CC BY
77
Федосов В.А. Fedosov У.Л.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины, аппараты, приборы и технологии сервиса» ФГБОУ ВО «Уфимский государственный университет экономики и сервиса», Россия, г. Уфа
Августинович А.В. Avgustinovich A. V.
магистрант кафедры «Промышленная безопасность и охрана труда» ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», Россия, г. Уфа
УДК 666.013.8
ВИБРОАКУСТИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВИБРАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ
В связи с возросшим уровнем современных технологий актуальной проблемой на сегодняшний день остается непрерывный контроль за многими параметрами технологического процесса и контроль состояния оборудования. Наиболее важными являются параметры механического движения, в частности, параметры периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве (вибрации).
Для обеспечения требований и норм по охране труда обязательным условием на производстве остается на сегодняшний день измерение локальной вибрации и внесение ее показателей в соответствующий протокол. Это исследование сможет позволить разработать меры по предотвращению вредного воздействия вибрации на состояние здоровья человека и минимизировать риск развития вибрационной болезни у работающих.
Постоянный и непрерывный контроль допустимых уровней вибрации может осуществляться только с помощью высокоточных вибродатчиков.
В данной работе были рассмотрены устройства для контроля уровня вибрации. Датчик, измеряющий уровень вибрации контактным методом, содержит пьезоэлектрический акселерометр, детектор, усилитель, блок формирования дискретных опорных уровней, пороговый элемент сравнения, исполнительное реле, индикатор. С помощью данного устройства повышается точность за счет увеличения чувствительности, а также обеспечивается надежность работы.
Использование усилителя-интегратора в устройстве позволяет достаточно сильно повысить помехозащищенность устройства, в связи с тем что уровень его выходного сигнала на несколько порядков выше уровня возможных случайных помех.
Снабжение устройства блоком формирования дискретных опорных уровней с заранее заданными величинами, значения которых определяются типом контролируемого оборудования, позволяет в значительной степени сократить затраты на его обслуживание, так как устройство работает в режиме индикатора и фиксирует превышение заранее заданных уровней вибрации.
Кроме этого, устройство снабжается блоком акустического прослушивания, позволяющим не только фиксировать аварийную ситуацию персоналу, находящемуся вне зоны контролируемого агрегата, а также более правильно определять предаварийную ситуацию.
С помощью рассмотренных в работе устройств решается наиболее важная задача на производстве - повышение надежности автоматической защиты, уровня контроля, помехозащищенности устройства, экономичности за счет неэкранированной линии связи, а также снижение трудозатрат при его обслуживании.
Ключевые слова: охрана труда, профессиональные заболевания, работающий, вибрация, условия труда, устройство контроля, вредные факторы, безопасность на производстве, вредное влияние, эффект.
VIBRO-ACOUSTIC TECHNIQUEFOR MEASURING THE VIBRATION
LEVEL AT THE ENTERPRISES
Due to the increased level of modern technology, the actual problem today remains continuous monitoring of many parameters of the technological process and equipment condition monitoring. The most important are the parameters of a mechanical movement, in particular the parameters of the periodic movements of the examined object in space (vibration).
To ensure requirements and regulations on labor protection an integral part of the production is by far the measurement of the local vibration and its inclusion of indicators in the appropriate protocol. This study will allow to develop measures to prevent the harmful effects of vibration on human health and minimize the risk of vibration disease in workers.
Constant and continuous monitoring of the permissible vibration levels can only be carried out using high-precision vibration.
In the present work, we have considered the device to control the level of vibration. A sensor for measuring the vibration of the contact method, contains a piezoelectric accelerometer, detector, amplifier, block the formation of discrete reference levels, the threshold element of comparison, the output relay, indicator. Using this device increases the accuracy by increasing the sensitivity and ensures reliable operation.
The use of the amplifier-integrator in the device is sufficient to greatly improve the noise immunity of the device, due to the fact that the level of its output signal by several orders of magnitude above the level of possible random noise.
