Допустимые значения параметров вибрации на рабочих местах

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	2	4	8	16	31,5	63
Допустимые значения виброскорости, м/с	0,013	0,0045	0,0022	0,002	0,002	0,002
Допустимые значения логарифмических уровней виброскорости, дБ	108	99	93	92	92	92
Допустимые значения виброускорения, м/с2	0,14	0,1	0,11	0,2	0,4	0,8

Для перевода абсолютных значений параметров вибрации в логарифмические уровни и обратно используются следующие соотношения:

(4.7)

(4.8)

где A, v, a – среднеквадратические значения соответственно вибросмещения, м, виброскорости, м/с и виброускорения, м/c².

На основе приведенных соотношений можно решать следующие типы практически важных задач по определению:

1) параметров вибрации на заданном расстоянии от источника;

2) минимально допустимого расстояния от источника вибрации;

3) требуемого ослабления вибрации на пути распространения или в источнике при заданных параметрах источника вибрации и расстоянии от источника до здания.

Задача Рассчитать виброскорость и виброускорение на расстоянии 40 м от пресса типа КА2028 с усилием 6,18× 10⁵ Н (63 тс) и числом оборотов кривошипа n=90 об/мин. Масса пресса m_п= 6,9× 10³ кг, масса фундамента m_ф= 8,6×10³ кг, площадь фундамента S=4 м², допустимое давление на основание фундамента 98000 Па.

Решение

1. Определяем частоту вибровозбуждающей силы:

f=n/60=90/60=1,5 Гц.

2. По данным табл. 4.1 определяем коэффициент упругого равномерного сжатия грунта:

G_z=1,96× 10⁷ Н/м.

3. По формуле (4.4) определяем жесткость системы "машина-фундамент-грунт":

K_z=G_z× S=1,96× 10^7× 4=7,84× 10⁷ Н/м.

4. По формуле (4.2) определяем амплитуду вибросмещения фундамента пресса:

м.

5. Определяем приведенный радиус фундамента пресса и параметр d:

6. По формуле (4.1) определяем амплитуду вибросмещения на расстоянии 40 м:

7,7× 10^-4м.

7. По формулам (4.6) определяем амплитуду виброскорости и виброускорения, а также их среднеквадратические значения и логарифмические уровни на расстоянии 40 м от пресса:

v_mr=2× p × f× A_mr=2× p × 1,5× 7,7× 10^-4=7,25× 10^-3 м/с;

v=v_mr / 5,14× 10^-3 м/с;

a_mr=2× p × f× v_mr=2× p × 1,5× 7,25× 10^-3=6,83× 10^-2 м/с²;

a=6,83× 10^-2/ 4,84× 10^-2 м/с²;

L_V=20lgv / 5× 10^-8 = 20lg5,14× 10^-3/5× 10^-8=100 дБ;

L_a=20lg a/10^-6=20lg 4,84× 10^-2/10^-6=94 дБ.

Задача Определить минимально допустимое расстояние до жилой застройки от пресса типа КА2028 с усилием 6,18× 10⁵ Н (63 тс) и числом оборотов кривошипа n=90 об/мин. Масса пресса m_п= 6,9×10³ кг, масса фундамента m_ф=8,6× 10³ кг, площадь фундамента S=4 м², допустимое давление на основание фундамента 98000 Па. Пресс работает трехсменно, вибрация – постоянная.

Решение

1. Определяем частоту вибровозбуждающей силы:

f=n/60=90/60=1,5 Гц.

2. По данным табл.4.1 определяем коэффициент упругого равномерного сжатия грунта:

G_z=6,86× 10⁸ Н/м.

3. По формуле (4.4) определяем жесткость системы "машина-фундамент-грунт":

K_z=G_z× S=6,86× 10^8× 4=2,74× 10⁸ Н/м.

4. По формуле (4.2) определяем амплитуду вибросмещения фундамента пресса:

2,37× 10^{-3 м.}

5. Определяем приведенный радиус фундамента пресса:

м.

6. По табл. 4.2 для частоты 1,5 Гц определяем допустимый уровень виброперемещения L_доп=133 дБ.

7. По формуле (4.8) определяем допустимое значение виброперемещения:

А_доп = 8× 10^-12× 10^{0,05× Lдоп} = 8× 10^-12× 10^{0,05× 133} = 3,57× 10^{-5 м.}

8. Определяем допустимое значение амплитуды виброперемещения:

А_mдоп= А_доп× =3,57× 10^-5× 1,41=5,03× 10^{-5 м.}

9. Определяем отношение А_mдоп/A_mф=2,12× 10^-2 и, подставляя его в (4.1), решаем последнее относительно d. При d >>1 (а в нашем случае это именно так – см., например, предыдущую задачу) уравнение (4.1) сильно упрощается:

.

Подставляя вместо А_mr значение А_mдоп, определяем d _min, а зная приведенный радиус подошвы фундамента r_o, определяем минимально допустимое расстояние до жилой застройки:

d _min= _;

r_min=r_{o× d min}=1,128× 740=834,72» 835 м.

Следовательно, от пресса до жилой застройки по соображениям вибробезопасности должно быть не менее 835 м.

