Průmyslové vibrace

Vibrace jako faktor ve výrobním prostředí se nacházejí v kovoobráběcím, těžebním, hutním, strojírenském, stavebním, leteckém a lodním průmyslu, zemědělství, dopravě a dalších odvětvích hospodářství.

Podle způsobu přenosu na lidskou obsluhu se rozlišují místní a obecné vibrace.

Místní vibrace jsou jedním z nejčastějších pracovních faktorů. Jeho zdrojem jsou ruční stroje (nebo ruční elektrické nářadí), ovládání strojů a zařízení (rukojeti, volanty, pedály), ruční nemechanizované nástroje a přístroje (například různá kladiva), ale i obrobky, které dělníci drží v rukou. Práce s tímto zařízením zahrnuje vystavení lidského těla vibracím přenášeným přes ruce, nohy nebo jiné části těla.

Působením vibrací na tělo dochází k různým změnám v činnosti centrálního a periferního nervového systému a také k cévním poruchám.

Mezi opatření k zamezení nepříznivých účinků vibrací a souvisejících faktorů při práci s vibrujícími nástroji patří:

Technická (konstruktivní) opatření ke snížení vibrací – změna tělesné hmotnosti nástroje, vyhřívání rukojetí, správná organizace pracovního a odpočinku pracovníků.

Vybavení místností pro vytápění při práci na otevřených prostranstvích v chladném období, organizování teplých jídel, povinné používání osobních ochranných prostředků.

Obecná vibrace je transportní vibrace, technologické vibrace a dopravně-technologické vibrace. Mezi zdroje dopravních vibrací patří: zemědělské a průmyslové traktory, nákladní auta, vlaky.

Mezi zdroje dopravně-technologických vibrací patří: bagry (včetně rotačních), průmyslové a stavební jeřáby, důlní nakládací stroje, samojízdné vrtací vozy.

Mezi zdroje technologických vibrací patří: kovoobráběcí a dřevoobráběcí stroje, kovací a lisovací zařízení, slévárenské stroje, zařízení chemického a petrochemického průmyslu.

Při dlouhodobém vystavení celkovým vibracím, traumatu meziobratlových plotének a kostní tkáně, posunutí břišních orgánů, změnám motility hladkých svalů žaludku a střev, bolesti v bederní oblasti, snížené zrakové ostrosti, poruchám vnímání barev , může se vyvinout zúžení hranic zorného pole a zhoršená koordinace pohybů.

Celkové vibrace mají negativní vliv na oblast ženských a mužských genitálií, dýchací orgány a endokrinní systém. Pracovníci v profesích nebezpečných pro vibrace s bohatými zkušenostmi pociťují neuritidu sluchových nervů a v pokročilých stádiích onemocnění je pozorována ztráta sluchu.

Hlavním dokumentem upravujícím parametry a maximální přípustné úrovně vibrací na pracovišti jsou hygienická pravidla a předpisy SanPiN 1.2.3685-21 „Hygienické normy a požadavky na zajištění bezpečnosti a (nebo) nezávadnosti faktorů prostředí pro člověka.

Prevence negativního vlivu vibrací na organismus zahrnuje používání osobních ochranných pracovních prostředků, eliminaci přímého kontaktu s vibrujícími zařízeními pomocí dálkového ovládání, průmyslových robotů, mechanizace a automatizace procesů, náhrada technologických operací; snížení intenzity vibrací přímo u zdroje (díky konstrukčním vylepšením); použití elastických tlumicích materiálů a zařízení umístěných mezi zdrojem vibrací a lidskou obsluhou. V souboru opatření ke snížení nepříznivých účinků vibrací na lidský organismus hraje důležitou roli režim práce a odpočinku.

Terapeutická a preventivní opatření obecných i místních vibrací zahrnují předběžné a pravidelné lékařské sledování zdravotního stavu pracovníků v souladu s nařízením Ministerstva zdravotnictví Ruska ze dne 28.01.2021. ledna 29 č. 213n „O schválení postupu pro provádění povinné předběžné a pravidelné lékařské prohlídky pracovníků stanovené ve čtvrté části článku XNUMX zákoníku práce Ruské federace, seznam lékařských kontraindikací pro provádění práce se škodlivými a (nebo) nebezpečnými výrobními faktory, jakož i práce, během kterých jsou povinné jsou prováděny předběžné a pravidelné lékařské prohlídky.”