Supply device block the formation of discrete reference levels with predetermined quantities, whose values are determined by the type of controlled equipment, greatly reduce the cost of maintenance, as the device operates in a mode indicator, and record the excess of the predetermined vibration levels.
In addition, the device is supplied with a block of acoustic listening, allowing not only to fix the emergency personnel outside the zone of the controlled unit, and more correctly identify the pre-emergency situation.
With the help of considered devices solved the most important problem in the production - improving the reliability of automatic protection, level control, noise immunity of the device efficiency due to the unshielded lines of communication and reduce labor costs when maintenance is required.
Key words: labor protection, occupational diseases, working, vibration, working conditions, device control, harmful production factors, safety in the manufacture, harmful effect, effect.
Внедрение нового и модернизация существующего оборудования, увеличение производительности труда и рост мощности и быстроходности машин и механизмов зачастую сопровождается ухудшением условий труда на производстве - значительным повышением уровня вибрации и шума на рабочих местах [1].
Вибрация, являясь общебиологическим раздражителем, существенно влияет на все системы организма человека, вызывая при этом преждевременное утомление у работающих. В результате этого снижается работоспособность и производительность труда, а при длительном воздействии вибрации на человека развивается тяжелое профессиональное заболевание - вибрационная болезнь. Подробная классификация вредного влияния вибрации приведена на рисунке 1 (см. стр. 106).
В связи с вредным влиянием вибрации на ор-
ганизм человека необходимо придавать особое значение вопросам борьбы с вибрацией на производстве [2].
Но для того, чтобы начать бороться с вибрацией на производстве, вначале необходимо ее измерить. Согласно ГОСТ 12.1.012-2004 «Вибрационная безопасность» контроль вибрации должен осуществляться на рабочих местах в процессе производства для оценки вибрационной безопасности труда [3].
Для оптимизации проведения специальной оценки условий труда и получения более достоверных ее результатов в данной работе рассматривается устройство, относящееся к виброизмерительной технике, которое позволяет контролировать уровень вибрации вращающихся механизмов, работающих в агрессивных условиях окружающей среды.
Устройство работает в режиме индикатора, фиксируя превышение заранее заданных уровней
вибрации по трем пределам: «норма», «опасно», «авария». При этом аварийный уровень задается уже при монтаже устройства в пределах «п» значений. Это позволяет значительно уменьшить трудозатраты на обслуживание устройства и не требует обязательной ежегодной поверки. Структурная схема устройства для контроля уровня вибрации на производстве представлена на рисунке 2 (см. стр. 107).
Данное техническое устройство относится к области контроля параметров условий труда на производстве и расширяет возможности экспертизы условий труда при проведении специальной оценки условий труда.
Устройство для контроля уровня вибрации агрегатов включает датчик вибрации 1, состоящий из пьезоэлектрического акселерометра 2 и последовательно соединенного с ним усилителя-интегратора 3. Применяемый в рассматриваемом устройстве датчик вибрации позволяет измерять уровень вибрации контактным методом. Схема датчика вибрации представлена на рисунке 3 (см. стр. 107).
Как видно из названия, в основу работы данного типа прибора положен пьезоэффект - явление возникновения разности потенциалов на пьезокри-сталле при его механической деформации. При этом выход датчика вибрации 1 соединен с одним входом масштабного усилителя 4 контролирующего блока 23 и последовательно через детектор 5 - с параллельно установленными компараторами 6, 7, 8, выходы которых соединены с входами соответствующих световых индикаторов уровней вибрации 9,10, 11, а также с блоком звуковой сигнализации 12 и исполнительным реле 13, включенным параллельно с индикатором уровня «авария» 9.
Устройство снабжено блоком задержки 14, вход которого подключен к выходу компаратора уровня «авария» 6, а выход - к индикатору уровня «авария» 9, и параллельно установленным блоку звуковой сигнализации 12 и исполнительному реле 13 через блок задержки 14.