Задача На сколько децибел необходимо уменьшить уровень виброскорости пресса типа КА2028, чтобы при трехсменной работе цеха в жилых зданиях, расположенных на расстоянии 100 м, вибровоздействие не превышало допустимого значения. Вибрация непостоянная, суммарная длительность воздействия вибрации в дневное время за наиболее интенсивные 30 минут равна 5 минутам. Масса пресса m_п= 6,9× 10³ кг, масса фундамента m_ф= 8,6× 10³ кг, площадь фундамента S=4 м². Усилие пресса 6,18× 10⁵ Н (63 тс), число оборотов кривошипа n=90 об/мин, допустимое давление на основание фундамента 98000 Па.

Решение

1. Определяем частоту вибровозбуждающей силы:

f=n/60=90/60=1,5 Гц,

следовательно, она попадает в октавную полосу f=1,4¸ 2,8 Гц со среднегеометрической частотой f ^*=2Гц.

2. По [ 4.2] определяем допустимое значение виброскорости для f^*=2Гц L_vдоп=79 дБ.

3. По табл. 4.6 определяем поправки на характер вибрации D L=–10 дБ и на длительность воздействия вибрации D L=+10 дБ. Таким образом, окончательное значение L_vдоп=79 дБ. Допустимое среднеквадратическое значение виброскорости равно:

v_доп=5× 10^-8× 10^{0,1× 79}=4,46× 10^-4 м/c.

4. По данным табл. 4.1 определяем коэффициент упругого равномерного сжатия грунта:

G_z=1,96× 10⁷ Н/м.

5. По формуле (4.4) определяем жесткость системы "машина-фундамент-грунт":

K_z=G_z× S=1,96× 10^7× 4=7,84× 10⁷ Н/м.

6. По формуле (4.2) определяем амплитуду вибросмещения фундамента пресса и ее среднеквадратическое значение:

8,02× 10^{-3 м}

.

7. Определяем среднеквадратическое значение виброскорости фундамента пресса по формуле (4.6):

v_ф=w × А_ф=2× p × 1,5× 5,69× 10^-3=5,36× 10^-2 м/с.

8. Определяем приведенный радиус фундамента пресса и параметр d:

м; d =r/r_o=100/1,128=88,65.

9. Определяем значение виброскорости фундамента пресса, при котором в жилой зоне вибровоздействие не превышает норм:

10. Определяем на сколько децибел необходимо уменьшить уровень виброскорости фундамента пресса, чтобы в жилой зоне вибровоздействие не превышало норм:

D L=20lg v_ф / v_фтреб=20lg5,36× 10^-2/7,27× 10^-3=18 дБ.

Защита от шума

Для защиты от многочисленных источников шума как в быту, так и на рабочих местах в настоящее время используются разнообразные методы. Рассмотрим некоторые из них.

Звукопоглощение

В замкнутом пространстве уровень шума определяется как прямой волной, идущей непосредственно от источника шума (ИШ), так и совокупностью волн, отраженных от всех поверхностей в помещении. Подобное звуковое поле называется диффузным, и его уравнение имеет следующий вид

, (4.9)

где L_p – уровень звуковой мощности, дБ;

S(r) – площадь поверхности, через которую на расстоянии r проходит звуковая энергия источника шума, м²; если r меньше наибольшего размера ИШ, то S(r) – площадь геометрически подобной поверхности, проходящей через расчетную точку; если r больше наибольшего размера ИШ, то S(r) определяется по соотношению

S(r)=W × r²; (4.10)

W – телесный угол, в который излучает источник, стерад.; W =4p – если ИШ уединенный; W =2p – если ИШ находится на поверхности (например, на полу), W =p – если ИШ находится у стены, и W =p /2 – если ИШ находится в углу комнаты;

Ф – фактор направленности излучения, задается в паспорте ИШ в виде диаграммы направленности излучения, в виде таблицы или математического соотношения; если значение Ф неизвестно, то принимают Ф=1;

В – постоянная помещения;

; (4.11)

. (4.12)

Здесь S_i – площадь звукоотражающей поверхности, имеющей коэффициент звукопоглощения a _i; значение a _i зависит от вида звукопоглощающего материала и частоты f акустических колебаний.

При использовании звукопоглощения для снижения шума стараются максимально уменьшить отраженные волны. При этом второе слагаемое, стоящее в формуле (4.9) под знаком логарифма, стремится к нулю. Это достигается путем обработки возможно большей площади отражающих поверхностей материалами, имеющими коэффициент звукопоглощения a близкий к 1 (акустическая обработка). Если до акустической обработки постоянная помещения была равна В₁, а после нее – В₂, то в расчетной точке шум уменьшился на

, дБ. (4.13)

Разделим числитель и знаменатель (4.12) на Ф/S(r) и назовем акустическим отношением величину

. (4.14)

Тогда соотношение (4.13) можно переписать в виде

, дБ, (4.15)

а (4.9) – представить в виде:

D L= L_p+10× lg[Ф/S(r)] +10× lg[ 1+М], дБ. (4.16)

Поскольку звукопоглощение – весьма дорогой метод, то на основе анализа (4.16) можно сделать вывод, что использовать его для снижения шума следует только в том случае, если М>>1, что возможно лишь в зоне отраженного звука, т.е. на значительном расстоянии от рабочих мест. Например, если исходное значение М=1, то за счет звукопоглощения шум можно уменьшить максимум на 3 дБ, а если исходное значение М=0,12, то уменьшение шума за счет звукопоглощения будет вообще незаметно! Покажем это на примере решения задачи.

Задача В помещении размером А×В×С=10×7×4 м у боковой стены расположен постоянно работающий принтер размером 0,7×0,3×0,1м. Спектр уровней звуковой мощности принтера приведен в табл. 4.5.

Таблица 4.5