Контрольная работа по "Безопасности жизнедеятельности"

Источниками возникновения вибрации являются устройства, в которых появляются силы R_к, возбуждающие колебания. Это, как правило, силы, действующие в зазорах сопрягающихся деталей. Закономерность их изменения и величина зависят от характера нагрузки, приложенной к рабочим органам, от вида движения элементов системы (вращательное и возвратно-поступательное), от тщательности балансировки вращающихся деталей и от величины зазоров в сопряжениях.

Из этого  вытекают и методы борьбы с вибрацией  в источнике ее возникновения. Нужно  добиваться равномерности нагрузки, действующей на рабочие органы; заменять, где возможно, кривошипные механизмы на равномерно-вращающиеся; наиболее эффективны в этом случае механизмы с гидроприводом.

Эффективным методом  борьбы с вибрацией в источнике  ее образования является повышение класса точности обработки и чистоты поверхности сопрягающихся деталей.

Вибрация  насосов, вентиляторов, компрессоров, двигателей возникает чаще всего  из-за недостаточной уравновешенности вращающихся элементов. Плохое крепление деталей у таких машин, а также их износ в процессе эксплуатации резко увеличивает вибрацию.

Редукторы с глобоидным, шевронным, двушевронным и конхоидальным зацеплением шестерен вибрируют значительно меньше, чем редукторы с прямозубыми шестернями.

Ликвидация  резонансных колебаний системы  существенно ослабляет их вибрацию. Достигается это путем отстройки собственных частот колебаний системы и ее отдельных элементов от частоты вынужденной силы.

Собственную частоту колебаний системы и ее элементов можно определить расчетным путем по известному значению массы m и упругости q системы. В случаях, когда упругость q неизвестна или ее трудно определить, собственную частоту системы определяют экспериментально. Для этого записывают вибрацию на осциллограмму при отсутствии возбуждающей силы и с ее помощью определяют собственную частоту колебаний системы.

Нужно стремиться отстроить собственную  частоту колебаний системы от частоты колебаний вынуждающей силы в процессе проектирования машины, когда есть возможность изменить резонансный режим работы машины.

В условиях эксплуатации устранения резонансных  режимов добиваются изменением массы или жесткости системы.

Уменьшения  вибрации за счет увеличения активных потерь добиваются путем превращения энергии механических колебаний системы в другие виды энергии, чаще в тепловую. Процесс перевода одного вида энергии в другой в этом случае называется вибродемпфированием. Осуществляется он за счет использования поверхностного трения, применения конструктивных материалов с большим внутренним трением, нанесения слоя упруговязких материалов на элементы конструкции, подвергающиеся деформациям в процессе вибрации, или путем перевода колебательной энергии в энергию электромагнитного колебания.

Чаще  всего для уменьшения вредного воздействия  виброизоляции как способ вибрационной защиты, заключающийся в уменьшении передачи вибрации от источника возбуждения к защищаемому объекту при помощи устройств, помещенных между ними.

Различают пассивную виброизоляцию, не использующую дополнительный источник энергии, и активную, использующую такой источник.

Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом эффективности вибрационной защиты K_эф, который представляет собой отношение значения одного из параметров вибрации защищаемого объекта до введения виброзащиты к значению этой же величины после ее введения.

В системах, генерирующих наиболее простые  гармонические колебания, виброзащита  оператора считается достаточной, когда отношение частоты возбуждения ω к частоте собственных колебаний ω₀ (ω/ω₀ > 1,41), то K_эф > 1. При частоте возбуждения ω = 1,41ω₀ колебания передаются без изменения (K_эф = 1). Если ω/ω₀ < 1,41, то система увеличивает колебания (K_эф < 1).

Так, если учесть, что собственная частота колебаний большинства внутренних органов человека составляет ω₀ = 5…9 Гц, то виброзащита тракториста при бороновании поля поперек пахоты, когда остов трактора имеет гармонические колебания, будет обеспечена, если на его сиденье (принимая ω₀ = 7) будут генерироваться колебания с частотой ω = 1,41·7 Гц, т.е. ω > 9,87 Гц.

Для защиты рук от вибрации используют различные виброзащитные рукоятки. От высокочастотных колебаний эффективно защищает рукоятка из эластичного материала на воздушной подушке.

