Некоторые решения задачи виброзащиты оборудования

Направления развития современных промышленных технологий вызывают необходимость разработки машин и механизмов для работы в условиях растущих скоростей, что ведёт к росту динамических вибрационных нагрузок на детали машин и элементов сооружения, а также на отдельные узлы и приборы этих машин и, как следствие, возникает негативно влияющие на здоровье работников звуки, шумы и вибрации.
Борьба с вибрациями и шумом включает, помимо технических мер, экономический аспект. Также следует учитывать и физиологические стороны вопроса.
В решении задачи по недопущению либо снижению негативных звуковых и вибрационных воздействий на организм человека и на элементы оборудования и конструкций возможны четыре основных вида решений:
• Изолирование источников шума и вибраций;

• Защиту рабочей зоны от проникновения звуковых и вибрационных колебаний;

• Максимальное удаление рабочей зоны от источников возмущения;

• Средства индивидуальной защиты (СИЗ) для персонала.

В рамках этой статьи рассмотрим два первых вида, т. е. борьбу с возмущением в точке его возникновения и защиту рабочего помещения.

Борьба с вибрацией в месте ее возникновения часто решается традиционными способами: размещением оборудования или его частей, которые служат источниками колебательных возмущений — чаще всего приводов — на бетонных фундаментах, либо на пружинных или резино-металлических виброизоляторах (амортизаторах). Минусы таких решений известны — при формировании фундаментов требуются дополнительные материальные — бетон — и трудовые затраты, а также длительный период времени на создание самого фундамента. Кроме того, возможность использования фундаментов на перекрытиях — к примеру, при размещении оборудования на этажах — обычно ограничена несущей способностью строительных конструкций. Применение пружинных и резинометаллических виброизоляторов ограничено сложностью их изготовления, их неуниверсальностью, а также тем, что они, в отличие от фундаментов, не снижают энергию колебаний, т. е. отсутствует либо ничтожно мал эффект поглощения энергии вибрации.

Стоит упомянуть о нескольких способах, которыми зачастую пытаются решить вопрос виброзащиты.

Зачастую, не задумываясь о физико-механических характеристиках материала, вместо фундаментов пытаются использовать различные вспененные материалы — пенорезину, пенополиуретан, пенопласт и т. д. При этом часто забывают, что попадая под значительное давление передаваемое элементами оборудования — станин или опор — данные пористые материалы меняют как свою первоначальную форму, так и внутреннюю структуру, которая в ненагруженном состоянии позволяла поглощать звуковые волны. Вследствие указанных изменений, через некоторое время вибрация получают практически беспрепятственный доступ к строительным конструкциям и распространяется в виде структурного шума по смежным помещениям здания.

В нашей практике мы сталкивались и с другой попыткой найти решение из ситуации с обеспечением виброзащиты — установкой под опорными частями оборудования высокоэластичных резиновых пластин с низкой твердостью — т.н. «вакуумных резиновых пластин». Однако, именно высокая эластичность «вакуумных» резин ведёт е к гашению колебаний, а к их отражению, а зачастую и к усилению, из-за возникающего резонанса, и к раскачиванию размещенного на такой подложке оборудования. Кроме того, значительная часть колебательной энергии переходит в звуковую.

Последнее время ряд компаний выходят на рынок с предложениями использовать в качестве демпфирующих материалов изделия, содержащие большое количество отходов резиновой и шинной промышленности, в частности резиновой крошки, полученной дроблением использованных автомобильных шин. Обычно такие материалы подаются, как новые инновационные высокотехнологичные разработки с уникальным комплексом свойств с завлекательными названиями, где обязательно присутствуют отсылки и к вибрациям — «Вибро-» и и к основному материалу резина — «…рез», не акцентируя внимание потребителя на том, что «…рез» — это отходы со свалки. Вполне очевидно, что эти «виброизоляционные материалы» вчистую проигрывают демпфирующим эластомерам обладают низкими показателями как несущей способности, так и способностью к поглощению вибрационных колебаний. Но они решают часть задач экологической повестки — используют материалы вторичной переработки, что, конечно важно.

Хорошим и рациональным решением обеспечения виброзащиты представляется использование демпфирующих эластомерных пластин ПД-С-Ф-10−500×500 ТУ 22.19. Эффективность таких пластин определяется пониженным динамическим модулем упругости — 12 МПа и высоким коэффициентом механических потерь 0,7. Преимущества использования эластомеров в сравнении с массивным бетонным фундаментом заключаются в меньшей материалоемкости, уменьшении массы конструкции и времени монтажа при аналогичном поглощающем эффекте. По сравнению с применением виброизоляторов, у ПД-С-Ф-10−500×500 выше надежность конструкции — т.к. в демпфирующей пластине имеется всего один элемент. Важно понимать, что речь ведётся именно о поглощении вибрации, а не об изоляции в общепринятом смысле — т. е. энергия колебаний не возвращается к источнику, а переходит в тепловую.

При решении задач виброизоляции в условиях производства с исключительно высоким уровнем шума и вибрации — к примеру, когда единица оборудования имеет несколько источников шума разной интенсивности, будет рационально использовать комбинацию бетонного фундамента с противовибрационными элементами — в частности в рассматриваемыми с эластомерными пластинами. На рис. показан комбинированный фундамент стаканного типа — после формирования железобетонного основания внешнего фундамента в нем формируется (укладывается) слой демпфирующего эластомерного материала толщиной 20 — 30 мм, поверх которого заливается непосредственный фундамент оборудования. В такой конструкции происходит повышенное снижение интенсивности колебаний за счет прохождения волн через слои материалов с различными динамическими модулями и, соответственно, различающимися удельными акустическими сопротивлениями. Увеличение числа слоев эластомерных пластин ведет к увеличению поглощающей способности всей конструкции, т. е. лучше применить 2−3 слоя эластомера толщиной 10 мм, чем 1 слой толщиной 20−30 мм.

Высокая способность демпфирующих эластомерных пластин для виброзащитных изделий ПД-С-Ф ТУ 22.19. к поглощению колебательной энергии определена химическим строением и межмолекулярным взаимодействием матрицы, представляющей собой комбинацию синтетических эластомеров и распределенного в ней структурированного эластомера, что придаёт высокую способность демпфирующей пластины гасить энергию колебаний, переводя её в тепловую. Присутствие в составе вибродемпфирующей резины эффективных полимерных наполнителей позволило создать условия для применения материала для поглощения колебаний в т. ч. и в самых сложных ситуациях.
Демпфирующие эластомерные пластины ПД-С-Ф-10−500×500 ТУ 22.19. выпускаются в виде плит размером 500×500 мм толщиной 10 мм и 20 мм. Пластины работоспособны в интервале температур от -40 до +120° С в воздушной и водной средах, а также при наличии масел и других агрессивных жидкостей, что делает их использование в условиях производства предпочтительным.
Характеристики демпфирующих эластомерных пластин ПД-С-Ф-10−500×500 ТУ 22.19. позволяют отнести их к эффективным материалам и изделиям для использования для виброзащиты и звукоизоляции в диапазоне низких звуковых частот, включая и сверхнизкие частот, которые находятся за пределами нормируемого диапазона.