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振動(dòng)控制

  
評(píng)論: 更新日期:2008年05月15日

1.振動(dòng)

振動(dòng)是一種常見的運(yùn)動(dòng)形式。一般是指物體沿直線或曲線并經(jīng)過其平衡位所作的來回反復(fù)的機(jī)械振動(dòng)形式。從廣義上講,任何一個(gè)物理量在其某個(gè)定值附近作反復(fù)變化,都可以稱為振動(dòng)。例如交變電磁場中的電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度,交流電中的電流強(qiáng)度、電壓等。在這里,只討論機(jī)械振動(dòng)。

物體在不受外力作用而且阻尼力又可忽略的情況下的振動(dòng)稱為自由振動(dòng);因受到阻尼力而逐步衰減以至消失的振動(dòng)稱阻尼振動(dòng);如又受到其他外力作用而被迫進(jìn)行的振動(dòng)則稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。振動(dòng)的周期具有一定規(guī)律的振動(dòng)稱之為周期性振動(dòng);反這稱之為無規(guī)振動(dòng)或隨機(jī)振動(dòng)。

在各種振動(dòng)中,最簡單也是最基本的振動(dòng)形式是無阻尼的自由振動(dòng),又稱簡諧振動(dòng),其運(yùn)動(dòng)規(guī)律在數(shù)學(xué)上可用正弦(或余弦)函數(shù)來描述。它運(yùn)動(dòng)方程為:X=Acosωt,式中A表示振幅,ω表示振動(dòng)頻率。其他形式的振動(dòng),通過適當(dāng)變換后,仍可用此基本形式來分析它們的運(yùn)動(dòng)持性。

2.生產(chǎn)性振動(dòng)的主要起因

就振動(dòng)的起因來講,振動(dòng)總是由于存在外力或內(nèi)力的激勵(lì)而產(chǎn)生。一般來講,由周期性外力激勵(lì)引起的振動(dòng)是最常見的起因。在生產(chǎn)環(huán)境中,運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)械設(shè)備。由于機(jī)械部件之間有力的存在,因而總是會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的。機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)形式不同,產(chǎn)生振動(dòng)的直接起因也不同。

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中引起振動(dòng)的主要起因有以下幾個(gè)方面:①不平衡。當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件各部分質(zhì)量分布相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心線不對(duì)稱時(shí),質(zhì)量中心即與旋轉(zhuǎn)中心不重合產(chǎn)生不平衡。在旋轉(zhuǎn)時(shí),這種不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力可引起振動(dòng)。②不同心。這主要發(fā)生在支承軸的軸承座和軸的不嚴(yán)格同心,兩軸聯(lián)結(jié)時(shí)兩者不處在同一軸線上等原因造成的不同心偏差。這種不同心也可產(chǎn)生振動(dòng)。③松動(dòng)。松動(dòng)是指約束力的松馳現(xiàn)象。如軸承由于磨損或其他原因引起軸承和軸間松動(dòng),緊固件松動(dòng)等,都可以造成約束力的松馳。一般情況下,松動(dòng)總會(huì)引起嚴(yán)重的振動(dòng)。

當(dāng)機(jī)械設(shè)備中運(yùn)動(dòng)部件是以直線形式作反復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),如鍛壓、沖壓機(jī)床和風(fēng)鎬、沖擊鉆等,在此類機(jī)械設(shè)備中,周期性的激振力是產(chǎn)生振動(dòng)的主要起因。

3.振動(dòng)級(jí)

我們可以由振動(dòng)的能量來量度振動(dòng)的大小。振動(dòng)的能量是由振動(dòng)的振幅和頻率所確定的。另外,因振動(dòng)是一種往復(fù)的周期運(yùn)動(dòng),它的大小還可以用運(yùn)動(dòng)的變化劇烈程度,即振動(dòng)的加速度來量度。實(shí)際上,振動(dòng)的加速度也是和振動(dòng)的頻率和頻幅密切相關(guān)的。所以,振幅和頻率是決定振動(dòng)大小的重要因素。

