Снижение шума на рабочих местах операторов специальных расточных и осетокарных станков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.01, кандидат наук Гогуадзе Марат Григорьевич

• Гогуадзе Марат Григорьевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Гогуадзе Марат Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Аннализ условий труда на машиностроительных предприятиях

1.2. Анализ исследований, посвященных виброакустическим характеристикам металлорежущих станков

1.3. Анализ исследований виброакустической динамики универсальных токарных станков

1.4. Анализ существующих исследований шума и вибраций специального колесотокарного станка

1.5. Описание объекта исследования

1.6. Выводы по главе

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

2.1. Модели источников шума системы «режущий инструмент -заготовка» специальных расточных и осетокарных станков

2.2. Моделирование шумообразования специального расточного станка

2.3. Вывод зависимостей уровней шума и вибраций режущего инструмента

2.4. Вывод зависимостей уровней шума при обработке осей колесных пар

2.5. Выводы по главе

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АКУСТИЧЕСКИХ И ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СПЕЦИАЛЬНЫХ РАСТОЧНОГО И ОСЕТОКАРНОГО СТАНКОВ

3.1. Оценка условий труда на рабочем месте операторов специальных расточных и осетокарных станков

3.2. Экспериментальные исследования шума и вибрации специального расточного станка при формировании звукового поля

на рабочем месте оператора

3.3. Экспериментальные исследования виброакустических характеристик осетокарных станков при формировании шума на рабочем месте

3.4. Выводы по главе

4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА

СПЕЦИАЛЬНЫХ РАСТОЧНОГО И ОСЕТОКАРНОГО СТАНКОВ

4.1. Требуемая эффективность снижения шума станочного оборудования

4.2. Акустический расчет системы снижения шума

4.3. Регрессионные зависимости диссипативной функции технологических систем специальных расточного и осетокарного

92

станков

4.4. Система шумозащиты рабочего места оператора специального расточного станка

4.5. Системы шумозащиты специальных осетокарных станков

4.6. Расчет локального шумозащитного ограждения для снижения шума оператора металлообрабатывающего станка

4.7. Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК

ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 - Аттестат аккредитации

Приложение 2 - Технический акт испытаний

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение шума на рабочих местах операторов специальных расточных и осетокарных станков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Специальные горизонтально-расточные станки предназначены для одновременного растачивания двумя борштангами отверстий в крупногабаритных корпусных деталях, а осетокарные - для протачивания двумя резцами посадочных поверхностей осей колесных пар технологических машин различного функционального назначения на колесном ходу. Эти станки обеспечивают качество выполнения технологических процессов растачивания и точения по показателям точности обработки изделий, производительности и надежности. Но вместе с этим имеют существенный недостаток с точки зрения соответствия условий труда операторов санитарным нормам шума. Поэтому задача снижения уровней звукового давления до предельно-допустимых величин является актуальной для машиностроительных предприятий. Задача снижения шума и вибрации на рабочих местах операторов, обслуживающих специальные расточные и осетокарные станки, является актуальной научно-технической и социально-экономической задачей, что соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники в РФ п. 22 «Технологические снижения потерь от социально-значимых заболеваний», утвержденные указом Президента РФ № 899 от 07.07.2011 г. Ее решение приведет к улучшению условий труда операторов таких станков через совершенствование технических и эксплуатационных характеристик.

Целью диссертационной работы является улучшение условий труда операторов специальных расточных и осетокарных станков за счет снижения уровней звукового давления на рабочих местах до нормативных величин.

Основные задачи исследования

В работе решаются следующие задачи, соответствующие поставленной

цели:

1. Выполнить анализ состояния условий труда на рабочих местах операторов специальных расточных и осетокарных станков.

2. Разработать модели виброакустической динамики основных источников специальных расточных и осетокарных станков, создающих превышение уровней звукового давления на рабочих местах операторов над предельно-допустимыми величинами в соответствующих октавах.

3. Получить аналитические зависимости октавных уровней звукового давления, учитывающих геометрические и физико-механические параметры обрабатываемых изделий, режущего инструмента и технологические режимы резания.

4. Провести экспериментальные исследования спектров вибрации и шума рассматриваемых в работе станков и идентифицировать доминирующие источники звукового излучения.

5. Разработать инженерную методику расчета октавных уровней звукового давления вышеуказанных станков и практические рекомендации по снижению фактических уровней шума на рабочих местах операторов до нормативных значений.

Научная новизна работы:

1. Выявлены взаимосвязи между закономерностями формирования спектрального состава вибраций и шума специальных расточных и осетокарных станков их компоновками, параметрами обрабатываемых изделий и технологическими режимами резания.

2. Разработаны математические модели генерации шума станков, на основе которых теоретически прогнозируется процесс шумообразования на рабочих местах операторов при проектировании подобного оборудования.

3. В отличии от существующих исследований уточнена диссипативная функция, характеризуемая коэффициентом потерь колебательной энергии, учитывающим способы установки деталей и режущего инструмента, т.е. фактически технологическую систему вышеуказанных станков.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Теоретически обоснованы конструкции снижения интенсивности звукового излучения режущего инструмента как специальных расточных, так и осетокарных станков, а также обрабатываемого корпуса, т.е. самих источников (активный метод), а также оригинальных акустических экранов зоны обработки (пассивный метод).

2. Аналитические зависимости уровней звукового давления для рассматриваемых станков доведены до инженерных расчетов, что позволяет на этапе проектирования выбрать наиболее рациональный вариант шумозащиты операторов.

3. Предложены инженерные решения по снижению уровней звукового давления на рабочих местах операторов, создаваемых акустическим излучением режущего инструмента и обрабатываемых изделий, включающие активные методы и экранирование зон обработки.

4. Предлагаемые мероприятия могут быть реализованы как при проектировании вышеуказанных станков, так и при модернизации или ремонте.

Объектом исследования являются виброакустические характеристики специальных расточных и осетокарных станков и их влияние на состояние условий труда на рабочих местах операторов.

