3. Характеристики вибрации

Вибрация – движение точки или механической системы, при котором происходит поочерёдное возрастание и убывание во времени значений скалярных величин.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на следующие разновидности (рис. 2.5):

• общую, передающуюся на тело стоящего или сидящего человека;

• локальную, передающуюся через руки человека.

По направлению действия вибрация подразделяется на действующую в вертикальном направлении (ось Z) и в горизонтальном (оси X и Y), а вибрация, действующая на человека, соответственно носит название вертикальной и горизонтальной (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Направления вибрации.

Рис.2.5. Классификация вибрации по способу передачи на человека.

По источнику возникновения вибраций различают:

• локальную вибрацию, передающуюся от ручного механизированного инструмента (с двигателями), органов ручного управления машин и оборудования;

• локальную вибрацию, передающуюся от ручного немеханизированного инструмента (без двигателей), например, рихтовочные молотки;

• общую вибрацию 1-ой категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин при их движении по местности и дорогам. К источникам транспортной вибрации относятся: тракторы, сельскохозяйственные машины, автомобили грузовые, рельсовый транспорт и др.;

• общую вибрацию 2-ой категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, передвигающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений и промышленных площадок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы, краны, путевые машины и др.;

• общую вибрацию 3-ей категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин. К источникам технологической вибрации относят: станки, электрические машины, кузнечно-прессовое оборудование, вентиляторы, насосные агрегаты и др.

Общую вибрацию 3-ей категории по месту действия подразделяют на следующие типы:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б) на рабочих местах производственных помещений, где нет источников вибрации (склады, столовые и др.);

в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, вычислительных центров и др. помещениях для работников умственного труда;

г) в жилых помещениях и общественных зданиях от внешних источников;

д) в жилых помещениях и общественных зданиях от внутренних источников (лифты, насосные, холодильники и др.), а также от встроенных предприятий.

По частотному составу вибрации выделяют:

• низкочастотные (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 1…4 Гц – для общих вибраций, 8…16 Гц – для локальных);

• среднечастотные (8…16 Гц – для общих вибраций, 31,5…63 Гц – для локальных вибраций);

• высокочастоные (31,5…63 Гц – для общих вибраций, 125…1000 Гц – для локальных вибраций).

По временным характеристикам вибрации выделяют:

• постоянные вибрации, для которых измеряемая величина изменяется не более чем в 2 раза (6 дБ) за время наблюдения;

• непостоянные вибрации, для которых величина измеряемых параметров изменяется более чем в 2 раза (более чем на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 минут.

По характеру возникновения вибрации (колебания) можно подразделить на детерминированные и случайные. Детерминированная – вибрация, которая может быть описана точными математическими соотношениями. Случайная – вибрация, которая описывается с помощью усреднённых статистических характеристик.

Детерминированная гармоническая вибрация описывается уравнением движения синусоиды:

где А₀ – вибросмещение, м; – угловая частота ( ); – фаза колебаний; – частота связанная с периодом Т (с), соотношением:

где период Т – интервал времени, в течение которого происходит одно полное колебание.

Характеристиками вибрации являются:

• виброскорость (или виброускорение) – абсолютная характеристика;

• уровень виброскорости (виброускорения) – относительная характеристика;

• спектр вибрации.

Виброскорость, м/с – первая производная от вибросмещения

v

Уровень виброскорости , дБ, определяется по формуле:

L_v = 20lg(v/v₀)

где – v среднеквадратичное значение виброскорости, м/с; v₀ – нулевой порог виброскорости (v₀ м/c - опорная виброскорость).

Уровень виброускорения, дБ

где а – среднеквадратичное значение виброускорения, м/с²; а_о - нулевой порог виброускорения (ао = 10-6 м/с2).

Спектр вибрации – зависимость уровней виброскорости (виброускорения) от частоты. Спектр периодической вибрации является дискретным, а случайной вибрации – непрерывным. Пример спектра вибрации показан на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Спектр вибрации (уровни виброускорения) измеренный на грунте в 10 м от железнодорожного пути при прохождении электропоезда со скоростью v= 90 км/ч

По характеру спектра вибрации выделяют:

• узкополосные вибрации, у которых измеряемые параметры в третьоктавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения на остальных частотах;

• широкополосные вибрации с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

По аналогии с шумом введена интегральная оценка вибрации по частоте и интегральная оценка по эквивалентному уровню. При интегральной оценке по частоте измеряемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения (U) или их логарифмические уровни (LU), измеряемые с помощью корректирующих фильтров виброизмерительного прибора.

По аналогии с шумом также введена интегральная оценка вибрации с учётом времени её воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню. Измеряемым параметром является эквивалентное корректированное значение (Uэкв) виброскорости или виброускорения или их логарифмический уровень (LUэкв), измеренные интегрирующим прибором.