4. ОСОБЕННОСТИ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ И ДИНАМИЧЕСКОГО ВИБРОГАШЕНИЯ В РУЧНЫХ МАШИНАХ

Виброизоляция является существенным и широко применяемым способом вибрационной защиты операторов ручных машин, поскольку применение иных средств, в частности рассмотренных в предыдущих параграфах, для снижения передаваемой на руки вибрации оказывается недостаточным. В то же время одних средств виброизоляции обычно недостаточно. Поэтому при разработке ручной машины приходится использовать комплекс мероприятий для уменьшения передаваемой на руки оператора вибрации ниже уровней, предписанных нормами [37].

С помощью виброизоляции наиболее трудно добиться значительного снижения низкочастотной вибрации, поскольку для этого первая собственная частота виброизолированиой системы должна быть, по крайней мере, в несколько раз ниже частоты изолируемой вибрации. Указанное обстоятельство приводит к необходимости

использовать в системе виброизоляции упругие элементы малой жесткости, причем их жесткость должна быть тем ниже, чем меньше масса изолируемых частей.

В ручных машинах масса указанных частей невелика, а частота имеющей наибольшую амплитуду первой гармоники виброскорости (особенно в машинах ударного действия) достаточно низка. Между тем применение упругих элементов очень малой жесткости в системе виброизоляции во многих случаях сильно затрудняет управление работой машины. Поэтому наиболее целесообразна виброизоляция всего корпуса машины от воздействий приводного механизма и инструмента. Нередко это оказывается недостаточным, и приходится применять двухкаскадную или даже трехкаскадную систему виброизоляции, располагая дополнительные упругие элементы между корпусом и рукоятью и между рукоятью и рукой оператора. Жесткость этих упругих элементов может быть не слишком низкой.

При выполнении ручной машиной некоторых технологических процессов можно допустить значительное ослабление мускульной обратной связи оператора с машиной. Тогда допустимо применение систем виброизоляции с упругими элементами, имеющими весьма низкую жесткость. Для этой цели был разработан ряд упругих устройств, жесткость которых снижается с увеличением статической деформации. Когда нажатие, передаваемое оператором на ручную машину, достигает номинального значения, жесткость упругого устройства приближается к нулю, и оно становится идеальным упругим элементом системы виброизоляции [4]. Такие устройства называют упругими элементами почти постоянного усилия или квазинулевой жесткости. Область их применения по указанной выше причине ограничена.

В системах внброизоляции ручных машин находят широкое применение стальные пружины, упругие элементы из высокоэластичйых материалов (резины, полиуретана и др.) и пневматические упругие элементы (поршневого типа в проточной металлической камере и герметизированные пневмобаллоны в резинокордной камере). Преимуществами стальных пружин являются возможность достижения малого демпфирования, слабая зависимость жесткости от температуры, стабильность во времени, но в некоторых условиях пружины могут быть дополнительным источником шума (особенно в машинах ударного действия). Существуют металлические пружины с повышенным демпфированием.

Упругим элементам из высокоэластичных материалов можно придавать разнообразную форму, отвечающую конструктивным и эксплуатационным требованиям. Они практически бесшумны. Кроме того, они обладают низкой теплопроводностью и поэтому хорошо подходят для облицовки поверхности рукояти, соприкасающейся с рукой оператора. В иных условиях при повышенной диссипации энергии низкая теплопроводность может привести к чрезмерному нагреву упругого элемента. К недостаткам высокоэластичных материалов относятся их сравнительно быстрое старение и значительная зависимость жесткости от температуры.

Пневматические упругие элементы хорошо подходят для систем виброизоляции ручных машин, поскольку они могут обеспечить значительную несущую силу при низкой жесткости. Однако размеры резинокордных пневмобаллонов нередко не у дается довести до достаточно малых зраччшй. Поршневые упругие элементы находят применение в некоторых машинах с пневматическим приводом.

Динамический виброгаситсль, содержащий инерционный и упрушй элементы, настроен на частоту подлежащей гашению гармоники вибрации, поэтому упругий элемент должен иметь значительную жесткость с. Амплитуда а его деформации также значительна. Масса линейно деформируемого упругого элемента пропорциональна амплитуде периодически запасаемой в нем потенциальной энергии:

вследствие чего эта масса, а тем более масса всего динамического виброгасителя масса инерционного элемента), может оказаться недопустимо большой для ручной машины. Поэтому задача минимизации массы динамического виброгасителя имеет серьезное практическое значение.

Коэффициент

для упругих элементов, материал которых работает на растяжение-сжатие или изгиб;

для упругих элементов, материал которых работает на сдвиг или кручение. Здесь плотность, модули растяжения-сжатия и сдвига; нормальные и тангенциальные допускаемые напряжения. Безразмерный коэффициент зависит от характера деформации, формы упругого элемента и краевых условий на его концах. Минимальное значение массы динамического виброгасителя

для упругих элементов растяжения-сжатня или изгиба;

для упругих элементов сдвига или кручения. Здесь амплитуда развиваемой упругим элементом силы, необходимой для полного погашения синусоидальной вибрации защищаемого объекта. Безразмерный коэффициент

где а — коэффициент приведения массы упругого элемента к инерционному элементу.

Минимальное значение массы упругого элемента

В табл. 3 приведены значения для упругих элементов следующих типов: А — прямолинейный призматический стержень (деформация растяжения-сжатия); прямолинейная призматическая балка с двумя защемленными концами при поступательном относительном перемещении инерционного элемента (плоская деформация изгиба); В — прямолинейная призматическая балка, защемленная на защищаемом объекте и -шарнирно соединенная с инерционным элементом (плоская деформация изгиба); прямолинейный призматический элемент (плоская деформация сдвига); винтовая цилиндрическая пружина растяжения-сжатия (деформация кручения материала пружины). Коэффициент а подсчитан для статической деформации упругих элементов

3. Параметры упругих элементов

(см. скан)

Виброгасители с элементами типов кроме синусоидальной силы, создают еще и синусоидальный момент. Для его компенсации такие виброгасители следует устанавливать на защищаемом объекте зеркально симметричными парами.

Динамические виброгасители, состоящие из упругого и инерционного элементов, эффективно работают в ручных машинах с достаточно стабильной частотой циклов. Однако в некоторых условиях при изменяющейся частоте могут быть применены самоподстраивающиеся динамические виброгасители [141].