В статье приведены направления и пути защиты от вибрации технологических машин швейного производства
Ключевые слова: виброзащита,вибродемпфирование, виброгашение, виброизоляция
The directions and ways of protection against vibration of technological machines of sewing production are given in article.
Keywords:vibroprotection, vibrodamping, vibroclearing, vibration insulation
Для предотвращения вредного влияния вибрации на организм человека предусматривается комплекс технических и организационных мероприятий. Технические пути и средства борьбы с вибрацией разнообразны. Ослабление вибрации в источнике ее возникновения достигается совершенствованием конструкции оборудования, кинематических схем, заменой динамических процессов статическими, заменой ударного действия машин и механизмов вращательным, тщательной балансировкой вращающихся деталей и др.
К техническим мероприятиям относят устранение вибраций в источнике и на пути их распространения. Для уменьшения вибрации в источнике на стадии проектирования и изготовления машин предусматривают благоприятные вибрационные условия труда. Замена ударных процессов на безударные, применение деталей из пластмасс, ременных передач вместо цепных, выбор оптимальных рабочих режимов, балансировка, повышение точности и качества обработки приводят к снижению вибраций [1].
При эксплуатации техники уменьшения вибраций можно достигнуть путем своевременной подтяжки креплений, устранения люфтов, зазоров, качественной смазки трущихся поверхностей и регулировкой рабочих органов.
Для уменьшения вибраций на пути распространения применяют вибродемпфирование, виброгашение, виброизоляцию.
Вибродемпфирование это уменьшение амплитуды колебаний деталей машин (кожухов, сидений, площадок для ног) вследствие нанесения на них слоя упруговязких материалов (резины, пластиков и т. п.). Толщина демпфирующего слоя обычно в 2...3 раза превышает толщину элемента конструкции, на которую он наносится. Вибродемпфирование можно осуществлять, используя двухслойные материалы: сталь—алюминий, сталь—медь и др.
Виброгашение достигается при увеличении массы вибрирующего агрегата за счет установки его на жесткие массивные фундаменты или на плиты, а также при увеличении жесткости конструкции путем введения в нее дополнительных ребер жесткости.
Одним из способов подавления вибраций является установка динамических виброгасителей которые крепятся на вибрирующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата.
Недостаток динамического виброгасителя — его способность подавлять колебания только определенной частоты (соответствующей его собственной).
Виброизоляция — это уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от источника колебаний. Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины — источника колебаний — к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может также использоваться для ослабления передачи вибраций от основания на человека, либо на защищаемый агрегат. Виброизоляция достигается путем установки агрегатов на специальные упругие устройства (опоры), обладающие малой жесткостью. Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи, который имеет физический смысл отношения силы, действующей на основание при наличии упругой связи, к силе, действующей при жесткой связи. Чем это отношение меньше, тем лучше виброизоляция. Хорошая виброизоляция достигается при КП= 1/8–1/15.
С ростом рабочих скоростей увеличивается уровень шума и вибрации отдельных механизмов и машины в целом, возникают сопровождающие эффекты, влияющие на качество выполняемой технологической операции. Устранение этих явлений требует углубленного изучения динамики швейных машин, что позволило бы оценить эффективность различных способов снижения вибрации и шума еще на стадии проектирования. Важным вопросом является также исследование возможных вариантов конструктивного исполнения механизмов с позиций улучшения качества выполнения технологических операций на высокоскоростных швейных машинах.
Несмотря на широкое разнообразие швейных машин, существует настоятельная потребность в разработке новых, более совершенных, модернизации имеющегося парка машин. При создании новых и модернизации существующих швейных машин большое значение играет решение задач кинематического и динамического анализа их узлов. Решение данных задач приводит к существенному снижению времени, которое необходимо для проектирования, изготовления, доводки и внедрения машин в эксплуатацию.
Основные источники шума и вибраций в швейном производстве это динамические нагрузки в зубчатых передачах, возникающие вследствие определенных погрешностей их изготовления; переменность нагрузки, воспринимаемой шариками или роликами в подшипниках качения; динамические удары шариков или роликов о неровности поверхности беговых дорожек наружного и внутреннего колец подшипников и т. п.
Следовательно, основными путями снижения вибраций и шума швейных машин являются применение высококачественных подшипников, малошумных зубчатых передач и электродвигателей, соблюдение технологической дисциплины при изготовлении и сборке узлов, применение рациональных конструкций и приспособлений, жесткость их крепления и т. д.