Выход детектора 5 соединен с блоком формирования токового выхода 15 и параллельно с ним через ключ 1 логарифмическим индикатором 17 текущего значения уровня вибрации.
Блок формирования дискретных опорных уровней (блок уставок аварийного уровня) 18 соединен с входом масштабного усилителя, второй выход которого через выключатель 16 соединен с блоком обработки сигнала 19, к выходу которого подключено устройство акустического прослушивания 20.
Датчик вибрации соединен с контролирующим
блоком двухпроводной линией 21 [4].
Работает данное устройство контроля уровня вибрации агрегатов следующим образом. Датчик вибрации 1 устанавливают на контролируемый объект, механические колебания с которого поступают на пьезоэлектрический акселерометр 2, где преобразуются в электрический сигнал, который усиливается, интегрируется, величина которого на выходе датчика пропорциональна величине виброскорости и выше уровня возможных случайных помех. Это объясняется тем, что выходное сопротивление датчика приближается к нулю, что значительно повышает помехозащищенность и позволяет выполнить линию связи 21 между датчиком вибрации 1 и контролирующим блоком 23 неэкраниро-ванной и длиной до тысячи метров.
Затем сигнал поступает на вход масштабного усилителя 4, на другой вход которого с выхода блока формирования дискретных опорных уровней 18 подается сигнал «п» фиксированных уставок через переключатели, соответствующие ГОСТу или удовлетворяющие требованиям заказчика. С выхода масштабного усилителя 4 через детектор 5 сигнал подается на входы компараторов 6, 7, 8, где фиксируется превышение уровня уставки по трем уровням: «норма», «опасно», «авария» соответственно, а затем подается на входы световых индикаторов 9, 10,11. При этом компараторы 7 и 8 работают в режиме реального времени, а вход индикатора 9, а также входы параллельно установленных исполнительного реле 13 и блока звуковой сигнализации 12 подключены к выходу компаратора уровня «авария» 6 через блок задержки 14, имеющий специфическую (пилообразную) характеристику и служащий для дополнительного предупреждения ложного срабатывания устройства. Это объясняется тем, что блок задержки суммирует по времени уровень вибрации и не допускает срабатывания исполнительного реле 13 от случайных факторов. В случае действительно аварийного состояния блок задержки 14 выдает сигнал на индикатор 9 уровня «авария», исполнительное реле 13 и блок звуковой сигнализации 12 с обеспечением аварийного отключения контролируемого механизма в течение нескольких секунд.
Блок 15 работает в режиме текущего времени и обеспечивает формирование токового выхода на вторичный контролирующий прибор. Логарифмический индикатор 17, показывающий все текущие значения вибрации, при необходимости включается второй группой переключателей 16 и позволяет без переключения диапазона проконтролировать текущее значение уровня вибрации в пределах между уставками компараторов 6, 7, 8 по виброскорости,
что позволяет повысить достоверность определения действительного вибрационного состояния контролируемого объекта.
Со второго входа масштабного усилителя 4 при включении первой группы переключателей 16 сигнал поступает на блок обработки сигнала 19 и далее на устройство 20 акустического прослушивания. В качестве устройства акустического прослушивания может быть использован, например, головной телефон.
Так как слуховой орган человека более чувствителен к различным оттенкам звука, то это позволяет значительно повысить достоверность контроля.
Датчик вибрации устанавливается дистанционно благодаря значительно удлиненной линии связи 21, что позволяет использовать датчик в агрессивных условиях окружающей среды, где затруднен контроль с помощью переносных приборов.
Помимо рассматриваемого датчика вибрации для целей оценки условий труда также могут применяться датчики, принцип измерения которых основан на бесконтактных методах измерения вибрации. Обычно зондирование объекта осуществляется звуковыми и электромагнитными волнами. Принципиальная схема оптического датчика представлена на рисунке 4 (см. на стр. 107).
