Повышение эффективности систем шумопонижения машин на основе физического эффекта интерференции звуковых волн тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Филатов, Николай Васильевич

• Филатов, Николай Васильевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Филатов, Николай Васильевич

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 .Актуальность разработки и совершенствования устройств шумопонижения в газовых потоках механизмов и машин. 7 1 ^.Перспективные направления снижения шумности газовых потоков при работе различных машин и механизмов.

1.3 .Постановка задач исследования

Глава 2. Аналитическое исследование шумообразования при работе машин.

2.1. Теоретические предпосылки снижения шума при работе машин.

2.2. Анализ существующих методов решения проблемы снижения шума при работе машин.

2.3. Анализ возникновения шума в процессе такта выпуска. 63 Интерференция как физическое явление. 74 Обоснование интерференции, стационарная интерференция

2.4. Математическая модель оптимизации параметров газового потока

2.5. Выводы по второй главе.

Глава 3. Методика проектирования разработанного устройства шумопонижения, конструктивные особенности и технология его изготовления

3.1. Методика проектирования устройства шумопонижения с улучшенными параметрами

3.2. Конструктивные особенности.

3.3. Технология изготовления элементов предлагаемой системы шумопонижения.

3.4. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Экспериментальное исследование влияния конструктивных особенностей отдельных участков и механических устройств системы на шумообразование.

4.1. Экспериментальное оборудование.

4.2. Методика проведения испытаний и их результаты.

4.3. Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Практическая реализация результатов исследования.

5.1. Примеры реализации разработанной конструкции устройства шумопонижения

5.2. Натурные испытания предложенного в настоящей работе устройства шумопонижения

5.2. Экономический эффект внедрения предлагаемого устройства шумопонижения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности систем шумопонижения машин на основе физического эффекта интерференции звуковых волн»

Одной из наиболее актуальных проблем, стоящих перед учеными, занятыми в проектировании, производстве и эксплуатации машин1 и механизмов, является снижение негативного техногенного воздействия, оказываемого ими в процессе работы на человека и окружающую среду.

Шум является одним из важных факторов, оказывающих влияние на здоровье человека. Помимо того, проведенные недавно исследования [9],[11], свидетельствуют о негативном воздействии шума и на окружающую среду, что особенно актуально в условиях постоянного изменения её параметров.

Проблеме шумопонижения при работе машин посвящено множество исследований [3], [5], [11] и т.д. При работе множества машин преобладающим источником шума является газовый поток в соединении с колебательными процессами на всех звуковых частотах. Такое положение наблюдается пр^ работе строительных компрессоров, высокоскоростных мельниц для измельченияг строительных материалов, в которых разделение частиц по крупности' достигается« при помощи подаваемого в зону помола воздуха под давлением, пневмотранспортных установок, систем выпуска газов двигателей внутреннего «сгорания, других машин и приспособлений различного назначения.

Существует ряд конструкторских разработок [13], [15], и т.д., направленных на снижение шумности газовых потоков, что достигается, как правило, применением различных, в основном механических, устройств. К механическим устройствам подобного воздействия следует отнести расширительную камеру, двухкамерный расширительный глушитель, резонансную камеру, перегородки с отверстиями, облицовку внутренних поверхностей трубопроводов шумопоглощающими материалами, интерферентные резонаторы и т.д. Находят применение и так называемые реактивные акустические фильтры, состоящие из ряда последовательно расположенных расширительных камер, соединенных между собой узкими трубками.

Однако, все перечисленные методы не лишены недостатков: дороговизна применяемых материалов, обусловленная их работой в агрессивных средах, большое количество составляющих деталей, сложность и многообразие технологических процессов при изготовлении системы шумопонижения, большие потери мощности в связи с появлением значительного сопротивления движению потока и, как следствие, появление в трубопроводах противодавления Таким образом, несомненный научный и практический интерес представляют поиск, разработка и применение экономически целесообразных методов снижения шумности газовых потоков с минимальным воздействием непосредственно на газовый поток.

