217]). В результате нор­мирование расчетных напряжений в ответственных дета­лях, работающих при циклических нагрузках, приходится осуществлять по данным опытной эксплуатации или дли­тельных испытаний.

Однако разрушение не всегда вредно. Напротив, про­блема эффективного разрушения — дробления и измель­чения — природных и технических твердых материалов является одной из важнейших в современной технике и технологии: в промышленно развитых странах на эти це­ли тратится около 5—7% всей добываемой энергии. Осо­бенно много энергии расходуется на подготовку руд к обо­гащению. В рудах металлов иногда содержатся доли про­цента полезного компонента и притом в виде достаточно мелких включений. Чтобы обогатить руду — получить так называемый копцептрат,— ее вначале надо раздробить и достаточно сильно измельчить — обычно до размера по­рядка 0,1 мм и ниже. Для этого затрачивается энергия порядка 10—20 кВт • ч на тонну руды — в зависимости от степени ее измельчаемости. Современный период ха­рактеризуется переходом к использованию бедных и тон — ковкрапленных руд. Поэтому дробить и измельчать при­ходится все больше руды и все сильнее, затрачивая все больше энергии на производство тонны металла. Не ме­нее остро стоят проблемы эффективного разрушения в других областях техники — в промышленности строи­тельных материалов, при производстве абразивов, в по­рошковой технологии, в агропромышленном комплексе, при переработке отходов производства и бытовых отходов. Большие трудности возникают при необходимости разру­шения особо прочных материалов.

Между тем в совершенствовании способов и средств для разрушения твердых материалов наблюдается дли­тельный застой; традиционные подходы уже практически исчерпали свои возможности, а новые идеи еще далеки от широкого промышленного использования. В этих ус­ловиях особое значение приобретает уточнение физиче­ского механизма разрушения и формулирование на его основе рациональных принципов организации процесса. В сущности, речь идет о проблеме, обратной проблеме теории прочпости: как следует разрушать материал с наи­меньшими усилиями и затратами энергии. При подготовке руд к обогащению для указанной цели (да и само по се —

6eJ важно, чтобы многокомпонентны!! материал разру­шался преимущественно по поверхностям раздела фаз. В таком виде задача была поставлена в последние годы В. И. Ревнивцевым, сформулировавшим также некоторые основные принципы рациональной организации процесса разрушения.

Как показал анализ, наиболее полно эти принципы мо­гут быть реализованы в машинах и устройствах вибра­ционного типа, в частпости в так называемых конусных инерционных дробилках [32, 35, 42; 61, т. 4; 98, 188]. Эти дробилки отличаются от обычных конусных дробилок для руды и строительных материалов тем, что конус в них приводится в движение не посредством эксцентрпка, а с помощью дебалансного вибровозбудптеля. Наиболее дале­ко по пути реализации такого принципа удалось продви­нуться в СССР в институте Мехаиобр (Ленинград). Схе­ма соответствующей дробилки представлена на рис. 11.1, а. Дробящий конус машины 1 заключает в себе дебалансный вибровозбудитель 3. Вращающий момент передается на вал возбудителя от электродвигателя 5, установленного на опорной раме 6, через карданный вал 4. Корпус дробил­ки 2 подвешен к раме на мягких пружинно-тросовых под­весках 7, §, благодаря чему машина является практиче­ски полностью уравновешенной; имеются конструкции, в которых та же цель достигается посредством опирапия корпуса па резинопневматические или резинометалличе­ские виброизоляторы 9 (рис. 11.1, б и 11.2, а).

Дробление руды осуществляется в кольцевой полости между рабочей частью наружной поверхности конуса и со­ответствующей частью впутренпей поверхности корпуса (в камере дробления); эти поверхности снабжены смен­ными футеровками.