Предметом исследования являются процессы возбуждения вибраций и генерации шума, а также закономерности формирования спектрального состава.

Методы исследования основаны на основных положениях технической виброакустики, теории колебаний механических систем с распределенными параметрами, статистической обработки результатов измерений.

Экспериментальные исследования проводились с использованием измерителей шума и вибраций «Экофизика», «Октава» и ВШВ-003-М2 научно-исследовательской части «Охрана труда» ОНИИЦ ФГБОУ ВО «Ростовский государственный университет путей сообщения», имеющего аттестат аккредитации на проведение измерений.

На защиту выносятся:

1. Анализ состояния условий труда операторов специальных расточных и осетокарных станков.

2. Модели процессов возбуждения вибраций и шумообразования вышеуказанных станков.

3. Аналитические зависимости уровней звукового давления на рабочих местах операторов специальных расточных и осетокарных станков.

4. Результаты экспериментальных исследований спектров шума и вибрации.

5. Конструкции систем снижения шума вышеуказанных станков.

Достоверность приведенных в работе результатов обеспечена строгостью

использования математического аппарата, применением современных методов исследования виброакустических характеристик, сертифицированной и поверенной измерительной аппаратурой.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и национальных конференциях в том числе на VII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Защита от повышенного шума и вибрации» г. Санкт-Петербург, 19-21 марта 2019 г.; V международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы экономических наук и современного менеджмента» г. Новосибирск, 2017 г.; Седьмой международный экологический конгресс (Девятая международная научно-техническая конференция) г. Самара, 25-28 сентября 2019 г.; XI Общероссийская научно-техническая конференция «Молодежь. Техника. Космос», г. Санкт-Петербург, 24-26 апреля 2019 г.; 11-й международной научно-практической конференции «Перспективы развития локомотиво-, вагоностроения и технологии обслуживания подвижного состава», г. Ростов-на-Дону, 2019 г.

Область исследования. Содержание диссертации соответствует п.7 предметной области специальности 05.26.01 - научное обоснование,

конструирование, установление области рационального применения и оптимизации параметров способов, систем и средств коллективной и индивидуальной защиты работников от воздействия вредных и опасных факторов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работах, в том числе 6 в журналах и научных изданиях, входящих в международную базу Scopus, 3 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 118 наименований, имеет 46 рисунка, 16 таблиц и изложена на 135 страницах машинописного текста. В приложения вынесены сведения о внедрении.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ состояния условий труда на машиностроительных предприятиях

Машиностроительная промышленность в нашей стране представлена большим числом отдельных отраслей машиностроения: транспортное, тяжелое, станкоинструментальное, сельскохозяйственное, автотракторное, авиационное, среднее, точное и др. Машиностроение является одной из основных отраслей экономики нашей страны. Предприятия машиностроительного профиля оснащаются современным производственным оборудованием,

автоматизированными роботизированными технологическими комплексами, автоматическими манипуляторами и роботами. Внедрением современного высокотехнологичного оборудования решаются две задачи: одна - обеспечение выпуска качественной продукции, другая - обеспечение безопасности производственного процесса, что необходимо для сохранения здоровья и жизни работников.

Высокий уровень автоматизации и механизации технологического процесса в машиностроении обуславливают высокую интенсивность трудового процесса, а также воздействие вредных факторов производственной среды. Воздействие комплекса этих факторов является основой для формирования профессиональной патологии, прогрессирования общих заболеваний.

Анализ причин возникновения профессиональной заболеваемости показывает, что она находится на достаточно высоком уровне и последние десять лет, не смотря на все принимаемые мероприятия, практически не уменьшается. Основная масса работников, у которых выявлена профессиональная патология, приходится на тех, кто отработал во вредных условиях более 10 лет, 20 % среди впервые признанных инвалидами это работники в возрасте 45-50 лет. По статистике три четверти всех заболеваний связаны с профессиональной деятельностью, причем 40 % трудопотерь

9

обусловлено заболеваниями, прямо или косвенно связанны с неблагоприятными условиями труда. Возникающие у работников профессиональные заболевания приводят к снижению их трудовой активности, то есть из производственного процесса уходят самые обученные и высококвалифицированные специалисты.

При рассмотрении причин возникновения хронических профессиональных заболеваний на первое место можно выдвинуть несовершенство технологических процессов до 60 % от всех случаев, конструктивные недостатки машин и оборудования (до 17 %), несовершенство условий труда (до 16 %) и другие факторы.

■ 1 Я2 МЗ ■ 4

Рис.1.1 - Причины возникновения профессиональных заболеваний: 1 -несовершенство технологических процессов, 2 - конструктивные недостатки машин и оборудования, 3 - несовершенство условий труда, 4 - другие факторы.

Медициной труда традиционно выделяется пять групп профессиональных заболеваний, которые вызваны воздействием на организм факторов производственной среды и трудового процесса. Структура профессиональной патологии зависит от фактора, воздействующего на работника (рис 1.2):

4Д1 626

Рис. 1.2. - Структура профессиональной патологии

46,79 % - патология вследствие воздействия на организм физических факторов;

25,18 % - патология, возникающая при физических перегрузках и напряжениях отдельных органов и систем организма;

17,56 % - заболевания от воздействия промышленных аэрозолей;

6,26 % и 4,21 % - интоксикация, вызванная химическими веществами и веществами биологической природы.

Среди работников машиностроения преобладают заболевания, возникающие под воздействием физических фактов до 65%. Причем последние три года наметилась тенденция к повышению утраты профессиональной нетрудоспособности под воздействием физических факторов.

■ отсутствие средств защиты или их не правильная эксплуатация

■ неудовлетворительная организация работ

■ нарушение технологического процесса

■ недостатки в обучении персонала

■ недостатки в организации рабочих мест

■ иные причины

Рис. 1.3. - Структура причин травматизма на машиностроительных предприятиях

Причинами травматизма на предприятиях машиностроительной отрасли являются недостатки в организации рабочих мест, недостаточная квалификация и обучение персонала, неудовлетворительная организация или нарушения технологического процесса, отсутствие или не правильное использование средств защиты (рис. 1.3).