Основные направления защиты от вибрации:
1. Борьба с вибрацией в источнике её возникновения предполагает конструирование и проектирование таких машин и технологических процессов, в которых исключены или снижены неуравновешенные силы, отсутствует ударное взаимодействие деталей, вместо подшипников качения используются подшипники скольжения. Применение специальных видов зацепления и чистоты поверхности шестерён позволяют снизить уровень вибрации на 3–4 дБ. Устранение дисбаланса вращающихся масс достигается балансировкой.
2. Отстройка от режима резонанса достигается либо изменением характеристик системы (массы и жёсткости), либо изменением угловой скорости. Жёсткостные характеристики системы изменяются введением в конструкцию рёбер жёсткости или изменением её упругих характеристик.
3. Вибродемпфирование — это снижение вибрации объекта путём превращения её энергии в другие виды (в конечном счёте — в тепловую). Увеличение потерь энергии возможно достичь разными приёмами: использованием материалов с большим внутренним трением; использование пластмасс, дерева, резины; нанесение слоя упруго-вязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение (рубероид, фольга, мастики, пластические материалы и др.). Толщина покрытий берётся равной 2–3 толщинам демпфируемого элемента конструкции. Хорошо демпфируют колебания смазочные масла.
4. Виброгашение — это способ снижения вибрации путём введения в систему дополнительных реактивных импедансов (сопротивлений). Чаще всего для этого вибрирующие агрегаты устанавливают на массивные фундаменты.
5. Виброизоляция — это способ уменьшения вибрации защищённого объекта путём введения в систему упругой связи, препятствующей передаче вибрации от источника колебаний к основанию или смежным элементам конструкций.
Виброизолирующие элементы могут быть представлены:
а) в виде отдельных опор: пружинные виброизоляторы, основным рабочим элементом которых являются одна или несколько стальных винтовых пружин; упругие прокладки, нередко имеющие сложную форму;
б) в виде слоя упругого материала, укладываемого между машиной и фундаментом;
Для виброизоляции источников возбуждения колебаний применяют:
а) пружинные, пружинно-резиновые и резинометаллические виброизоляторы (рис.1);
б) упругие резиновые прокладки;
в) комбинированные виброизоляторы (установка виброизоляторов на прокладки из упругих материалов типа резины).
Для эффективной виброизоляции фундамент, на котором производится монтаж оборудования на виброизоляторах должен обладать большой массой. При изоляции с помощью пружинных амортизаторов и упругих прокладок происходит в большей степени отражение колебательной энергии и в меньшей степени поглощение энергии в самих изолирующих элементах [2].
Вибрационная защита с помощью массивных элементов оказывается малоэффективной для низких частот. В таких случаях применяют активные (управляющие) системы виброизоляции. В них внешние силы, вызывающие вибрацию защищаемого объекта компенсируются дополнительным источником энергии. Активные системы виброизоляции используются для защиты прецизионных станков, стартовых платформ, пилотов от перегрузок и повышения комфортности транспортных средств. Активная система содержит чувствительные элементы (датчики), устройства для создания управляющего воздействия. В зависимости от предъявляемых требований усилительные и исполнительные устройства могут быть гидравлические, пневматические, электромеханические, электромагнитные. На рис. 1 приведена схема активной виброзащиты, где введена активная обратная связь, формирующая управляющее воздействие V(t).
Рис.1. а) пружинные, пружинно-резиновые и резинометаллические виброизоляторы
Цель виброзащиты — уменьшение колебаний объекта с массой М при кинематическом возмущении ξ(t). Управляющее воздействие V(t) приложено к промежуточной массе m. Управление может быть осуществлено:
Рис.2. Схема активной виброзащиты
1. По отношению масс М и m. Тогда управляющее воздействие осуществляется перемещением массы М по направлению ZB:
В V = −k ⋅W(P)⋅ Z, (1)
где k — коэффициент усиления; W(P) — передаточная функция цепи, включающей датчик и исполнительное устройство или управляющее воздействие
А V = −k ⋅W(P)⋅ Z для массы m.
2. По возмущению ξ(t), где управляющее воздействие:
V = −(μ ⋅ P + q) ⋅ ξ(t) или V =W(P)⋅ ξ(t). (2)
Литература:
1. Ивович В. А., Онищенко В. Я. Защита от вибраций в машиностроении.– М.: Машиностроение, 1990.
2. Заборов В. И., Коляско Л. Н., Росин Г. С. Защита от шума и вибрации в металлургии. — М.: Металлургия, 1976.