В основу работы оптического датчика положен эффект Доплера. Прибор содержит лазерный ис-
точник излучения, приемную оптическую схему, а также электронную схему обработки. При отражении излучения от неподвижного объекта длина волны принятого луча не отличается от истинной длины волны лазера. Если объект перемещается вдоль оси излучения, происходит сдвиг длины волны отраженного излучения на некоторую величину (эффект Доплера), значение и знак которой несут информацию о скорости и направлении движения объекта, а используемая в составе приемного оптического модуля интерферометрическая схема позволяет определить эту величину. Таким образом, колебания отражающей поверхности модулируют частотный сдвиг, и электронная обработка этого сигнала модуляции позволяет получить параметры вибрационных колебаний [5].
С помощью рассмотренных выше устройств решается наиболее важная задача на производстве - повышение уровня контроля вибрационной безопасности, надежности автоматической защиты, помехозащищенности устройства, экономичности за счет неэкранированной линии связи, а также снижение трудозатрат при его обслуживании. Применение различных видов датчиков вибрации позволяет получить более корректные измерения вибрационной нагрузки на работников промышленных предприятий.
Рис. 1. Классификация вредного влияния вибрации на человека
Рис. 2. Структурная схема устройства для контроля уровня вибрации на производстве
Рис. 3. Схема пьезоэлектрического датчика
Рис.4. Схема оптического датчика
Список литературы
1. Колосов Ю.В. Защита от вибраций и шума на производстве: Учебное пособие [Текст] / Ю.В. Колосов, ВВ. Барановский. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2011.
- 38 с.
2. Абдрахимов Ю.Р. Анализ изменений в процедуре оценки рабочих мест по условиям труда [Текст] / Ю.Р. Абдрахимов, А.В. Федосов, Д.Р. Маку-лова, Р.Р. Худайбердин // Нефтегазовое дело. - 2014.
- № 2. - С. 383-391.
3. Вибрационная безопасность. Общие требования [Текст]: ГОСТ 12.1.012-2004. - Взамен ГОСТ 12.1.012-90; введ. 1.07.2008.
4. Пат. 2202771 Рос. Федерация G01H17 Устройство для контроля уровня вибрации [Текст] / В.В. Измайлов, Н.Б. Вязьмитинов, В.М. Батальцев; заявитель и патентообладатель ООО «Центр технической диагностики» Измайлов Владимир Валентинович. - № 2001124773/28. - Заявл. 07.09.2011. -Опубл. 20.43.2013. - 3 с.: ил.
5. Мухамадиев А.А. Классификация акустооп-тических измерительных преобразователей для систем экологического и техносферного мониторинга // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - Т. 10. - № 4. - С. 113-117.
References
1. Kolosov Ju.V. Zashhita ot vibracij i shuma na proizvodstve. Uchebnoe posobie [Tekst] / Ju.V. Kolosov, V.V. Baranovskij. - SPb: SPbGU ITMO, 2011. - 38 s.
2. Abdrahimov Ju.R. Analiz izmenenij v procedure ocenki rabochih mest po uslovijam truda // Neftegazovoe delo. - 2014. - № 2. - S. 383-391.
3. Vibracionnaja bezopasnost'. Obshhie trebovanija [Tekst]: GOST 12.1.012-2004. - Vzamen GOST 12.1.012-90; vved. 1.07.2008.
4. Pat. 2202771 Ros. Federacija G01H17 Ustrojstvo dlja kontrolja urovnja vibracii [Tekst] / V.V. Izmajlov, N.B. Vjaz'mitinov, V.M. Batal'cev; zajavitel' i patentoobladatel' OOO «Centr tehnicheskoj diagnostiki» Izmajlov Vladimir Valentinovich. - № 2001124773/28. - Zajavl. 07.09.2011. - Opubl. 20.43.2013. - 3 s.: il.
5. Muhamadiev A.A. Klassifikacija akustoopticheskih izmeritel'nyh preobrazovatelej dlja sistem jekologicheskogo i tehnosfernogo monitoringa // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2014. - T. 10. - № 4. - S. 113-117.