В нормальном установившемся режиме работы дробил­ки ось конуса вращается вокруг оси корпуса с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения вала деба­ланса; при этом конус контактирует с корпусом через слой руды, находящийся в камере дробления. Направление от­клонения оси конуса от оси корпуса совпадает (с точ­ностью до некоторого обычно острого угла) с направле­нием вектора — эксцентриситета дебаланса. Поэтому сум­марное дробящее усилие развивается не только за счет центробежной силы инерции вращающегося дебаланса, но и за счет цептробежной силы, возникающей при пре­цессионном движении конуса. Это обстоятельство предоп­ределяет важпую технологическую особенность дробилки,

ВИБРАЦИЯ УПРОЧНЯЕТ - ВИБРАЦИЯ РАЗРУШАЕТ

ВИБРАЦИЯ УПРОЧНЯЕТ - ВИБРАЦИЯ РАЗРУШАЕТ

Рис. 11.1. Схемы конусных инерционных дробилок института Механобр 132; 61, т. 4]: о) вариант с верхним расположением привода н виброизо­ляцией посредством использования пружинно-тросовых подвесок; б) ва­риант с нижним расположением привода и установкой на резннопневма — тические пли резинометаллические виброизоляторы

состоящую в том, что при увеличении щели S (см. рис. 11.1, я), т. е. наибольшего расстояния между футеров — ками конуса и корпуса в их нижней части при макси­мальном отклонении конуса, крупность готового продук­та уменьшается; пропускная же способность дробилки

ВИБРАЦИЯ УПРОЧНЯЕТ - ВИБРАЦИЯ РАЗРУШАЕТ

Рис. 11.2. Конусные инерционные дробилки института Мехянобр (фото) [42; 61, т, 4; 102]: а) дробилка по схеме рис. 11.1, и; б) дробилка с вер­тикальными колебаниями дробящих тел, приводимая от дпух самосинхро — низпрующихся впбровозбудителей

при этом, естественно, увеличивается. В конструкциях дробилок предусматривается возможность регулирования щели S от нуля до некоторого максимального значения.

Использование в описанной машипе динамического принципа обеспечения движения копуса (посредством де — балансного вибровозбудителя) вместо кинематического (посредством эксцентрика) позволило перейти от прин­ципа дробления с заданпой деформацией материала к принципу дробления с задаппым усилием. Кроме того, ди­намический принцип сделал возможным переход в новой дробилке к значительно более высокой частоте качаний конуса и к гораздо большим усилиям дробления, что осо­бенно важно при разрушении особо прочных материалов. В итоге в рассматриваемой дробилке и удалось наиболее полно реализовать упомянутые принципы рационального разрушения материала и получить ряд значительных технологических преимуществ, в частности обеспечить степень дробления материала, в несколько раз превыша­ющую достижимую в обычных дробилках.

Помимо описанной, в институте Мехапобр создан ряд других впбрационпых (или, как часто в последпее время их называют, виброиперционных) дробилок. Схемы двух типов таких дробилок представлены на рпс. 11.3. Первая из них отличается от рассмот­ренной выше наличием двух самоспнхропизирующихся дебаланс — ных вибровозбудителей, которые, к тому же, размещены в кор­пусе машипы [32, 35]. Вторая представляет собой щоковую удар — по-впбрациоппую дробилку, также приводимую от двух самосин — хронизирующихся дебалап’пых возбудителей [215].

Фото конусной инерционной дробилки с вертикальными коле­баниями дробящих тел представлено на рис. 11.2, б; эта дробилка [102] предназначена для получения порошков заданпого фракци­онного состава. И в этой машипе использованы самосинхропизи — рующиеся вибровозбудители.

Исследование динамики копуспой инерционной дробилкп сво­дится к изучепию достаточно сложной нелинейной системы с де­сятью степенями свободы [194]. Работу дробилки в описанном выше нормальном устаповившемся режиме можпо рассматрива гь с позиций теорип самосинхронизации вибровозбудитолей (см. раз­дел 12), считая конус дробилки несущим телом, а корпус —коль­цевым вибровозбудителем, лишенным двигателя (рис. 12.2, в). При таком подходе условия существования и устойчивости нор­мального режима работы дробилки получаются как соответству­ющие условия синхроппого движения двух вибровозбудителей — обычпого дебалапспого в кольцевого [35, 42].