Анализ травматизма машиностроительного комплекса указывает, что наибольшему травматизму подвержены две возрастные группы молодые работники в возрастной категории от 21 до 30 лет (до 30 %) и работники старше 45 лет (более 52 %). Причем если у младшей возрастной группы это в основном связано с отсутствием опыта работы и недостаточной подготовкой и обученностью работника. У работников старшей возрастной группы, имеющей значительный опыт работы и профессиональную подготовку, подключаются факторы производственной среды, воздействующие на здоровье работников.

Профессиональные заболевания являются следствием воздействия неблагоприятных условий труда, а уровень работоспособности и профессионального здоровья работающих в значительной степени зависит от продолжительности и интенсивности действия вредных производственных факторов. Многочисленными исследованиями доказано, что последствием воздействия неблагоприятных условий являются снижение работоспособности и ухудшение здоровья работающих, а также раннее старение, снижение качества жизни и уменьшение ее продолжительности. Последствиями травмирования или заболеваемости работника являются дополнительные материальные затраты со стороны работодателя и затраты на социальную помощь работником[1, 2].

1.2 Анализ исследований, посвященных, виброакустическим характеристикам металлорежущих станков

Теоретическим, экспериментальным исследованиям шума и вибрации металлорежущих станков, практическим рекомендациям по снижению шума на рабочих местах операторов посвящено большое количество работ [3-63] Панова К.Н., Козочкина М.П., Месхи Б.Ч., Чукарина А.Н., Литвинова А.Е., Балыкова И.А., Замшина В.А., Финоченко Т.А., Кучеренко А.П., Досова В.Е. и др. Следует отметить, что подавляющее большинство вышеуказанных работ изучались вибрация и шум универсальных токарных станков [12,14], фрезерных [16-24], отрезных [26-43], заточных [44-49], токарно-револьверных станков, прутковых токарных полуавтоматов [50-54]. Виброакустические характеристики специальных станков выполнены только для колесотокарных и колесофрезерных станков [55-63].

Обработка фрезерованием относится к процессам прерывистого резания, а шлифование и затачивание - к процессам абразивной обработки, что существенно отличается от токарной обработки и, следовательно, излучения звуковой энергии.

В настоящее время наиболее полно изучены токарно-винторезные, токарно-револьверные станки, прутковые токарные полуавтоматы, фрезерные, пильные, заточные станки, а также специальные колесо-токарные и колесо-фрезерные станки. Однако для рассматриваемых в данном случае специальных расточных и осетокарных станков, компоновки которых с точки зрения процессов возбуждения вибраций и излучения звуковой энергии имеют различия от вышеуказанного оборудования, не проводились. Поэтому основное внимание в данной главе уделено исследованиям шума и вибрации универсальных токарных и специальных колесных станков.

1.3 Анализ исследований виброакустической динамики универсальных токарных станков

Согласно кинематике и компоновке выделены исследующие источники шума: шпиндельная бабка, обрабатываемые заготовки и режущий инструмент. Расчеты вибрации и шума как системы пластин выполнялись методами энергетического баланса [67] при условии, что вибрационная мощность от элементов кинематики передается через наружные кольца подшипников. Алгоритм расчета приведен на рис.1.4.

Рис. 1.4 Алгоритм расчета уровней шума несущей системы

В качестве практических рекомендаций были предложены варианты сварных корпусов с двойными стенками, между которыми располагается сыпучий поглотитель. Кроме того, разработан способ отбора подшипников по величинам виброскорости на наружных кольцах, которые определены исходя из требуемых значений уровней звукового давления [70-73].

Для современных станков с регулируемым приводом, в котором отсутствуют зубчатые колеса, исследования различных типов станков показали, что повышенные уровни шума создаются подсистемой «обрабатываемые заготовки - режущий инструмент [74].

Теоретические исследования шума и вибрации заготовок и инструмента токарных станков основаны на колебаниях систем с распределенной массой, имеющих постоянный момент инерции [68] для схем, приведенных в табл. 1.1.

В соответствии с принятыми в станкостроении направлений осей координат автором определялись скорости колебаний в направлении осей ОУ и 07, определенных уравнениями:

Сила резания как технологическая нагрузка, перемещаются вдоль обрабатываемой заготовки задавалась как, сила резания, сосредоточенная на площади среза, имеющего размер гораздо меньше по сравнению с размерами инструмента и заготовки. Сила резания может быть представлена в виде [16]:

где Ру (г) - составляющая силы резания (радиальная или тангенциальная), Н;

б(х - х0) - дельта-функция, смещенная относительно начала координат;

(1.1)

где а

(1.2)

Таблица 1.1

Расчетные схемы заготовок и режущего инструмента станков токарной группы

№

схемы

Расчетная схема

Обозначения на схеме

Применимость схемы

2

Консольно-защемленная балка

Балка на двух опорах

Консольно-защемленная балка

Р - сила резания, Н; х0 -координата

приложения силы резания, м; £ - подача; 70 - приведенная жесткость системы -заготовка-

приспособление-стол-станина, Н/м; I - длина заготовки или вылета режущего инструмента, м

Заготовки, обрабатываемые

на токарных автоматах и

полуавтоматах;

токарно-револьверных станках; токарно-карусельных станках; на токарно-винторезных станках без заднего центра.

Наружное продольное точение, нарезание резьбы резцом, растачивание_

Заготовки на токарно-винторезных станках при обработке с заднем центром: наружное продольное точение, нарезание резьбы резцом

Все виды токарных и резьбовых резцов: короткие заготовки большого диаметра на токарно-винторезных и токарно-лобовых станках

1

3

х = St - координата приложения нагрузки, м; £ - подача, м/с; ? - текущее время, с. Дельта-функция раскладывается в ряд Фурье по собственным формам колебаний

го

- хо )= ^ СкФ(х), (1.3)

где Ск - коэффициенты разложения;

<р(х) - функция, удовлетворяющая краевым условиям закрепления заготовки или инструмента.