另外,從振動(dòng)對(duì)人的生理作用上來說,各種振幅相同但頻率不同的振動(dòng),給予人的感覺上的強(qiáng)烈程度也不一樣。故而,一個(gè)振動(dòng)的大小,不僅有振動(dòng)本身的因素,而且還有人的心理上的因素。當(dāng)然,這是指振動(dòng)給人的感受而言,在討論振動(dòng)對(duì)人體的影響時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮這一點(diǎn)。

對(duì)于振動(dòng)等級(jí)的規(guī)定,我國尚未有明確的規(guī)范。在日本的振動(dòng)法規(guī)中,振動(dòng)級(jí)的定義和噪聲級(jí)定義很相似,也采用分貝作為量度振動(dòng)級(jí)大小的單位。其定義為:“振動(dòng)級(jí)即是用201ga/ a<sub>0</sub>定義的修正加速度的值,用分貝表示。這里的a<sub>0</sub>是標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)加速度,取其值為a<sub>0</sub>=10 <sup>-5</sup>米/秒<sup>2</sup>,a為振動(dòng)感覺修正的振動(dòng)加速度的有效值?!?BR>
在上述定義中,實(shí)際上考慮了振動(dòng)的振幅,頻率以及人的感覺這些因素。

4.怎樣測量振動(dòng)

在對(duì)振動(dòng)的測量中,常用的測量系統(tǒng)可由下列三部分組成:“振動(dòng)傳感器 — 前置放大器 — 記錄儀器?!逼渲校瑐鞲衅鞯淖饔檬前褭C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,即將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出,此電壓信號(hào)恰好是機(jī)械振動(dòng)的函數(shù)。常用的傳感器有加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等類型。前置放大器主要起到傳感器和記錄儀器間的阻抗匹配作用。記錄儀器用來記錄輸出的電信號(hào),常用的有示波器、電平記錄儀、磁帶記錄儀等。

在具體測量時(shí),必須考慮到傳感器、放大器、記錄儀三者的動(dòng)態(tài)范圍是否一致。在安裝傳感器時(shí),應(yīng)注意到其和振動(dòng)表面接觸是否良好,在可能的情況下,可用膠粘劑將傳感器直接粘貼在振動(dòng)面上。另外,要注意振動(dòng)方向和傳感器的軸向是否一致。再則,傳感器與放大器之間的聯(lián)結(jié)電纜長度有無超過規(guī)定等一系列測量技術(shù),也要加以考慮。測量點(diǎn)的位置及個(gè)數(shù)是由測量目的所決定的,一般可以選取多個(gè)測量點(diǎn),以取得較完整的測量數(shù)據(jù)。

5.控制振動(dòng)

對(duì)振動(dòng)的控制一般可用以下幾種方法:①對(duì)振源進(jìn)行改造,盡量減少激振力。如改變某些部件尺寸,使其達(dá)到平衡;增加結(jié)構(gòu)剛性,使之對(duì)激振力的響應(yīng)減弱等等。②采取隔振措施,利用彈性支承將剛性聯(lián)結(jié)換成彈性聯(lián)結(jié)。這種彈性支承物稱為隔振器。常用的隔振器有金屬彈簧,用天然橡膠、塑膠等制成的彈塑性支承、彈性墊等。當(dāng)振動(dòng)是由振動(dòng)物體通過基礎(chǔ)傳遞給周圍物體或是將一個(gè)不能受振物體和振動(dòng)環(huán)境相隔離時(shí),這是一個(gè)常用的方法。③利用阻尼減振。阻尼可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩鴾p弱振動(dòng)。如在金屬板制成的外罩殼體上涂上阻尼材料就可以增加對(duì)振動(dòng)能量的吸收。另外,它還可以改變振動(dòng)頻率,以避開共振點(diǎn),減弱其在共振頻率附近的振動(dòng)。④加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)。如加大基礎(chǔ)的質(zhì)量,擴(kuò)大基礎(chǔ)的面積等等。