Для оценки виброопасности рабочего места, передающего на оператора местную или общую вибрацию, используют специальные приборы: НВА-1; ИШВ-1; виброизмерительный комплект типа 3501 датской фирмы «Брюль и Къер»; виброизмерительную аппаратуру фирмы RFT (ГДР) и др.

Между источником вибрации и ее приемником, являющимся одновременно объектов защиты, устанавливают упругодемпфирующее устройство – виброизолятор – с малым коэффициентом передачи (рис. 6.32, а). Схематично система «источник вибраций – защитное устройство – приемник» показана на рис. 6.32, б. При возбуждении системы защитное устройство, расположенное между источником и приемником, воздействует на них с реакциями F_R и F_R'. Ниже будут рассматриваться безынерционные устройства, у которых реакции F_R и F_R' равны.

Различают два вида возбуждения: силовое и  кинетическое, при этом соответственно большую массу имеет приемник и его считают неподвижным  или источник, и закон его движения считают заданным.

При силовом гармоническом возбуждении силой F_t = F_me^jωt цель защиты обычно состоит в уменьшении амплитуды силы F_R, передаваемой на приемник. Импеданс виброизолятора определяется формулой (1)

 

                                                     z_R = G/ω (η – j).                                                 (1)

 

Импеданс  вибросистемы

                                           _{·        ·         ·}

                                 z = z_М + z_R = G/ω [η + j (ω²/ω₀² – 1)].                                  (2)

 

 

Поток энергии на входе в ЗУ определяется усредненной за цикл мощностью вынужденной силы:

                                _{~    ~                      ~    ~                · ~  ~}

W⁺ = 1/2Re(F_t^*·v) = 1/2Re(F_t^*·v) = 1/2(zv·v^*) =                         = 1/2zv²_m.         (3)

 

Поток энергии на выходе из защитного устройства определяется усредненной за цикл мощностью реакции защитного устройства:

                                                                  _{~    ~                 · ~  ~}

                            W^~ = 1/2Re(F_R·v^*) = 1/2(z_Rv·v^*) = 1/2z_Rv²_m.                              (4)

 

Отношение мощностей W⁺ / W^~ называют силовым коэффициентом защиты k_F = z/z_R. Из соотношений F_t·= zv·и F_R·= z_Rv·видно, что он при определенных условиях равен отношению амплитуды вынуждающей силы к амплитуде силы, переданной на приемник.

При кинетическом возбуждении цель защиты обычно заключается в уменьшении передаваемого смещения. Степень  реализации этой цели характеризуют динамическим коэффициентом защиты k_X равным отношению амплитуды смещения источника к амплитуде смещения приемника. Можно показать, что k_X = z/z_R.

В общем случае энергетический коэффициент  защиты можно выразить в виде k_W = k_F·k_X.

По  формуле (5) эффективность виброизоляции

                                           e = 101gk_W = 201g|z/z_R|.                                              (5)

 

В области высоких частот импеданс z ≈ z_M (см.выше) и эффективность виброизоляции равна e ≈ 401gω/ω₀ – 101g(1 + η²). В частности, если демпфирующее сопротивление мало влияет на движение системы, то величиной η можно пренебречь. Тогда e = 401gω/ω₀, т.е. в области высоких частот почти вся энергия затрачивается на движение массы; поток энергии, передаваемой на приемник, обратно пропорционален квадрату частоты возбуждения, и эффективность виброизоляции тем выше, чем больше частота ω.

В области низких частот z ≈ z_G и эффективность виброизоляции e ≈ – 101g(1 + η²), т.е отрицательна или равна нулю.

В общем случае из выражения (5) следует, что эффективность виброизоляции

 

e = 101g[η² + (ω²/ω²₀ – 1)²] – 101g(1 + η²).

 

Если  потери в защитном устройстве отсутствуют (η = 0), то эффективность

 

e = 201g(ω²/ω²₀ – 1).

 

 

Из  последнего выражения видно, что  цель виброизоляции (e > 0) обеспечивается в частотном диапазоне: ω>√2 ω₀. На рис. 6.33 представлена зависимость коэффициента передачи τ от отношения частоты вынуждающей силы к собственной частоте вибросистемы при разных значениях отношения импеданса демпфирующего элемента к его критическому значению, т.е. при разных D = S/S_кр.