Одпой из важных особенностей динамики дробплки является наличие критической щели — такого предельного значения S = St, при котором еще обеспечиваются существование и устойчивость нормального режима работы машины; при больших «значениях S указанный режим нарушается. Величина определяется по формуле [195]

где те — статический момепт дебалапса, 7 — момент пнорции ко­нуса относительно горизонтальной оси, проходящей через центр сферического шарнира О (точку подвеса конуса к корпусу), I — расстояние от точки О до плоскости вращения центра масс деба­ланса С, d — расстояние от точки О до точки коптакта футеровок К, к — коэффициент, лежащий в пределах от 2,5 до 5,0. Заметим, что условие S aj S* пмеот простой физический смысл — о по пред­ставляет собой тррбовапие возможности передачи от дебалапса мощности, необходимой для поддержапия обкатки конуса по кор­пусу, т. е. для обеспечения эффекта вибрационного поддержания вращепия (см. разделы 12 и 13).

ВИБРАЦИЯ УПРОЧНЯЕТ - ВИБРАЦИЯ РАЗРУШАЕТ

ВИБРАЦИЯ УПРОЧНЯЕТ - ВИБРАЦИЯ РАЗРУШАЕТ

Рис. 11.3. Схемы инерционных дробилок института Механобр с самосин — хронизирукицимнен пибро возбудителя ми (35, MI2, 215|: а) ьонусная дро­билка с двумя самосннхронизиругощимнеп нибропозбудителями, разме­щенными в корпусе (позиции l—S — те же, что и на рис. 11.1); б) виб­рационная шоковая дробилка (1 — дробящие щеки, 2 — дебалансные виб­ровозбудители, з — рама, 4 — торсионные упругие элементы, S — пружин­ные упругие элементы, 6 — виброизолпрующие опоры)

Дробящая сила, развиваемая в установившемся режиме, мо­жет быть подсчитана по формуле

Читайте также:  ВСН 394 78 Инструкция по монтажу компрессоров и насосов

где d — расстояппе от цептра сферического шарнира О до точки

приложения силы R, ср — упомянутый выше острый угол, со — час­

тота вращения пала дебаланса, fci и к2— коэффициенты снижения дробящего усилия вследствие копечпости массы корпуса (обычпо масса корпуса и ее распределение выбираются из условия, чтобы к і и кг лежали в пределах от 0,7 до 0,8), О — угол отклонения оси конуса от оси корпуса (угол нутации); наибольшее возможное апачепие ft = Omas = S/(2d) (см. рис. 11.1) достигается при от­сутствии руды в дробилке. Угол ф связан с мощностью, расходуе­мой па дробление, соотношением

Величины R и N выбираются при проектировании дробилки с уче­том свойств дробимого материала, а также исходной и конечной крупности кусков.

Особого подхода в рассматриваемых дробилках требует про­филирование камеры дробления; на соответствующей теории, су­щественно опирающейся на теорию вибрационного перемещения (см. раздел 4), здесь останавливаться не будем. Отметим лишь, что разработка теории и способов профилирования инерционных дробилок прпвели к пониманию того обстоятельства, что и обыч­ные копуспые дробилки являются, в сущности, машинами вибра — циоппого типа: при профилировании тех и других приходится рассматривать сложный процесс движения и разрушепия куско­вого материала в пространстве между двумя вибрирующими по­верхностями.

Более подробпое рассмотрение конструкции, технологических особенностей, теории и методов расчета конусных инерционных дробилок и других вибропнерциопных аппаратов можно найти в книгах и статьях [35, 42; 61, т. 4; 98, 100, 156, 188, 194, 195]. Сов — ррмоппым методам профилирования конусных дробилок, основан­ных на использовании теории вибрациопного перемещения и ЭВМ, ьосвящепы работы [14, 41, 115].