Prevence vibrační patologie také zahrnuje průmyslovou gymnastiku, UV ozařování, vitamínovou profylaxi a další obecná posilovací opatření.

Práce v bezpečném prostředí zajišťuje zdraví zaměstnanců.

• Informace o středisku
• Průvodce
• Struktura
• Kontakty
• Informace o vzdělávací organizaci
• Naše akce
• Pořizování
• Státní zadání
• Protikorupční

V roce 2017 jsme zahájili sérii článků o zrychleném testování. Nedílnou součástí zrychleného testování je vibrační testování se šesti stupni volnosti. V tomto článku se budeme zabývat vlastnostmi provádění vibračních zkoušek za zrychlených zkušebních podmínek a ukážeme jejich rozdíl od klasického přístupu k přejímacím zkouškám (AT).

Elektrodynamické (dále ED) vibrační stojany se již mnoho let používají k simulaci vibrací prostředí, testování produktů v leteckém průmyslu, automobilovém průmyslu, železniční dopravě atd. Pomocí řídicího ovladače lze generovat libovolný profil vibrací na aktuátoru třepačky. Náhodný profil vibrací je nejrealističtější díky své podobnosti s vibracemi okolního prostředí. Náhodné vibrační testování je nejvíce žádané v letectví a astronautice, v automobilovém a železničním průmyslu.

Před startem je kosmická loď testována v podmínkách blízkých okolnímu prostředí. Během vesmírných programů Mercury, Gemini a Apollo byly k vytváření náhodných vibrací použity ED ovladače (US Navy, 1979). Profil NAVMAT zobrazený na obrázku 1 se stal de facto standardem pro náhodné vibrační testování ve Spojených státech.

Systémy s opakovaným nárazem (RS-systémy) byly vyvinuty v roce 1989 společností Qualmark. Na rozdíl od systémů ED, které poskytují vibrace s přesně řízeným spektrálním obsahem podél jedné osy, systémy s více nárazy poskytují vibrace podél všech šesti souřadnic. To znamená, že testovací jednotka je současně zatěžována podél tří os a rotace kolem těchto os je také reprodukována. Generovaný spektrální profil se nazývá „pseudonáhodný“. Na rozdíl od profilu NAVMAT není spektrální obsah systému s více nárazy řízen v reálném čase, ale je charakteristický pro odezvu stolu, nástrojů a produktu na nárazy od akčních členů pod stolem.

Systém opakovaného nárazu je navržen tak, aby splnil velmi specifický cíl: rychle opotřebovat prototyp, dokud se nerozbije. Vzhledem k významným rozdílům v poslání musí být systém opakovaných úderů radikálně odlišný od systému ED. Obrázek 2 ukazuje návrh typického systému RS. Pohony jsou namontovány pod úhlem k povrchu stolu, takže každá akce nárazu způsobí náraz na více než jednu osu. Jsou také navrženy tak, aby udeřily v různých směrech. Vzorek je připevněn k horní části stolu pomocí speciálního přípravku, který se liší od přípravku použitého na aktuátoru ED.

Porovnání spektrální hustoty energie

Náhodné vibrace generované oběma systémy jsou vyjádřeny v g2/Hz a tvarem grafu výkonové spektrální hustoty (PSD). Závěry o účinnosti testů dvou systémů jsou často založeny na srovnání těchto ukazatelů. Jejich výrazně odlišný design však ovlivňuje napětí indukovaná ve vzorku, což může vést k chybným závěrům ohledně nadřazenosti jednoho systému nad druhým.

Po pochopení rozdílů mezi systémy může uživatel maximálně využít oba systémy k dosažení svých cílů: vytvoření nejspolehlivějšího produktu, snížení nákladů na záruku, zvýšení doby provozuschopnosti produktu a zvýšení spokojenosti zákazníků. Jak je uvedeno výše, PSD systému ED lze ovládat a tvarovat. Naměřená výkonová spektrální hustota v ED systému naprogramovaném s profilem NAVMAT je znázorněna na obrázku 3. Horní frekvenční limit většího ED systému je kolem 2000 Hz, což omezuje schopnost buzení rezonančních frekvencí malých elektronických součástek. Uvažujme PSD tabulky systému úderů s více opakováním (obr. 4). Tvar PSD není plochý jako u náhodného signálu, systém má významnou energii nad 2000 Hz, díky čemuž je efektivnější pro testování menších sestav a součástek s vyššími rezonančními charakteristikami, jako jsou elektronické součástky osazené SMD.