21 2

С = 1 - Х°)р(х^ = 1 ), (14)

/ 0 /

С учетом этого, сила резания описывается следующим выражением

ГО г\

Р = Ру ) ^ 1 ), (1.5)

где Ру(г) - радиальная и тангенциальная составляющие силы резания, которые

согласно нормативам режимов резания [67].

Скорости колебаний для вариантов расчетных схем автором определяются из уравнений, решаемых методом разделения переменных. Решения данного уравнения автор приводит для различных краевых условий закрепления заготовок. Вследствие громоздкости выражений решения управлений в данной главе не приводятся.

Расчеты уровней шума при различных способах закрепления выполнены автором по разработанному алгоритму, представленному на рис 1.5.

Рис. 1.5. Общий алгоритм расчета шума станка на стадии проектирования

Практические рекомендации по снижению уровней шума на модернизацию существующих ограждений за счет увеличения звукоизоляции и звукопоглощения.

Существующие ограждения закрывают зону резания, и в некоторых случаях, частично корпусные детали. Звукоизлучение открытых частей станка является, следовательно, достаточно мощным источником помех относительно звукоизлучения непосредственно заготовки и инструмента. Поэтому доля структурной составляющей шума ограждения в этих экспериментах косвенно оценивалась по замеренным уровням виброускорения на элементах ограждения.

Замеры на ограждениях вышеуказанных станков при обработке резанием показали, что уровни виброускорения на них на 10-12 ДБ ниже, чем на корпусных деталях в местах контакта с ограждением.

Виброизоляция ограждения от корпусных деталей уменьшает уровни вибрации на металлической части ограждения еще на 5-8 дБ. Уровни виброускорения на ограждении не превышают 60 дБ, что говорит о незначительной доле структурной составляющей. Экспериментальные данные, которые будут рассмотрены ниже, получены при воздействии на ограждение воздушного шума от искусственного источника (динамика 25ГДХП).

Экспериментальные величины звукоизоляции ограждения станка СТП-320 представлены на рис. 1.6.

¿25 ¿>27 ^¿7 ШР ¿Ш7 ¿¿Ш

.1-1-1_■_I.

Рис. 1.6. Звукоизоляция ограждения станка СТП-320: 1 - серийного,

2 - экспериментального

Для снижения шума заготовки и инструмента, возникающего при резании, такой звукоизоляции недостаточно. Нанесение на внутреннюю поверхность металлической части ограждения звукопоглощающего материала "ШОМ" незначительно увеличило звукоизоляцию (на 2-2,5 дБ). Гораздо большая эффективность получена при трехслойном ограждении.

В наружной части панели смотровое окно было уменьшено до размеров 0,4 х 0,49 м. На внутреннюю часть металлической части ограждения нанесена вибродемпфирующая мастика № 579 толщиной 2 мм, далее располагается слой промышленного войлока ППрА толщиной 8 мм, а изнутри устанавливалась вторая стенка из листовой стали толщиной 0,5 мм. Увеличение звукоизоляции составляет 8-15 дБ.

Замеры шума при растачивании показали, что при такой конструкции ограждения шум от обрабатываемой заготовки перестает быть доминирующим, а акустические характеристики на рабочем месте определяются излучением корпусных деталей, ограждение практически не изменяет размеров рабочей зоны, является простым, технологичным и обладает высокой эффективностью.

Кожух станка 16К20 представляет собою не столько ограждение, сколько акустический экран. Компоновка же станка такова, что установить полностью герметичное ограждение не представляется возможным. Открытое пространство со стороны шпиндельной бабки было ликвидировано за счет установки быстросменных щитков, у которых зазор относительно крышки шпиндельной бабки, ее передней стенки и соответствующих стенок коробки подач не превышал 3 мм. Такое изменение конструкции, во-первых, не мешает эксплуатации станка, а во-вторых, увеличило звукоизоляцию на 4-7 дБ. Введению таких щитков со стороны задней бабки препятствует поворотный резцедержатель и панель управления станком. Поэтому дальнейшее увеличение звукоизолирующей способности было достигнуто за счет установки с внутренней стороны ограждения быстросменной панели, состоящей из слоя резины толщиной 8 мм, прикрепленной к листу фанеры толщиной 12 мм. Во внутренней стенке ограждения смонтировано смотровое

окно из оргстекла толщиной 5 мм, аналогичное по размерам и размещению смотровому окну в наружной части кожуха. Между внутренней и наружной стенками предусмотрен воздушный зазор 40 мм. Зазор между внутренней стенкой ограждения, коробкой подач и панелью управления составляет 200 мм и совершенно не препятствует обслуживанию станка и работе оператора изменение по конструкции ограждения существенно повысило его звукоизолирующую способность (рис. 1.7). Снижение шума при наружном точении и растачивании втулок из подшипниковой стали составило 6-14 дБ.

/&5

/25 250 Ш т Ш

Рис. 1.7. Звукоизоляция ограждения станка16К20: 1 - серийного; 2 -экспериментального

Таким образом, предлагаемые изменения в конструкциях ограждений просты, технологичны, не мешают обслуживанию станка и обладают высокой акустической эффективностью в снижении шума обрабатываемых деталей и инструмента.

Особенно следует отметить способ снижения шума при растачивании отверстий. Снижение шума на рабочих местах операторов токарных станков может быть обеспечено уменьшением интенсивности излучения звука самими источниками, а чаще всего - традиционно используемыми методами звукоизоляции, т.е. установкой звукозащитных конструкций. Уменьшение акустической активности системы заготовка-инструмент может быть достигнуто для операций растачивания в самом источнике и как способ снижения шума рекомендуется для расточных станков. В остальных типах

станков целесообразно проектировать и акустически рассчитывать системы шумозащиты в виде акустических экранов и звукоизолирующих ограждений. (например, многошпиндельные горизонтальные токарные автоматы и полуавтоматы, СТП, 16К20 с ЧПУ). Некоторые типы станков оснащены ограждениями зоны обработки, предназначенными для защиты от стружки и СОЖ, и задача снижения шума заключается в модернизации ограждений для повышения их акустической эффективности. Большинство же токарных станков систем шумозащиты не имеют.