Из числа вибрационных машин для разрушения твер­дых материалов заслуживают упоминания вибрационные мельницы. По принципиальной схеме и конструкции они во многом аналогичны машинам для вибрационной обра­ботки деталей, рассмотренным в разделе 10 (см. рис. 10.1 и 10.2). Аналогичным является и характер движения ма­териала и измельчающих тел; в качестве таковых исполь­зуются шары, цилиндры, стержни, трубы; встречаются мельницы, работающие по принципу самоизмельчения ма­териала. Вибрационные мельницы используются в основ­ном для тонкого измельчения твердых материалов, причем нзмельчопие часто удачно сочетается с другими техноло­гическими операциями — смешиванием, химическими ре­акциями и т. п. Они находят применение и для механи­ческой деструкции растительного сырья. Большинство промышленных установок, в отличие от машин для обра­ботки деталей, работает в непрерывном режиме.

Несмотря па известные трудпости создания надежпых вибрационных мелышц крупного размера с высокой про —

іиподительностью, ряд специалистов считает, что они в перспективе смогут конкурировать при организации про­цессов массового измельчения с эксплуатируемыми уже в точение многих десятилетий обычными шаровыми и стержневыми барабанными мельницами.

С теорией и расчетом, а также с технологическими особенностями вибрационных мельниц можно ознакомить­ся по книгам [61, т. 4; 139].

Заслуживает упоминания идея использования вибра­ции для разрушения ледяного покрова, т. е. для создания вибрационных ледоколов [61, т. 4].

Источник



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 ω 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.

Читайте также:  ГОСТ 5985 79 Нефтепродукты Метод определения кислотности и кислотного числа

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.

Источник

Оценка влияния вибрации от оборудования

Избежать воздействия вибрации на производстве невозможно, в большинстве случаев для её ликвидации или минимизации необходима установка оборудования на отдельный фундамент, помочь могу виброгасители. Некоторые организации не могут себе позволить этого сделать, импортные виброгасители стоят внушительных денежных сумм, а создание отдельного фундамента может быть невыполнимо из-за особенностей конструкции здания. Квалифицированная оценка влияния вибрации от оборудования поможет верно понять, насколько сильно негативное воздействие во время производственного процесса.

Допустимые значения амплитуды вибрации в точке расчета

Под вибрацией понимается любое механическое колебание тела, чаще всего речь идёт о простых прямолинейных колебаниях, расчёт производится по элементарным физическим формулам. Важными понятиями являются период и частота колебаний, которые в конечном счёте влияют на амплитуду колебаний. Именно по значениям амплитуды определяется возможность функционирования оборудования в текущих условиях. Чем больше отклонение от точки равновесия способно возникнуть во время работы, тем большую опасность оно может представлять.
По допуску разновидности вибрации подразделяются на две категории — технические и гигиенические. К гигиеническим относятся воздействия, направленные на место работы, влияющие на здоровье человека. Методы оценки и степени допуска регламентируются нормативными актами, основным является ГОСТ, принятый ССБТ — Системой стандартов безопасности труда. Технические требования к вибрации дополняют данные требования соответствием уровня вибрации достижимым на текущий момент значениям для конкретного использующегося оборудования, то есть в расчёт берутся современные технические возможности.
Для разного типа оборудования применяется различная шкала допустимых значений амплитуды. Для ручных машин значение вибрации может колебаться в пределах значений от 11 до 2800 Гц. Играет роль не только амплитуда колебания, но средние величины скорости вибрации относительно порогового значения. Масса удерживаемых при вибрации элементов не должна превышать 10 кг, максимальное значение усилия нажима равняется 20 кг. При амплитуде колебаний выше 0,015 мм у человека начинается нервное возбуждение, более высокие значения амплитуды вибрации приводят к возникновению виброболезни .
При оценке вибрации учитывается источник появления, стандартная классификация позволяет выделить три разновидности по типу источника:

  • транспортная — возникает при движении различных видов транспортных средств по окружающим дорогам;
  • технологическая — появляется при функционировании установленных на предприятии станков и механизмов, может приходить на рабочие места, где отсутствуют свои источники вибрации;
  • транспортно-технологическая — возникает при движении машин, выполняющих определённые производственные процессы, при перемещении оборудования и разных видов агрегатов по обустроенным путям на производстве.