6.振動(dòng)對(duì)人體的影響

振動(dòng)可以引起人體產(chǎn)生生理上及物理上的反應(yīng)。首先,當(dāng)振動(dòng)作用于人體時(shí),因人體的感覺神經(jīng)末梢有許多振動(dòng)感覺器官,使人感到振動(dòng)的存在,引起人體在生理上的反應(yīng)。另外,人體可以視作由質(zhì)量、阻尼力、彈簧結(jié)合而成的振動(dòng)系統(tǒng)模型;外界傳遞來的振動(dòng),相當(dāng)于激振力,使人體產(chǎn)生物理反應(yīng)。人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng),不僅與振動(dòng)的幅度有關(guān),而且與振動(dòng)的頻率有關(guān)。對(duì)人體來講,最容易感受到的垂直振動(dòng)的頻率大約在4~8赫茲之間。這是由于人的足部及臂部對(duì)4~8赫茲的振動(dòng)頻率最為敏感。這一點(diǎn)和人耳對(duì)聲音的感覺和聲音的頻率有相似之處。

人體感受到振動(dòng)的激烈程度,是由振動(dòng)級(jí)來表示的。當(dāng)振動(dòng)級(jí)大于60分貝時(shí),人體即能感受到振動(dòng)的存在;當(dāng)振動(dòng)級(jí)在70分貝以上時(shí),就可以影響到人的睡眠和工作效率;當(dāng)振動(dòng)級(jí)90分貝以上時(shí),就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害,引起以肢端血管痙攣、上肢骨及關(guān)節(jié)骨質(zhì)改變和周圍神經(jīng)末梢感覺障礙為主要表現(xiàn)的振動(dòng)病。

7.振動(dòng)病及癥狀

在生產(chǎn)活動(dòng)中,振動(dòng)是經(jīng)常能遇到的。但振動(dòng)能損害人體健康,卻常常被人們忽視。事實(shí)上,人體的全身或局部長期受到強(qiáng)烈振動(dòng)的作用,也可以引起疾病。就振動(dòng)對(duì)人體的作用范圍來講,大致可劃分為局部振動(dòng)和全身振動(dòng)兩種情況,對(duì)人體產(chǎn)生的危害,也有所不同。

局部振動(dòng),主要是手持振動(dòng)工具對(duì)操作者手的損害。初期病人可以感到手指發(fā)冷,蒼白、麻木脹痛、指關(guān)節(jié)活動(dòng)不靈便、握拳無力等。后期病人可以發(fā)生雙手震顫、指關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)處骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)變形、指端發(fā)生潰瘍等病變。皮膚的感覺也會(huì)發(fā)生障礙。全身振動(dòng)主要是振動(dòng)物體經(jīng)由其支承物如地板等將振動(dòng)傳遞給人體。此時(shí),主要是對(duì)操作者足部的損害,會(huì)出現(xiàn)腳部疲勞,站立吃力、腿部肌肉腫脹等癥狀。

無論是局部振動(dòng)還是全身振動(dòng),都可以造成全身癥狀。尤其是后期病人,除原有的局部癥狀加重外,還因此造成植物神經(jīng)功能紊亂及內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂而引起的癥狀,如頭暈、疲勞多汗、食欲不振、惡心嘔吐等等。

8.振動(dòng)的個(gè)人防護(hù)措施

在很多情況下,振動(dòng)是不能全部消除或避免的。特別是在一些需使用手持振動(dòng)工具的作業(yè)中,更是如此。對(duì)振動(dòng)的防護(hù),主要是如何減少和避免振動(dòng)對(duì)一些使用手持振動(dòng)工具的生產(chǎn)人員所造成的損害。

防護(hù)措施有以下幾個(gè)方面:①改善工作條件。如對(duì)工具的重量、振動(dòng)的幅度、振動(dòng)的頻率進(jìn)行限制;對(duì)操作人員,實(shí)行輪流作業(yè)制,使其能得到工間休息等。②采用防護(hù)用品。如使用防振手套、防振墊,以減少振動(dòng)對(duì)人體的作用。③定期體檢。即是對(duì)經(jīng)常使用振動(dòng)工具或在振動(dòng)環(huán)境中工作的人員,定期進(jìn)行體檢,做好振動(dòng)病的早期防治工作。

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