Однако предложенный способ эффективен для глухих отверстий небольшой длины. При растачивании сплошных отверстий большой длины по мере перемещения резца внутри отверстия излучение звука из отверстия этот способ теряет свою эффективность.

1.4. Анализ существующих исследований шума и вибраций специального колесотокарного станка

На этих станках производится одновременное обтачивание двумя резцами только поверхностей катания колес (рис. 1.8)

Рис. 1.8. Портальный колесотокарный станок модели 165

Рис.1.9. Колесотокарный станок КЗТС 1836

2 4

Рис. 1.10. Принципиальная схема стационарного колесотокарного станка для обработки колесных пар с выкаткой из-под подвижного состава: 1 - станина; 2 и 3 - левая и правая шпиндельные бабки; 4 и 5 - левая и правая планшайбы шпиндельных бабок; 6 и 7 - поводки для зажима колесной пары левой и правой шпиндельных бабок; 8 - шпиндель с пинолью правой шпиндельной бабки; 9 и 10 - левый и правый суппорты; 11 - обрабатываемая колесная пара; 12 - гидравлический прижим шпиндельных бабок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гогуадзе Марат Григорьевич, 2020 год

источников.

По мере удаления от зоны резания уровни звукового давления значительно снижаются. Например, по спектру шума, зафиксированному слева передней бабки (левой бабки) видно, что уменьшение уровней звукового давления достигает 5 дБ (рис. 3.15).

L, дБ

110

«

ч

ч^

100 чч

ч

ч

60

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ь Гц

• 1 —• —- 2

Рис. 3.15. Спектр шума: 1 - сбоку передней бабки; 2 - предельный спектр

Аналогичные данные получены и при измерениях уровней шума справа от задней бабки (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Спектр шума: 1 - справа от задней бабки; 2 - предельный спектр

Превышение уровней звукового давления сзади станка составляют 2-4 дБ (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Спектр шума: 1 - сзади станка; 2 - предельный спектр

Следует отметить, что в данной точке превышенные (над санитарными нормами) уровни звукового давления наблюдаются в пятой-седьмой октавах.

Уровни звукового давления на рабочем месте оператора приведены на рис. 3.18.

К дБ 110

ч

ч^

100 \

ч

ч

X

ч,

90 80 70 60

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ь ГЦ

• 1 —•— 2

Рис. 3.18. Спектр шума: 1 - на рабочем месте оператора; 2 - предельный спектр

Уровни звукового давления на рабочем месте оператора превышают санитарные нормы на рабочем месте оператора в средне и высокочастотной части спектра 250-4000 Гц. При чем основные величины превышений сосредоточены в интервале 500-2000 Гц, составляющие величины 7-10 дБ. Во всех точках измерений, как показали результаты изменений спектральный состав имеет идентичный характер. Эти данные позволяют предположить, что повышенные уровни шума объясняются воздействием звукового излучения режущего инструмента и обрабатываемой оси.

Общий вид модернизированного станка показан на рис. 1.10. Спектральный состав на рабочем месте модернизированного станка фактически идентичен гидрокопировальному, но уровни звукового давления на 2-3 дБ меньше (рис. 3.19).

и дБ 110

100

90

80

70

60

• ч ч ч ч

ч ч V X X

3

--- —•---- \

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ь Гц

—•—1 —•—2

Рис. 3.19. Спектр шума: 1 - на рабочем месте; 2 - норматив

Этот факт объясняется отсутствием звуковой энергии, отражаемой от вертикальной плоскости гидрокопировального станка. Однако уровни звукового давления сзади станка аналогичны рабочему месту и их превышение составляет 4-7 дБ.

Для подтверждения данного вывода проведены измерения вибраций на несущей системе станка и режущем инструменте. У осетокарного гидрокопировального и модернизированного станков распределение на бабках, станине и режущем инструменте имеет равномерный характер и разница в уровнях в точках 1-10 и 11-14 не превышает погрешности измерений приведены в таблице.

Таблица 3.3.

Уровни вибраций элементов осетокарного станка

Элемент станка Уровни вибраций (дБ) в полосах частот , Гц

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Передняя и задняя бабки 87 87 87 36 80 78 79 75 70

Станина 85 85 86 86 83 81 80 78 76

Резец при резании 88 90 92 94 98 98 97 100 100

Резец при холостом режиме работы станка 72 73 73 75 80 82 84 86 84

Уровни вибраций на режущем инструменте при обработке оси на 16-18 дБ ниже, чем при холостом режиме. Уровни вибраций на несущей системе станка в диапазоне частот 500-2000 Гц (т.е. в том диапазоне, где и превышаются нормативные значения уровней звукового давления) на 18-20 дБ ниже, чем на режущем инструментом.

Таким образом, данные наглядного показали, что звуковым излучением корпусных деталей станка можно пренебречь и звуковое поле на рабочем месте оператора формируется излучением звуковой энергии системы заготовка -режущий инструмент.

В настоящее время обработка осей колесных пар на большинстве предприятий машиностроения производится на специальных осетокарных станках, оснащенных резцами (рис. 1.15) и резцовыми головками (рис. 1.14).

Эти станки оснащены ограждениями зоны обработки. Спектры шума холостого хода как при закрытых, так и при открытых ограждениях не превышают предельно-допустимых значений и на рабочем месте, и со стороны привода главного движения (рис. 3.20).

L, дБ

110

\

ч^

100 \

ч

ч

60

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ь Гц

—1 «•— 2

Рис. 3.20. Спектры шума: 1 - холостого хода; 2 - предельно-допустимые

уровни звукового давления

% ч ч ч ч V

ч ч

•». Л /С

^ ^ ---- -----^^ \ ^ ч— \ N

Результаты измерений уровней шума на рабочих местах операторов при обработке оси на этих станках представлены на рис. 3.21 и 3.22.