Большое внимание уделяется нормированию воздействия вибрации на места, где люди занимаются умственным трудом. Когда амплитуда превышает значение 0,015 мм, то коэффициент полезного действия сотрудников, выполняющих такую работу, резко снижается. К подобным помещениям можно отнести бухгалтерию, диспетчерскую, дирекцию, рабочие места с офисными сотрудниками. Расчёт воздействия вибрации производится для стандартного восьмичасового рабочего дня. Максимальная длительность воздействия вибрации без перерывов не должна превышать 15% смены.

Паспорт на установленное оборудование

Создаваемую конкретным видом оборудования вибрацию можно узнать из прилегающей технической документации. Паспорт оборудования имеет в своём составе все необходимые технические данные, позволяющие убедиться в качестве и безопасности машины. В соответствии с данными документации составляется план мероприятий, направленных на снижение уровня воздействия вибрации. Важно провести полный комплекс работ, позволяющих убедиться в соответствии реальной амплитуды вибрации заявленным в документах значениям.
Выпуск оборудования может носить серийный и единичный характер, для выпущенных в единственном виде машин проверка уровня вибрации и прочих технических характеристик выполняется полностью. Данное требование регламентируется государственными стандартами ГОСТ, это учитывается при проведении проверок контролирующими органами, так как необходимо обладать исчерпывающими данными о выпускаемом устройстве. Вопрос насчёт возможности снижения уровня вибрации с этим видом машин решается в индивидуальном порядке.
Машины серийного и массового производства могут проходить контроль двух видов, в паспорта устройств вносятся конкретные значения, соответствующие характеристикам образца. Контроль может быть сплошным (проверяется каждый экземпляр выпускаемой техники) и выборочным (выполняется проверка представительной выборки машин). Получаемые значение должны соответствовать требованиям, предъявляемым действующими нормативными документами. Оборудованию присваивается определённая категория в соответствии с полученными значениями.
По указанной в паспорте категории определяется, можно ли назвать машину с точки зрения соответствия стандартам вибробезопасной . Роль нормы вибрации для машин, претендующих на звание безопасных с точки зрения выпускаемое вибрации, играет допустимая вибрационная характеристика. Если машина не может быть признана вибробезопасной , то определяющей нормой для неё становится возможное с точки зрения технических условий значение. На последнее влияет сравнение с аналогичными изделиями и вынесение экспертных оценок профессионалов, проводящих полный комплекс обследования.

Расстояние от оборудования до точки расчета

Значение создаваемой оборудованием вибрации важно, но гораздо большее значение имеет воздействие амплитуды вибрации на различные субъекты. В качестве точки расчёта берётся место работы оператора и различные конструкции, терпящие разрушительное влияние вследствие воздействия вибрации. При установке оборудования задачей специалистов является максимально погасить уровень вибрации, чтобы по достижении точки расчёта она принимала минимальные значения. Во время расчётов точность расстояния учитывается до одного сантиметра.
Необходимо учесть, какие претерпевает изменения амплитуда вибрации при прохождении данного расстояния. Если специальные устройства для гашения вибрации отсутствуют, определённые типы конструкций могут перенять часть подобных функций. Практическая оценка уровня вибрации может отличаться от теоретических расчётов, поэтому рекомендуется проводить подобную проверку в производственных условиях. Это важно, так как требуется выполнять требования нормативных документов по соответствию амплитуды вибрации принятым значениям. Если присутствуют технические возможности для понижения уровня вибрации, ими необходимо воспользоваться.
Для достижения оптимальных значений лучшими решениями являются использование отдельного фундамента для установки оборудования и применение виброгасителей. Вторые представлены на рынке зарубежными моделями, их высокая стоимость по карману далеко не каждой организации. Не всегда имеется возможность использования отечественных аналогов, такой выбор редко приводит к желанной экономии. Произведение точных расчётов способно помочь принять оптимальное решение относительно затрачиваемых средств и получаемой эффективности.
В разных местах на предприятии допустимые значения вибрации могут существенно различаться, поэтому для выполнения расчётов выбирается несколько точек. Наиболее распространёнными точками являются административные помещения, ближайшие несущие конструкции, рабочие места, находящиеся неподалёку жилые дома. Чем больше выбирается точек для проведения расчётов, тем выше точность получаемых данных. Итогом выполнения работ станет решение о необходимости использования тех или иных способов снижения текущей амплитуды вибрации.