Комплекс исследований, направленных на достижение цели и решение поставленных в диссертации задач, включает основные методы, базирующиеся на теоретических достижениях в области машиностроения, систем приводов и деталей, машин, теории подобия, математического моделирования.

При экспериментальных исследованиях- использовались высокоточные* методы регистрации измеряемых параметров:

Научная новизна работы заключается в следующем: 1.Установлены функциональные зависимости параметров ^звуковой волны-газового потока от конструктивных особенностей и параметров'рабочего процесса разработанного устройства шумопонижения;

2.Установлены зависимости потерь мощности машин на продвижение газового потока от геометрических параметров конструктивных элементов устройства шумопонижения;

3.Разработана методика проектирования устройств шумопонижения с улучшенными параметрами за счет обеспечения рациональных характеристик газового потока.

Подтверждением правильности научных разработок и разработанных методик расчетов является исследование газового потока в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, обусловленное наличием большого количества уже имеющихся работ по данному вопросу и наличием, в связи с этим, таких данных как параметры газового потока, спектров звуковых волн, необходимой величины снижения шумности на различных частотах и регламентированных величин допускаемых уровней звукового давления.

Практическая ценность данной разработки состоит в том, что разработанное устройство снижения уровня шумового воздействия от работы машин позволяет добиться:

1.Снижения шумового воздействия машин на окружающую среду на 37%;

2.Снижения потерь мощности на перемещение по трубопроводам газового потока на 11,1%;

3.Снижения материальных затрат при производстве и эксплуатации машин.

Практическая ценность данной работы подтверждена официальными результатами исследований, проведенных в бюро по доводке агрегатов отдела главного конструктора Ульяновского автомобильного завода.

Результаты данной научной разработки используются на Себряковском комбинате асбоцементных изделий (СКАИ) г.Михайловка, ООО «Эпико» г.Волжского и др.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Филатов, Николай Васильевич

Выводы по работе.

Материалы данной работы показывают, что автором полностью решены задачи, поставленные перед ним для решения, а именно:

1. На основе анализа существующих методов проектирования машин и механизмов, систем приводов, узлов и деталей машин автором выявлены следующие факторы, управление которыми позволит снижать шумность работы машин: характеристики работы различных систем машин; скорости истечения газового потока; принцип воздействия на звуковые волны (звуковое давление и интенсивность); геометрические параметры элементов конструкций устройства шумопонижения.

2. Разработана математическая модель, позволяющая установить функциональную зависимость параметров звуковой волны, проходящей по систе- • ме шумопонижения от конструктивных особенностей, расчетных физических величин и исполнения отдельных составляющих и всей системы в целом.

3. Спроектировано, изготовлено и использованошри*проведении соответствующих испытаний- экспериментальное оборудование, позволившее проводить комплексное исследование влияния изменения расчетных параметров составляющих элементов системы шумопонижения, на параметры звуковой волны, проходящей по элементам данной системы. Установлено, что применение' предложенного устройства шумопонижения позволяет снизить силу шума на 37%, потери мощности на 11,1%.

4.На основании результатов теоретико-экспериментального исследования разработана методика проектирования устройства шумопонижения газовых потоков машин без значительных потерь мощности с определением их параметров. Определены геометрические параметры отдельных конструктивных элементов устройств шумопонижения.

5.Разработанная методика проектирования и конструктивное решение устройства шумопонижения внедрены в практику на Себряковском комбинате асбоцементных изделий (СКАИ) и предприятии ООО «Эпико».

6.Результаты данной научной разработки используются в учебном процессе при подготовке специалистов в Себряковском филиале Волгоградского архитектурно-строительного университета.

7.Результаты практической реализации исследования свидетельствуют об технико-экономической эффективности принятых технических и технологических решений. Так снижение металлоемкости изготовления устройства шумопонижения по сравнению с серийным составило 3,7%, снижение трудоемкости изготовления до 5%, общее снижение затрат на изготовление и эксплуатацию составляет от 9 до 14%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Филатов, Николай Васильевич, 2010 год

1. Авторское свидетельство №380851 от 14.02.73. автор Филатов Н.В.