и ДБ 110

100

90

80

70

60

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 1, Гц

Рис. 3.21. Спектры шума станка с резцовой группой: 1 - рабочий режим с открытым ограждением; 2 - с закрытым ограждением; 3 - предельно-допустимые уровни звукового давления

I, дБ но

100

90

80

70

60

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Гц

Рис. 3.22. Спектры шума станка с резцовыми головками: 1 - с открытым ограждением; 2 - с закрытым ограждением; 3 - предельно-допустимые уровни

звукового давления

4 ч ч ч ч ч

ч ч ч \

ч • \\ \'

-------

ж

Следует отметить, что общей идентичности в формировании спектрального состава для данных станков характерно увеличение интенсивности звукового излучения, в особенности, в высокочастотной части спектра. Действительно, расширен активный диапазон частот, в котором уровни звукового давления превышают санитарные нормы, а именно 250 - 8000 Гц. Величины превышений достигают 12-15 дБ в 5 и 6 октавах. Следует отметить, что при закрытом ограждении уровни звукового давления снижаются только на 5-6 дБ и превышают норматив в пятой, шестой и седьмой октавах на 8, 7 и 5 дБ соответственно.

Аналогичная картина наблюдается и у станка с резцовыми головками (рис. 3.22). В данном случае превышение уровней звукового давления достигает 13-17 дБ также в пятой и шестой октавах. При закрытом ограждении сохраняется превышение над нормативом на рабочем месте и составляет: 8 дБ в пятой октаве, 12 дБ в шестой, 7 дБ в седьмой и 2 дБ в восьмой.

Результаты измерения вибраций на несущих системах станков аналогичны представленным выше осетокарным. Однако в данном случае измерения вибраций показали, что на ограждениях уровни вибрации достигают 90-92 дБ в пятой и шестой октавах. Эти данные позволяют предположить следующее:

- существующие ограждения зоны резания обладают низкой звукоизоляцией и не обеспечивают снижение уровней звукового давления до нормативных значений;

- повышенные уровни вибрации наблюдаются именно в тех октавах, в которых превышение уровней звукового давления достигают максимальных значений. Это объясняется воздействием на только воздушной, но и структурной составляющих шума вследствие низкой изгибной жесткости ограждений зоны резания.

3.4. Выводы по главе

1. Установлено, что у всех обследованных осетокарных станков уровни звукового давления превышают нормативные величины в средне и высокочастотной части спектра.

2. Выявлены закономерности формирования спектрального состава шума у станков с различной компоновкой.

3. Идентифицированы источники шума, создающие повышенные уровни шума на рабочих местах операторов.

4. Подтверждена правильность теоретического подхода к описанию процесса шумообразования для рассматриваемых станков.

4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА РАСТОЧНОГО И ОСЕТОКАРНЫХ СТАНКОВ

Анализ компоновок вышеуказанных станков и характерных особенностей технологических процессов растачивания отверстий и точения двух посадочных поверхностей осей колесных пар показал, что снижение шума режущего инструмента и осей методом вибропоглощения в данном случае нецелесообразно.

Выполнение санитарных норм по уровню шума на рабочих местах операторов технологичнее и проще достичь пассивными методами, такими как локальные ограничения и акустические экраны. Акустическая эффективность системы снижения шума представляет собой разницу между фактическими октавными уровнями звукового давления на рабочих местах операторов и предельно-допустимыми значениями.

4.1. Требуемая эффективность снижения шума станочного оборудования

В данной работе предусмотрено, что системы шумозащиты должны обеспечить санитарные нормы на рабочих местах операторов не только одного отдельного станка, но и в условиях работы участков, то есть нескольких одновременно работающих станков. Значения необходимой для выполнения санитарных норм шума акустической эффективности для рассмотренных в работе станков приведены в таблице 4.1. Верхние цифры соответствуют рабочему месту для одного станка, нижнее - условия производственного участка с группой станков.

Таблица 4.1

Акустическая эффективность систем шумозащиты

Тип станка Требуемая величина снижения ш; полосах частот ( ума (дБ) в октавных Гц)

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

расточной - - - 5 13 8 7 6

- - - 9 16 12 11 10

гидрокопировальный - - 4 11 10 7 - -

- - 7 14 14 10 - -

Модернизированный - - - 8 8 5 - -

- - - 11 11 9 - -

С прямоугольными резцовыми головками - - 5 12 15 7 5 2

- - 8 16 18 10 8 5

С круглыми резцовыми головками - - 8 13 17 10 7 4

- - 11 16 20 14 11 8

Согласно компоновкам источников шума и требуемым значениям снижения уровней звукового давления разработаны следующие мероприятия:

- для гидрокопировального станка - установка системы звукопоглощения на вертикальную панель и акустического экрана на станину, закрывающего зону резания;

- для модернизированного станка - установка двух акустических экранов зоны резания на переднем и заднем участках станины;

- для станков с резцовыми головками - увеличение звукоизоляции и вибропоглощения серийных ограждений зоны резания;

- для специального расточного станка - установка быстросъемных выбропоглощающих покрытий на растачиваемом корпусе установку ограждения с высокой степенью герметизации между ближним к рабочему месту торцом корпуса и приводами движения.

4.2. Акустический расчет системы снижения шума

При расчете октавных уровней звукового давления на рабочих местах операторов следует учитывать параметры производственного помещения и системы шумозащиты. Используя данные работ [64,74,90] зависимость уровней звукового давления на рабочих местах привезены к следующему виду:

- при наличии акустических экранов в помещении:

- с системой шумозащиты в производственном помещении:

где Ьр - уровни звуковой мощности, совокупности источников шума, дБ; г - расстояние от источника до расчетной точки, м; Вп - постоянная производственного помещения, м2;

Хп, (рп и <рс~ коэффициенты искажения поля и диффузности (соответственно) производственного помещения (индекс «п») и системы шумоизоляции (индекс «с»);

АЭ - акустическая эффективность экрана, дБ; ЗИ - звукоизоляция ограждения, дБ.

