Технические науки / 3.Отраслевое машиностроение

С.Ш.Сабырханова, С.Б.Байжанова, М.Д.Сабырханова

Магистрант 1-го года обучения, кандидат технических наук, преподаватель ЮКГУ им. М.Ауезова

К вопросу виброизоляции машин легкой промышленности

Борьба с шумом и вибрацией на производстве является важной социальной проблемой. Увеличение скоростей рабочих органов машин сопровождается ростом производительного шума, вибрации, как самих машин, так и поддерживающих их строительных конструкций Рост нервных, сердечнососудистых заболеваний, язвенной болезни и развитие тугоухости (глухоты) у рабочих на производстве ученые связывают с воздействием транспортного и промышленного шума. При этом возникает также бессонница, быстро развивается утомляемость. Снижается общая работоспособность и производительность труда. Так, например, в прядильно-ткацком производстве превышение уровня шума на 1дБ по сравнению с допустимыми нормами вызывает снижение производительности на 0,45...0,5%.

Обзор литературных источников показал, что основными источниками вибрации этих машин является роторы, а наиболее общими и определяющими причинами, вызывающими вибрацию относятся: несоосность роторов, составляющих агрегат; неуравновешенность роторов; нарушение геометрии их опор; особенности обусловленные рабочим процессом; моменты сил упругости внешних передач роторных систем. Несоосным считается такое относительное положение валов, при котором их геометрические оси не расположены на одной линии, то есть ось одного вала не является продолжением оси другого вала [1,2].

Величина и характер несоосности роторов обычно зависят от множества случайных факторов, к которым можно отнести, например, качество изготовления деталей, точность монтажа, условия эксплуатации и др.

В зависимости от формы смещения различают радиальное, угловое, осевое, тангенциальное смещение осей роторов.

При радиальном смещении геометрические оси роторов параллельны и проходят на расстоянии одна от другой. Направление смещения может быть любым, причем, оси валов будут находиться в одной плоскости.

В случае углового смещения геометрические оси роторов пересекаются и расположены под углом друг к другу в одной плоскости. Если один или оба вала сдвинуты вдоль оси вращения, то это – осевое смещение.

В случае тангенциального смещения наблюдается относительный поворот роторов: один ротор отстает от другого ротора или опережает его.

Осевое и тангенциальное смещение роторов мало влияют на работу машины, при вращении не вызывают относительного перемещения роторов и не создают переменных нагрузок.

Опасными являются радиальное и угловое смещение роторов. В общем случае несоосность роторов является скрещивающейся и определяется тремя параметрами: радиальным смещением, угловым смещением и углом между плоскостями радиального и углового смещения. Каждый вид смещения роторов вызывает вибрацию опор, характеризующуюся определенной фазой. Например, при радиальном смещении ротора колебания опор в плоскости вращения роторов происходят в противофазе, а при угловом смещении колебания опор происходят, как в осевом, так и в поперечном направлениях. Причем, осевые колебания опор имеют противоположные фазы, а поперечные колебания – синфазны. Частота этих колебаний соответствует частоте вращения роторов. Амплитуда осевых колебаний опор ротора при угловом смещении, как правило, значительно превосходит амплитуду поперечных колебаний.

Общим отличительным признаком колебаний опор, вызванных несоосностью роторов, является то, что амплитуда их в значительно меньшей степени зависит от изменения частоты вращения роторов. Обычно, возмущающая сила, вызванная несоосностью роторов, сохраняет практически постоянное значение, тогда как возмущение силы, причиной появления которых является неуравновешенность, растут пропорционально квадрату скорости вращения [2,3].

Основным методом устранения вибрации, вызываемой несоосностью роторов, является центровка, сущность которой заключается в измерении взаимного положения роторов и приведение их в соосное положение.

Выбор средств измерения (линейка, угольник, скоба, ленточный щуп, индикатор и т.д.) и выбор технологии центровки зависят от множества факторов, например: схемы монтажа, требуемой точности, типа муфты и т.д.

В настоящее время различают три способа центровки роторов:

- центровка без поворота роторов;

- центровка с поворотом роторов;

- центровка по реакциям в опорах.

Первый способ центровки заключается в том, что параметры несоосности измеряют при неподвижных валах, то есть без их поворота. Этот способ применяется в тех случаях, когда не требуется высокая точность соосности. Основным недостатком этого способа является нарушение достигнутой статической соосности роторов при работе машины из-за гидродинамических свойств смазки в подшипниках, рабочих нагрузок и скоростей, деформации узлов, а также из-за других динамических воздействий [2,4].

Широкое распространение среди методов виброзащиты получила виброизоляция, сущность которой заключается в установке между объектом и источником вибрации дополнительной системы – виброизолятора, защищающей объект от механических воздействий. Этот метод – в настоящее время широко используется для виброзащиты производственных зданий и обслуживающего персонала от виброактивного оборудования или для защиты оборудования от колебаний среды, в которой оно установлено [1,3].

Виброизолируемое оборудование в зависимости от условий эксплуатации и целей виброизоляции можно разделить на четыре группы:

Машины, в которых колебания, передающиеся на них извне (например, от основания), могут приводить к появлению относительных колебаний ее узлов, нарушающих нормальное прохождение технологических процессов в машине. Целью виброизоляции таких машин является обеспечение их нормальной работы при вибрации среды, в которой она находится [3].

