Проблема снижения уровней вибрации и шума на строительно-дорожных машинах (СДМ) в настоящее время приобретает все большую актуальность. Повышенная вибрация снижает ресурс силовых агрегатов СДМ, вызывает дополнительное потребление энергии в переходных режимах работы агрегатов, приводит к возникновению и развитию профессиональных заболеваний обслуживающего персонала [1].
Выбор определенных методов и средств защиты зависит от конструкции машины. Поэтому при разработке системы виброзащиты на первом этапе необходимо выявить основные источники динамического воздействия, их интенсивность, частотный диапазон, а также пути распространения вибрации от источника до защищаемого объекта [2,7].
Методы виброзащиты делятся на две большие группы: снижение параметров вибрации воздействием на источник возбуждения и снижение параметров вибрации на путях ее распространения. Структурная схема классификации методов виброзащиты представлена на рисунке 1.
Причиной вибрации являются возникающие при работе машин неуравновешенные силовые воздействия. В общем случае источником вибрации являются:
- физико-химические процессы, происходящие в источнике, например, ДВС;
- возвратно-поступательные движущиеся системы;
- неуравновешенные вращающиеся массы;
- ударное воздействие сопрягаемых деталей;
- оборудование, использующее ударное воздействие на обрабатываемый материал [4,5].
Снижать воздействие вибрации, воздействуя на источник возбуждения можно следующими способами: снижение самовозбуждения вибрации, снижение параметрического возбуждения, снижение кинематического возбуждения и снижение силового возбуждения вибрации.
Самовозбуждение вибрации это колебание системы, вызванное поступлением энергии от неколебательного источника, которое регулируется движением самой системы. Параметры этих колебаний в значительной степени определяются нелинейными свойствами системы [7,8].
Параметрическое возбуждение вибрации это возбуждение колебаний системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного или нескольких её параметров (массы, момента инерции, коэффициента жесткости). При этом возникают действующие на систему нестационарные силы, зависящие от координаты и скорости, а также от времени в явном виде.
Кинематическое возбуждение вибрации это возбуждение вибрации системы сообщением каким-либо её точкам заданных движений, не зависящих от состояния системы. Снижение кинематического возбуждения возможно следующими путями: изменение конструктивных элементов машин, уменьшение неровности профиля пути машин и повышение нивелирующей способности опорных элементов машин [5,6].
Силовое возбуждение вибрации это возбуждение вибрации вынуждающими силами и моментами. Снижение силового возбуждения осуществляется изменением конструктивных элементов источника возбуждения, изменением частоты вибрации источника возбуждения, изменением характеристик вынуждающих сил и моментов, обусловленных рабочим процессом в машине и уравновешиванием. Уравновешивание, в свою очередь, осуществляется путем уравновешивания вращающихся масс, уравновешиванием поступательно-движущихся масс и уравновешиванием сложно-движущихся масс.
Снижение виброактивности конкретного источника вибрации является очень специфичным делом. Общим подходом к решению этой задачи является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения частоты воздействия или изменения масс и, соответственно, линейных скоростей. Также можно использовать перераспределение энергии во времени, делая процессы более плавными.
Вторая большая группа методов виброзащиты включает в себя меры по снижению вибрации на путях ее распространения. К этим методам относятся: изменение конструктивных элементов машин, использование демпфирующих покрытий, антифазная синхронизация двух или нескольких источников возбуждения и встраивание дополнительных устройств в конструкцию машин. Встраивание дополнительных устройств может осуществляться как виброизоляция и как виброгашение.
Виброизоляция — это метод виброзащиты заключающийся в ослаблении связи между источником и объектом путем размещения между ними виброизолирующего элемента. Различают активную и пассивную виброизоляцию, каждая из которой может быть силовой и кинематической [10].
Виброгашение — это метод виброзащиты заключающийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения характера его колебаний. Различают активное и пассивное виброгашение [3,9].
На рисунке 2 представлена классификация средств вибрационной защиты. Средства виброзащиты делятся на средства виброгашения и непосредственно средства виброзащиты.
Средства виброгашения можно разделить на ударные виброгасители и динамические виброгасители. Работа динамических виброгасителей основана на формировании силовых воздействий, передаваемых на объект. Изменение колебательного состояния объекта при присоединении динамического виброгасителя происходит либо за счет перераспределения колебательной энергии от объекта к виброгасителю, либо за счет увеличения рассеивания энергии колебаний. В первом случае речь идет об инерционных динамических гасителях, которые применяют, как правило, для подавления моногармонических или узкополосных случайных вибраций. В случае широкополосной вибрации предпочтительным оказывается второй подход, состоящий в присоединении к объекту дополнительных демпфирующих элементов, так называемых поглотителей колебаний. Ударные виброгасители не могут осуществить полную компенсацию колебаний, при моногармоническом возбуждении, и речь может идти только об их частичном подавлении. Уменьшая колебания на частоте внешнего воздействия, ударный гаситель вместе с тем возбуждает высокочастотные колебания системы [11].
Средства виброзащиты (СВ) делятся на простые и составные. Составные средства виброзащиты могут быть с последовательным, параллельным или комбинированным включением простых СВ. Простые СВ делятся на активные (АСВ) и пассивные (ПСВ). Как АСВ так и регулируемые ПСВ можно регулировать несколькими способами: изменением кинематических характеристик механизма преобразования движения инерционного элемента, изменением характеристик инерционного элемента, изменением характеристики демпфирующего элемента, изменением кинематических характеристик направляющего устройства, изменением характеристики упругого элемента или изменением нескольких перечисленных характеристик. Также АСВ различают по назначению на АСВ поддерживающие относительное статическое положение и АСВ, поддерживающие относительное статическое положение и требуемые динамические характеристики, и по принципу управляемости на АСВ с управлением по динамическим характеристикам источника вибрации, АСВ с оптимальным управлением по динамическим характеристикам объекта виброзащиты и АСВ с управлением по допустимым значениям динамической характеристики объекта виброзащиты. Данная классификация позволяет в зависимости от типа вибрации выбрать оптимально средства защиты.