Используя известные зависимости, связывающие звуковое давление и звуковой мощности, а также соотношения размеров источников, расстояние до расчетной точки и их компоновку зависимость принимает вид:

При наличии акустических экранов, зоны резания, гидрокопировального и модернизированного станков

(4.3)

где а, Ь, с - длина, ширина и толщина резца, м; к - количество станков; укр- скорость колебания резцов, мк уко- скорость колебания оси, мк

ап и — коэффициент звукопоглощения и площадь внутренней поверхности производственного помещения (м2);

- диаметр оси, м; I - длина оси, м.

При наличии ограждения зоны резания осетокарных станков с резцовыми головками прямоугольного сечения:

+Ю18

0,32 16(1—ап)

осп5п

+ Ю^К-АЭ

+10

32 16(1-ап)

+ ю + ю к - ЗИ + 18

(4.4)

где с1с - коэффициенты звукопоглощения ограждения.

При наличии ограждения зоны резания осетокарных станков с круглыми резцовыми головками резцы:

32 16(1—ап) 1

+ + 10 + 18 — ЗИ

(4.5)

где с1г - диаметр резцовой головки, м; 1Г -толщина резцовой головки, м. При наличии ограждения зоны резания специального расточного станка с ограждением, установленным между корпусом и приводом борштанг:

Ь = 10 ^[2 ■ 10^'

+ 10^'

+ 10^' 0,32 16(1 -ап)

+

а.

Л

п^п

+10 + ю к - ЗИ + 18

(4.6)

где £¿1 ¿2 - диаметры борштанг, м;

¿1 -длина бор штанги между торцом корпуса и приводом, м. - диаметры растачиваемых отверстий, м.

Для расчета требуемых значений акустической эффективности экрана и ограждений в левую часть выражений (4.5) и (4.6) подставляются предельно-допустимые октавные уровни звукового давления, тогда

+10 ^

0,32 16(1—ап)

+ 101ёК

ьс

(4.7)

Для осетокарных станков с резцами прямоугольного сечения:

+10 Ы

0,32 16(1-ап)

п '

+ Ю1ёК+ 18

(4.8)

Для ограничения осетокарных станков с круглыми резцовыми головками

+Ю1е

0,32 16(1—ап)

СХ-П^П

+ + 18

(4.9)

Для ограждения специального расточного станка

зи

треб

Ь — 10 ^[2 ■ 101§ттсг1г1+21ё19/с1 + ю18116*2'1"1"21^2 + \01ё^лотв1+2\ё^котв1

Ю1? 71 ^0X62 + 2^19^82 ] + 10 ^

10^К + 18

0,32 1б(1-ап)

+

(4.10)

Практически наиболее просто и эффективно обеспечить требуемую звукоизоляцию ограждения следует подбором толщины элементов ограждения. При нормальном падении звука звукоизоляция определения как

ЗИтреб = + = + 5,7 ■ 10-5(рВД2] (4.11)

где р - плотность материала ограждения, кг/м3; к - толщина, м; /- частота, Гц.

Тогда, с учетом того, что превышения уровней звукового давления начинаются с четвертой, а чаще с пятой октавы, толщина ограждения определяться по формуле:

Данная зависимость позволяет определить материал и толщину, когда ограждение выполнено из единого материала. При наличии в ограждении смотровых окон, что характерно для осетокарных станков с резцовыми головками следует использовать зависимость приведенной звукоизоляции [90].

Применительно к рассматриваемым станкам зависимость звукоизоляции определяется как

(4.13)

где ^осн и ЗИ0СН - площадь (м) и звукоизоляция (дБ) остекления.

Таким образом, расчет и проектирование систем снижения шума практически зависит от точности и расчета скоростей колебаний источников шума как их собственных частотах, то есть спектры шума. Такие расчеты применительно к геометрическим размерам и способам закрепления обрабатываемых изделий и режущего инструмента могут быть выполнены по алгоритмам и программному обеспечению работы [63]. Однако отличие полученных зависимостей в данной работе заключается в учете диссипативной функции, задаваемую коэффициентом потерь колебательной энергии не отдельных заготовок различной конфигурации [91,92], с учетом всей технологической системы. Поэтому в следующем параграфе приведены результаты обработки экспериментальных данных коэффициентов колебательной энергии и полученные уравнения регрессии, что позволяет значительно уточнить расчет уровней звукового давления источников и соответственно, систем снижения шума.

4.3. Регрессионные зависимости диссипативной функции технологических систем специальных расточного и осетокарного станков

При проведении экспериментальных исследований на специальных расточных и осетокарных станках были получены значения коэффициентов потерь колебательной энергии основных источников шумообразования. К ним относятся: на специальном расточном станке - корпус обрабатываемого электродвигателя и борштанга, на осетокарном - резец и обрабатываемая ось. Значения коэффициентов потерь получены на среднегеометрических частотах

96

октавного спектра, а на основании этих данных можно аппроксимировать аналитические зависимости, позволяющие рассчитать значение данного коэффициента на любой частоте.

Для проведения регрессионного анализа воспользуемся методом наименьших квадратов. Этот метод позволяет находить коэффициенты регрессии линейных и полиномиальных зависимостей, а также при предварительном проведении несложных математических преобразований и некоторых нелинейных монотонных функций. К таким функциям относятся степенная, экспоненциальная, гиперболические трех типов, логарифмическая, обратнологарифмическая и др. С помощью алгебраических приемов и замены переменных эти функции достаточно легко приобретают линейный вид, что позволяет, используя метод наименьших квадратов, получить коэффициенты регрессии и для нелинейных функций. Однако, для некоторых функций необходимо помнить и об обратном преобразовании для получения истинных значений коэффициентов регрессии.

Таким образом, существует возможность получить достаточно много различных аналитических зависимостей для одного и того же набора данных, при этом степень адекватности каждой из них будет различная. При современных возможностях программного обеспечения и вычислительной техники достаточно несложно рассчитать коэффициенты регрессии для всех возможных функций, провести анализ их точности относительно исходных данных и выбрать наиболее адекватную. В качестве оценки точности аналитических зависимостей предлагается использовать такой параметр как среднеквадратичное отклонение:

где п - количество данных эксперимента; т - степень полинома; уЭ - значение функции в эксперименте;

уг - рассчитанное значение по полученной зависимости.