Porovnání signálů v reálném čase

Rozdíly v dopadu jsou zřejmé, když jsou zkoumány signály zrychlení v reálném čase z obou systémů. Obrázek 5 ukazuje signál zrychlení ze systému ED během náhodné vibrace. Důležité je, že maximální úrovně zrychlení zůstávají v pásmu 3 sigma. Jedná se o typickou charakteristiku náhodného kmitání generovaného regulátorem. Pohon má navíc omezení maximálního výkyvu a ovladač systému kontroly vibrací omezí pohyb pohonu. Signál v reálném čase ze systému RS je znázorněn na obrázku 6. Prvním rozdílem jsou úrovně okamžitého zrychlení. Při nárazu měniče na stůl dojde k prudkému zrychlení, přičemž následný pokles signálu a amplitudy jsou charakteristikou odezvy stolu. Překrývající se dopady pohonů jsou jasně viditelné. Zde uvedené měření platí pro osu Z, která je kolmá k horní části tabulky. V systému RS je maximální okamžité zrychlení mnohem vyšší než u systému ED. Maximální úrovně zrychlení uvedené v tomto příkladu jsou v rozsahu

Další efekty následné excitace

Podrobné posouzení skutečné odezvy zkušebního vzorku v obou systémech odhaluje další klíčový rozdíl. Se systémem ED poskytuje PSD jasnou definici vstupního signálu vibrací na vzorku.

V systému RS je PSD naměřená na stole pouze částí tohoto signálu. Síla nárazu působící na stůl se pomocí zařízení přenáší na samotný výrobek. Obrázek 7 ukazuje časové signály zaznamenané na výrobku během opakovaného dopadu. Vrcholy spojené s údery jsou v těchto časových signálech jasně viditelné. Tyto vrcholy demonstrují mechanické rázy na výrobku a jeho přirozené rezonanční frekvence. Předpokládáme, že tyto frekvence nebudou v PSD naměřené na stole přítomny. Únavové jevy ve vzorku se vyskytují především na rezonanční frekvenci zařízení nebo součástky. To znamená, že nárazy v systému RS rychle způsobí únavu ve vzorku bez ohledu na přítomnost a úroveň těchto rezonančních frekvencí na stole.

Opakovaný dopad: Provedení experimentu

Složitý a náhodný pohyb produktu, který je výsledkem opakovaného nárazového buzení, může ztížit intuitivní pochopení účinků nárazů. Aby bylo možné porozumět vlivu systému RS na produkt, byl proveden experiment a zaznamenán na video. Experiment byl proveden v laboratoři Qualmark, Denver, USA. Efekty jsou jasně viditelné na vysokorychlostním videu (5 000 snímků za sekundu) – goo.gl/8qyckr. Když se pohyb desky ve vysokorychlostním videu porovná s buzením desky stolu a svítidla, je jasné, že posunutí stolu a svítidla je velmi nízké a odezva vzorku desky na přenášené vibrace je vyšší.

Když se deska ohne, dojde k deformaci v bodech připojení všech součástí na desce. Extrémní pohyby jsou znázorněny na obrázku 8, kde jsou zobrazeny dva superponované snímky z vysokorychlostního videa pro srovnání s vyznačenými místy. Video analýza pohybu umožňuje sledovat pohyb vybraných cílů. Potom lze vypočítat rychlost a zrychlení těchto bodů. Tato analýza popisuje výsledky sledování tří různých bodů na testované desce plošných spojů:

• deska jako celek;
• horní část velkého elektrolytického kondenzátoru;
• přední část relé.

Analýza probíhá současně na dvou osách. Obrázek 9 ukazuje graf údajů o pohybu samotné desky. Náraz způsobil velké pomalé pohyby v DPS, i když nedocházelo k reprodukci nízkofrekvenčních vibrací. Obrázek 10 ukazuje graf posunu velkého kondenzátoru. Protože je kondenzátor připevněn k desce, je možné určit pomocí překrytí grafů, zda tyto posuny jsou rezonanční odezvou kondenzátoru. Obrázek 11 ukazuje offset malého relé. Stejně jako u velkého kondenzátoru se relé pohybuje s deskou. Pohyb zahrnuje krátké, vysokofrekvenční výbuchy pohybu v častých intervalech. Obrázek 12 ukazuje zrychlení relé vypočítané z údajů o posunutí. Z průběhu je vidět, že relé reaguje na nárazy pohonů prudkým zrychlením, po kterém následuje kružnice směrem dolů, čímž se trajektorie pohybu pohonu opakuje.