Основание для установки оборудования

Когда все расчёты выполнены, приходит время принимать решение о способе установке оборудования с учетом принимаемых мер по способам погашения вибрации и других негативных факторов. От выбранных методов будет зависеть категория оборудования по степени воздействия вибрации на человека. Присвоенная категория окажет влияние на регламентирование рабочего дня, необходимо ограничить время беспрерывного воздействия вибрации, создать паузы для отдыха. Изменить категорию может защита от воздействия вибрации, примером может стать применение специальных рукояток с виброзащитой .
Сила погашения вибрации зависит от того, на что устанавливаются агрегаты. Максимальный эффект даёт построенный в грунте фундамент, он гарантирует высокую степень надёжности, однако редко имеется возможность для его создания. Процесс строительства фундамента отличается высокой трудоёмкостью, к тому же стоит достаточно крупную сумму денег, так что большинство предприятий не способно позволить себе использование данной схемы. Главным плюсом является отсутствие воздействия вибрации от агрегата на несущие конструкции, что делает его использование безопасным.
Не меньшей эффективностью обладает возведение специальных перекрытий, которые берут на себя нагрузки от создаваемой оборудованием вибрации, не позволяя ей распространяться дальше. По сравнению со строительством фундамента виброгасящее перекрытие выполняется несколько проще, но его высокая цена также является большим недостатком. Из плюсов стоит выделить возможность быстрого демонтажа при реконструкции предприятия, это обеспечивает быстрое перемещение агрегата на новое место работы. От перекрытия зависит безопасность людей, при выборе стоит ориентироваться на качество изделий, важна экспертная оценка выбранного основания.
Большое значение при выборе перекрытия или другого вида основания для установки оборудования имеет материал, из которого изготовлено изделие. В качестве материала популярностью пользуется железобетон, частота использования материала обуславливается надёжностью и большой долговечностью. Длительный срок эксплуатации имеет большое значение, некоторые виды оборудования используются на протяжении десятилетий. Без надёжного основания длительный срок службы становится недосягаемым.
Основания могут быть схожи внешне, однако внутреннее устройство различных моделей различается коренным образом, причиной служит различие применяемых методик. Для погашения вибрации перекрытия обладают специальными пустотами, способными иметь разные формы. От формы внутреннего устройства зависит эффективность его использования, это влияет на коэффициент снижения амплитуды вибрации. Перекрытия могут быть цельными или составными, обе разновидности имеют собственный набор преимуществ. Цельные основания обладают большей эффективностью, составные проще монтируются и демонтируются, обеспечивают высокую степень мобильности оборудования.
Возможность использования разных видов материалов зависит от оценки уровня вибрации. Правильность проведения экспертных работ позволяет верно выбрать оборудование, способ его установки, тип конструкции для установки. Выполнение оценочных мероприятий должно выполняться специалистами высокого уровня, ошибки при проведении данных работ чреваты наступлением опасных последствий. Качественный производственный процесс нельзя представить, когда совершены ошибки при установке оборудования. Снижение уровня вибрации благоприятно влияет на производственный процесс, повышая качество выполнения работ.

Источник