Целью виброизоляции виброактивных машин является уменьшение, без нарушения их работоспособности, передачи динамических нагрузок на основание с тем, чтобы исключить нежелательное воздействие вибрации на обслуживающий персонал, близко расположенное презиционное оборудование и на строительные конструкции производственных зданий.

Машины нормальной точности, мало чувствительные к внешним колебаниям, работа которых не вызывает существенных динамических нагрузок, действующих на основание. Целью их виброизоляционной установки является упрощение монтажа и перестановки за счет исключения жесткого крепления к основанию, изоляция от случайных внешних или фона в производственных помещениях.

Машины, установленные на межэтажных перекрытиях, из-за малой динамической жесткости несущих конструкций производственных зданий, особенно крупнопанельного типа, которые имеют высокую чувствительность к внешним динамическим воздействиям, требуют виброизоляции понимается степень реализации виброизолирующим устройством целей виброзащиты.

В классическую теорию виброизоляции, основанную на рассмотрении простейшей одномассовой системы с одной степенью свободы, введены и практически используются такие основные понятия, как коэффициент передачи и коэффициент увеличения, служащие для оценки эффективности применения тех или иных виброизолирующих устройств.

Коэффициентом передачи в теории виброизоляции называется отношение амплитуды силы, воспринимаемой основанием к амплитуде возмущающего воздействия. Коэффициент передачи при виброизоляциии уменьшается при увеличении массы виброизолируемого объекта и уменьшении жесткости упругих опор.

Рассматривая вопрос об эффективности применения виброизоляторов, необходимо знать коэффициент увеличения, показывающий как изменяется амплитуда колебаний виброизолируемого объекта, установленного на упругих опорах, по сравнению с амплитудой этого объекта, когда он находится «в свободно взвешенном состоянии».

Для одномассовой системы с одной степенью свободы, решение вопроса о возможности эффективного применения виброизоляторов связано с определением параметров системы, обеспечивающих оптимальные коэффициенты передачи и увеличения.

Однако, классическая теория виброизоляции, основанная на рассмотрении одномассовой системы с одной степенью свободы, носит, по мнению профессора Коритысского Якова Ильича, лишь демонстрационно-методический характер. Поскольку такая модель не учитывает особенности конструкции и эксплуатации современных машин, а также связь собственных частот колебаний машин на виброизоляторах, характеризующуюся параметрами и размещением упругих опор [4].

В соответствии с этой теорией при виброизоляции машины рекомендуется выбирать величину собственных колебаний системы «машины-виброизоляторы» в 3-4 раза меньшей минимальной частоты возмущающих воздействий. Однако, такие рекомендации не всегда применимы на практике. Это объясняется тем, что при низких собственных частотах колебания системы, для обеспечения устойчивости виброизолируемой машины и нормального прохождения технологического процесса в ней, необходимо значительно увеличить массу машины.

Перспективным направлением научных исследований в области текстильной промышленности, в частности текстильного машиноведения следует считать разработку наиболее общих методов и на их основе – достаточно простых и универсальных алгоритмов для модернизации существующих и созданию нового эффективного оборудования с более высокой производительностью и качеством продукции.

Характер динамических нагрузок в исполнительных механизмах текстильных машин текстильно-отделочного производства во многом зависит от принятой технологической схемы, от характера операций, которые должны быть воспроизведены в процессе обработки, и, наконец, от типа исполнительного механизма и его привода.

При установившемся режиме работы текстильной машины и стационарных силах расчет действительных нагрузок не представляет затруднений. Совершенно иначе обстоит дело с определением нагрузок при неустановившихся или переходных режимах, которые являются во многих случаях нормальными режимами работы большинства текстильных машин. Естественно, что здесь методы расчета, принятые для установившегося движения, не могут найти применения.

Более детальный анализ работы текстильного оборудования и наблюдение за ними в процессе эксплуатации подтверждают, что сейчас взгляд на машину как систему твердых тел, образующих кинематические цепи, следует считать устаревшим. В действительности механизмы имеют более чем одну степень свободы вследствие наличия в них упругих звеньев. Поэтому закон движения звеньев и нагрузки, передаваемые ими, нельзя определять без учета относительных перемещений, вызванных деформацией звеньев.

Литература:

1 Мырхалыков Ж.У. Источники и причины возникновения вибрации текстильного оборудования. Сборник «Депонированные научные работы», Алматы, КазгосИНТИ, 1998, Выпуск 2, с.36

2 Мырхалыков Ж.У., Байжанова С.Б. Методы и средства виброзащиты текстильных машин/КазгосИНТИ. – Алматы., 1997-22с.-Деп. в КазгосИНТИ 26.12.97,№8077-Ка97-В2.

3 Теория и практика уравновешивание машин и процессов /Под. общ. ред. В.А. Щепетильникова. – М.: Машиностроение, 1970. – 440с.

4 Исакович М.М. и др. Устранение вибрации электрических машин. – Л.: Энергия, 1969. – 215с.