Protože relé rezonuje na vyšší frekvenci (~1300Hz na základě grafu zrychlení), má čas na to, aby rezonovalo mezi údery akčního členu. PSD grafy byly vytvořeny ze zrychlení osy Y desky a relé. Jsou znázorněny na obr. 13 a 14. Vezmeme-li tato data v úvahu, lze studovat charakteristiky frekvenční oblasti desky a relé.

Dvě nízkofrekvenční špičky v PSD desky jsou pravděpodobně způsobeny pozorovanou rezonanční odezvou desky při těchto předpětích. Podle očekávání jsou tyto dva vrcholy v relé PSD duplikovány, protože se relé pohybovalo s deskou. PSD relé se však jasně liší od PSD desky na vyšších frekvencích, přičemž vrcholí na 1300 Hz, což odpovídá údajům o zrychlení relé v reálném čase.

Další zajímavý rozdíl v pohybu komponent v systémech ED a RS lze demonstrovat pomocí vysokorychlostní videokamery. Obrázek 15 ukazuje sledovací čáry, které byly získány po sledování bodu na akcelerometru namontovaném na produktu v systému ED. Podle očekávání se bod pohyboval podél jedné osy. Výsledky sledování stejné součásti v systému s opakovaným nárazem jsou znázorněny na obrázku 16. Ačkoli tato analýza ukazuje pouze dvě osy, podobné rozdíly jsou pozorovány na třetí ose. Je zřejmé, že trajektorie popsaná na obr. 16 spolehlivě potvrzuje, že systém RS pracuje ve třech směrech.

Dokáže systém ED reprodukovat tuto trajektorii střídavě v různých směrech? Vizuální značky (obr. 15) ukazují, že toho nelze dosáhnout, i když výrobek střídavě otáčíme ve zkušebních rovinách.

Různé dopady, různé cíle

Tyto rozdíly nevyvracejí účinnost obou systémů. Zdůrazňují skutečnost, že systémy jsou navrženy tak, aby dosahovaly různých cílů v úloze celkové spolehlivosti. Obecně platí, že systémy ED jsou navrženy pro testování shody a specifikací a testování PSI, zatímco systémy RS jsou ideální pro testování zaměřené na poruchy a pilotní přepracování produktu.

Závěr

Systémy ED a RS generují vibrace různými způsoby, což způsobuje různé únavové charakteristiky.

Na konci minulého století stačilo využít ED systémy, aby podniky nabídly vysoce kvalitní zařízení.

V současné době se objevuje nový přístup k organizaci vibračního testování produktů: nejprve zrychlené testování pilotních produktů pomocí systémů RS a finalizace návrhu. Tento cyklus pokračuje, dokud pilotní produkt úspěšně neprojde zrychleným testováním. Po uvedení produktu do výroby je produkt testován na ED systémech.

Zvenčí to vypadá jako neobvyklé „šílenství“. Podstatou přístupu je, že výrobce chce dosáhnout vysoké kvality výrobků již v raných fázích návrhu vzorku. V nejjednodušším experimentu jsme ověřili, že v systémech RS je možné vyvolat únavové jevy ve vzorku na úrovních PSD, které jsou systémem ED nedosažitelné. Pokud mají speciální produkty vysoké požadavky na kvalitu, pak by bylo lehkomyslné tento test zanedbávat.

RS systémy přitom nejsou všelékem na všechny problémy. Nelze je použít všude. Pro PSI neexistuje lepší zařízení pro testování vibrací než systém ED.

Proto je třeba otázku výběru systému řešit komplexně s přihlédnutím k charakteristikám různých fází výroby produktu.

Chcete-li vyvinout a implementovat zrychlené testování ve vašem podniku, zašlete žádost na e-mail [email protected] s předmětem „Zrychlené testování“. Nezapomeňte uvést rozměry vzorků, jejich hmotnost a zrychlení, se kterými aktuálně provádíte testy.