2. Гужас Д. Р. «Распространение шума по цилиндрическим »трубам и меры по его снижению. Автореферат на соискание ученой степени д.т.н.

3. С.Петербург 1997г. З.Осипов Б.И. «Разработка методов расчетно-экспериментального исследования глушителей автомобильных двигателей. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. Москва 1991г.

4. Лепендин Л.Ф. «Акустика» М.; Высшая школа, 1978.429с.

5. Старобинский Р.Н. д.т.н. «Глушители» Челябинск 1980г.

6. Каминский А. И. «Исследование * возможностей улучшения показателей карбюраторных двигателей при использовании волновых явлений в сдвоенных системах выпуска» Москва 1968г.

7. Ростов*на-Дону. Феникс 2006г.

8. Травина И.В. «Тайны гор». М. «Росмэн» 2002г.

9. Мустафа A.M. «Улучшение шумовых характеристик тракторного дизеля на основе акустического совершенствования его системы выпуска».1. Москва 1999г.

10. Уханов А.П. «Улучшение эксплуатационных показателей автотракторных двигателей» С.Пб. Маяк 1997г.

11. Ефимов Д.Н. Исследование аэродинамики вихревой камеры с дополнительным торцевым подводом среды. Автореферат. Новочеркасск.зак.1208.

12. СоминичА.В. Повышение долговечности автотракторных газотурбинных двигателей. Автореферат дисс.д,т,н, С.Пб. 1997г.

13. Григоренко JI.B., Колесников B.C. «Динамика автотракторных средств»1. Волгоград 1998г.18.3аборщикова Н.П., Пестрякова C.B. «Шум города. Оценка и регулирова

14. Ковригин С.Д. «Архитектурно-строительная акустика»1. М. Высшая школа 1986г.

15. Самайлюк Е.П. и др. «Борьба с шумом в населенных местах»1. Киев 1981г.21 .Клюкин И.И. «Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах»1. Москва 1971г.22. «Тайны XX века» еженедельник №2 январь 2009г.

16. Суворов Г.А. «Шум и шумовая болезнь». Л. Медицина 1972г.

17. Простаков А.Л. «Гидроакустические средства флота».1. М. Воениздат 1974г.

18. Харбенко Н.Г. «Ультразвук в машиностроении».

19. М. Машиностроение 1974г. 26.Чедд Г. «Звук». Пер. с англ. М. Мир 1975г.

20. Алексеев С.П., Жариков В.Д., Воробьев С.И., «Звукоизоляция-в. строительстве». М. Стройиздат 1949г.

21. Алексеев С.П., «Шум». Изд. АН СССР, М.-Л. 1948г.

22. Беранек Л.Л., «Акустические измерения»Изд. иностр. лит. 1952г.

23. Ржевкин С.Н., Нестеров B.C., «Резонансные звукопоглотители . .» Труды научно-технического общества им. A.C. Попова.,вып.4. Москва 1947г. 31 .Ржевкин С.Н., «Слух и речь в свете современных физическихисследований». Москва. 1956г.

24. Соколов С.Я., «Применение ультразвука в технике и физике»

25. Соколов С.Я., «Современные проблемы применения ультразвука».,ние режима селитебных территорий.»1. Изд.А.С.В. 2004г.1. Заводская лаборатория»т. 14. 1948г.1. Успехи физических наук»т,40. 1950г.

26. Шапиро Б.К., «Основы расчета глушителей шума выхлопа».

27. Труды ЦИАМ, №47, Оборонгиз. М. 1947г.

28. Шумомеры. «Каталог-справочник измерительных приборов»1. Москва 1945г.

29. Юдин Е.Я. «Краткое руководство по акустическому расчетувентиляционных установок». М. Стройиздат 1945г.

30. Алдошина И. «Музыкальная акустика» С.Пб. Композитор 2006г.

31. Клюкин И.И. «Удивительный мир звука». JI. Судостроение 1978г. ЗЭ.Горбань И.И. «Обработка гидроакустических сигналов в сложныхдинамических условиях». Киев. Научная мысль 2008г. 40.Чернов A.A. «Гомо акватикус» М. Молодая гвардия 1968г.