В качестве виброизоляторов используют упругие материалы и прежде всего металлические пружины, резину, пробку, войлок. Выбор того или иного материала обычно определяется величиной требуемого статического прогиба и условиями, в которых виброизолятор будет работать (например, температурой, химической агрессивностью рабочей среды и т.д.). Зависимость между статическим прогибом и собственной частотой для некоторых материалов показана на рис. 6.34.

Резина  имеет малую плотность, хорошо крепится к деталям, ей легко придать любую  форму и она обычно используется для визроизоляции машин малой и средней массы (ДВС, электродвигателей и др.). В виброизоляторах резина работает на сдвиг и (или) сжатие. Жесткость резиновой подушки, работающей на сжатие, зависит от ее размеров и конструктивных особенностей, направленных на предотвращение распучивания резины в стороны при действии нагрузки.

Металлические пружины применяют обычно тогда, когда требуется большой статический  прогиб или когда рабочие условия (например, температура, агрессивность  среды) делают невозможным применение резины. Конструктивно пружинные виброизоляторы можно выполнить для работы практически на любой частоте. Однако металлические пружины имеют тот недостаток, что будучи спроектированы на низкую частоту (например, 15 Гц для ДВС), они пропускают более высокие частоты.

Большое применение находят конические дисковые пружины (рис. 6,35, а). Изменяя отношение h/t, получают необходимый прогиб. Конструктивно отдельные дисковые пружины можно соединять параллельно (рис. 6.35, б) или последовательно (рис. 6.35, в). При параллельном соединении нагрузка при заданном прогибе возрастает пропорционально числу дисков, при последовательном – прогиб при заданной нагрузке увеличивается пропорционально их числу. Отношение диаметров 2R/B в большинстве случае выбирают равным 1,5…3,5.

Пробку  используют при нагрузке 50…150 кПа, отвечающей рекомендованному диапазону упругости. Обычно установку сначала устанавливают на бетонные блоки и уже последние отделяют от фундамента с помощью нескольких слоев пробковой плитки толщиной 2…15 см. Увеличение толщины будет понижать частоту, выше которой виброизоляция эффективна, но при большой толщине возникает проблема устойчивости. Поэтому пробку не применяют в области низких частот. Нефть, вода, умеренные температуры оказывают незначительный эффект на рабочие характеристики пробки, но с течением времени от нагрузки пробка сжимается.

Войлок  толщиной 1…2,5 см, занимающий площадь 5% общей площади основания машины, весьма распространенный изолирующий материал. Он имеет относительно большой коэффициент потерь (η ≈ 0,13) и поэтому эффективен на резонансных частотах. Обычно войлок применяют в частотном диапазоне свыше 40 Гц.

 

 

В каких случаях должны быть выполнены быть выполнены заземляющие  устройства? Применяемые конструкции  заземлителей (стационарные и временные); расчетные формулы и допустимые сопротивления заземляющих устройств.

 

Под защитным заземлением понимают преднамеренное соединение с землей металлических  нетоковедущих частей электрооборудования, которые в нормальном состоянии  не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при случайном соединении их с токоведущими частями.

задача  защитного заземления – устранение опасности поражения током в  случае прикосновения к корпусу  и другим токоведущим металлическим  частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью.

 На рис. 2.2 показана электроустановка, подключенная к сети с изолированной нейтралью, в которой произошло замыкание одной из фаз на корпус. Корпус электроустановки, которого касается человек, соединен с землей через заземляющее устройство с сопротивлением растеканию тока R_з.у. Предположим, что R_з.у << R_h, а R_з.у || R_h, тогда I_з.у >> I_h и I_з = I_з.у + I_h = I_з.у. Но ток замыкания в сети с изолированной нейтралью I_з ≈ 3U/r, тогда из соотношения I_з · R_з.у = I_h · R_h можно найти ток, протекающий через человека,

 

 

                                                   I_h = 3U/ [r(R_h / R_з.у)].                                             (1)

 

Можно сделать вывод, что принцип действия защитного заземления заключается в уменьшении силы тока, проходящего через тело человека.