32. Харбенко И.Г. «Неслышимые звуки» М. Воениздат 1967г.42".Тарасов А. «Живые звуки моря» М. АН. СССР 1960г.

33. Простаков A.A. «Гидроакустика и корабль»Л. Судостроение 1967г.

34. Лилли Д. «Человек и дельфин» Пер.* с англ. М: Мир 1965г.

35. Кок У. «Звуковые-И'световые волны» Физматгиз 1960г.

36. Йоффе и др. «О'создателе ультразвуковой!дефектоскопии»1. Москва, Наука 1976г.t

37. Гриффин Д. «Эхо в жизни людей и животных»

38. Пер. с англ. Физматгиз 1961г.

39. Голубков А.Д. «Гидролокатор дельфина» JI. Судостроение 1977г.

40. Галеев Б. «Светомузыка: становление и сущность нового искусства»^

41. Казань. Татарское книжное издательство 1976г.

42. Брегг У. «Мир света. Мир звука» Пер. с англ. М. Наука 1967г. 51 .Бреховских JIM. Житковский Ю:Ю. «Акустика океана»1. М. Знание 1977г.

43. Бишоп Р. «Колебания» Пер. с англ. М. Наука 1968г.

44. Биоакустика М. Высшая школа 1979г.

45. Айрапетьянц Э.Ш., Константинов А.И. «Эхолокация в природе»1. Л. Наука 1974г.

46. Харбенко И.Г. «Звук, ультразвук, инфразвук». М. Знание 1986г. бб.Макаревич А.Б. «Борьба с шумом и вибрациями компрессорныхустановок». Семинар ГорСЭС. Москва 1977г.57. «Защита от шума в градостроительстве» под. Ред. Осипова Г.Л.1. Москва 1978г.

47. Григорьян Ф.Е. Перцовский Е.А. «Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок». Л. Энергия 1980г.

48. Петровский B.C. «Анализ нестационарных акустических процессовтеоретические основы). М. Изд. Стандарт 1983г.

49. Архангельская Л.Н. «Глушители шума, (методы определения акустических характеристик»' М. Госстандарт СССР 1989г.

50. Радзевич H.H., Пашконт К.В. «Охрана и преобразование природы».1. М. Просвещение 1986г.

51. Материалы сайтов Интернета.

52. Тимофеенко Л.П. «Улучшение акустической среды города: архитектурно-планировочные и строительно-технические методы». М.ЦНИИП Градостроительство 1991г.68. «Шум на транспорте», пер. с англ. Бомштейна К.Г.1. М. Транспорт 1995г.

53. Радзишевский А.Ю. «Основы аналогового и цифрового звука»1. М. «Вильяме» 2006г.

54. Иванов М.Н. Детали машин. Учебное пособие для втузов. Под ред.

55. В.А. Финогенова-бе изд, перераб. М. Высшая школа 1998г.

56. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1983.

57. Кудрявцев В.Н. Детали машин. Л.: Машиностроение, 1980.

58. Решетов Д.Н. Детали машин. — М.: Машиностроение, 1989.

59. Скойбеда А.Т. и др. Детали машин и основы конструирования: Учебн./

60. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. Учеб. для студентов по специальности "Гидравлические машины, гидропри воды и гидропневмоавтоматика". М.: Машиностроение, 1991. - 384 с.

61. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. Учеб. для вузов. 2-е изд., переработ, и доп. -М.: Машиностроение, 1987.

62. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. И.: Машиностроение, 1972.

63. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. -М.: Машиностроение, 1974. 320 с.

64. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Теория, кон струирование и расчет автотракторного компрессора: Пособие/Н.В.Богдан. -Мн.: БГПА, 2001.- 110 с.

65. Гидро- и пневмоавтоматика мобильных машин. Объемные гидро- и пнев момашины и передачи./Под ред. В.В.Гуськова. Мн.: Вышэйшая школа, 1987.-310 с.

66. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Л.: Машиностроение, 1969. —

67. Андреев А.Ф., Артемьев П.П., Бартош П.Р. и др. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Средства гидропневмоавтоматики. Мн.: ВУЗ-ЮНИТИ БГПА - ИСН, 1998. - 224 с.

68. Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики.

69. М.: Машиностроение, 1973. 360 с

70. Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидропневмоавтоматики.

71. М.: Машиностроение, 1979. 232 с.

72. Ибрагимов И.А., Фарзане Н.Г., Илясов Л.Б. Элементы и системы пневмоавтоматики. М.: Высшая школа, 1984. - 544 с.

73. Стесин С.П., Яковенко Е.А. Лопастные машины и гидродинамические передачи. М.: Машиностроение, 1990. — 240 с.

74. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Лопастные машины и гидродинамические передачи /Под ред. В.В.Гуськова. Мн.: Выш. школа, 1989. - 183 с.

75. Алексопольский Д.Я. Гидродинамические передачи. — М.: Машгиз, 1963.

76. Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. М.: Машиностроение, 1971.-336 с.

77. Федорец В.А., Пеученко М.Н. и др. Гидроприводы и гидропневмоавтома тика станков./Под ред. Федорца В.А. Киев: Вища школа, 1987. - 375 с.

78. Гаркунов Д.Н. Триботехника /пособие для конструктора: Учебник для студентов ВТУЗов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1999. 336

79. Герц Е.В. Динамика пневматических систем машин.

80. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.

81. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Электрогидравлические и гидравлические ме ханизмы. М.: Машиностроение, 1977. 326 с.

82. Герц Е.В., Крейник Г.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие.

83. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.

84. Иванов Г.М. и др. Проектирование гидравлических систем машин. Учебн. пособие для студентов вузов по специальности "Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика" /Под общ. ред. Г.М.Иванова.

85. М.: Машиностроение, 1992. 224 с.

86. Метлюк Н.Ф., Автушко В.П. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей. М.: Машиностроение, 1980. 231

87. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник. Под ред. Е.В.Герц. М.: Машиностроение, 1981. 408 с.

88. Берестнев О.В., Гоман A.M., Ишин H.H. Аналитические методы механики в динамике приводов. Мн.: Наука и техника, 1992

89. Берендес Т.К. и др. Элементы и системы пневмоавтоматики.

90. М.: Машиностроение, 1976. 245 с. ЮО.Сафронов H.A. «Экономика организации (предприятия)»1. М. Экономиста 2004г.

91. Титов В.И. «Экономика предприятия»1. М. Эксмо 2007г.

92. Филатов Н.В. «Снижение шума на строительной площадке». Журнал «Механизация строительства» № 6 за 2008г.

93. Филатов Н.В., Максимова Е.А. «Шум и его влияние на окружающую среду». Сборник материалов научно-технической конференции г.Волгоград-г.Михайловка, 24-25 ноября 2006г.

94. Экономический эффект достигается снижением затрат при производстве и экономией ресурсов при эксплуатации систем шумопонижения, изготовленных с учетом рекомендаций вышеназванной разработки.

95. Мартыненко А.П. "Бурлаченко О.В. Филатов Н.В.пвнедрения механизма шумопонижения на автомобили

96. Мы, нижеподписавшиеся главный инженер предприятия

97. Проведенные натурные испытания показали, что применение разработанной конструкции механизма, обеспечивает снижение шума на 2дБ по шкале «А».1. ЗИЛ и ГАЗель.

98. Бурлаченко О.В. Филатов Н.В.верин A.C.шумопонижения машин на основе физического эффекта интерференции звуковых волн»

99. При подготовке специалистов строительных специальностей используются результаты работы Филатова Н.В. «Повышение эффективности систем шумопонижения машин на основе физического эффекта интерференции звуковых врлн».

100. Директор Себряковского филиала

101. Волгоградского архитектурно-строительного университета (СФ ВолгГАСУ)

102. Зав. каф. ОТД и МС СФ ВолгГАСУбазнова Т. А.етникова М.В.