Этот параметр учитывает не только суммарные отклонения, но и степень полинома, т. е. уточняет полиномиальное влияние. Рассчитывая среднеквадратичное отклонение для всех полученных аналитических зависимостей, можно по минимальному значению параметра определить наиболее адекватную функцию. Если расчеты коэффициентов регрессии и среднеквадратичного отклонения сопровождать построением графиков, то анализ точности можно подтвердить и визуально.

Проведен регрессионный анализ для полученных экспериментально коэффициентов потерь колебательной энергии [93], описанных выше.

Корпус обрабатываемого электродвигателя

Полученные в результате эксперимента данные представлены на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Коэффициенты потерь корпуса обрабатываемого электродвигателя

Результаты расчета коэффициентов регрессии для различных аналитических зависимостей приведены в табл. 4.2 и 4.3, а также на рис. 4.2 и 4.3.

Таблица 4.2

Результаты регрессионного анализа нелинейными функциями

Название кривой Уравнение СКО

Экспоненциальная П = 0,035е"2'2'10-4 / 1,96*10 2

Степенная П = 0,266f ~0,388 6,31*10 3

Гиперболическая I типа 2 23 П = 0,015 + 2 f 6,31*10 3

Гиперболическая II типа 1 п =- 30,46 + 0,013f 2,03*10 2

Гиперболическая III типа п = f -2373,8 + 70,223f 9,81*10 2

Логарифмическая П = 0,103-0,012-ln f 1,08*10 2

S-образная -4,173+ 62'235 f П = e J 1,46*10 2

Обратнологарифмическая 1 n =- -59,61 +18,19 • ln/ 8,41*10 2

Рис. 4.2. Аппроксимация нелинейными функциями

Результаты регрессионного анализа полиномами

Таблица 4.3

Степень Уравнение СКО

1 n = 0,103 -0,0267 (lg f) 1,16*10 -2

2 П = 0,213-0,116 (lg f) + 0,0165 (lg f )2 6,46*10 -3

3 п = 0,408 - 0,356(1в/) + 0,11 (1в/)2 - 0,0116(1в/)3 4,69*10 -3

4 П = 0,097 + 0,16(1в/) - 0,198(1в/)2 + 0,067(1в/)3 - 0,0073(1в/)4 4,72*10 -3

5 п = -2,138 + 4,801(1в/) - 3,934(1в/)2 +1,527(1в/)3 --0,285 (1в / )4 + 0,0205 (1в / )5 3,49*10 -3

6 П = 5,78 -14,872(1в/) + 15,941(1ё/)2 -8,933(1в/)3 + +2,743(1в/)4 -0,437(^/)5 + 0,0282(1в/)6 2,35*10 -3

7 П = 8,832 -23,679(1в/) + 26,62(1в/)2 -15,992(1в/)3 + +5,492(1в/)4 -1,068(1в/)5 + 0,107(1в/)6 - 0,0042(1в/)7 3,3*10 -3

Рис. 4.3. Аппроксимация полиномами Проанализировав полученные результаты очевидно, что наилучшей аналитической зависимостью будет полином шестого порядка

П = 5,78 -14,872(1в/) + 15,941( 1в/)2 -8,933(1в/)3 +2,743(1в/)4 -0,437(1в/)5 + +0,0282 (1в / )6

Борштанга специального расточного станка Результаты экспериментов представлены на рис. 4.4

Рис. 4.4 Коэффициенты потерь борштанги специального расточного станка Результаты расчета коэффициентов регрессии приведены в табл. 4.4 и 4.5, а также на рис. 4.5 и 4.6.

Таблица 4.4

Результаты регрессионного анализа нелинейными функциями

Название кривой Уравнение СКО

Экспоненциальная n = 0,0142e"3'8210"4 7 6,59810 -3

Степенная П = 0,259f -0'676 2,47*10 -3

Гиперболическая I типа П = 0,0051 + °'866 f 3,06*10 3

Гиперболическая II типа 1 п =- 39,06 + 0,118/ 2,95*10 -3

Гиперболическая III типа n= f -13826,8 + 346,85f 1,62*10 -2

Логарифмическая П = 0,041 -0,0048 -ln f 2,91*10 -3

S-образная -5,478+ 77777 f П = е J 8,36*10 -3

Обратнологарифмическая 1 n =- -596,62 +136,08 • ln f 2,27*10 -2

Рис. 4.5. Аппроксимация нелинейными функциями

Результаты регрессионного анализа полиномами

Таблица 4.5

Степень Уравнение СКО

1 П = 0,036-0,0101( /) 4,55*10 -3

2 п = 0,08 - 0,045 (^ /) + 0,0065 (^ / )2 2,52*10 -3

3 п = 0,16 - 0,144(1в/) + 0,448(1в/)2 - 0,0047(1в/)3 1,71*10 -3

4 П = 0,381 - 0,512(^/) + 0,265/)2 - 0,061(^/)3 + 0,0052/)4 1,02*10 -3

5 П = 0,778 -1,335(1в/) + 0,927(1в/)2 - 0,32(^/)3 + +0,054 (1в/)4 -0,0036 (1в/)5 9,06*10 -4

6 П = -1,426 + 4,14(1в/) - 4,605/)2 + 2,592(1в/)3 --0,788(1в/)4 + 0,124(1в/)5 - 0,0079(1в/)6 4,94*10 -4

7 П = -7,79 + 22,499(^/) - 26,865/)2 +17,306/)3 --6,518(1в/)4 +1,439(1в/)5 -0,173(1в/)6 + 0,0087(1в/)7 2,12*10 -4

0.03

PO P1

*~P3 — P4 *-P5 •-P6

P7

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Рис. 4.6. Аппроксимация полиномами Проанализировав полученные результаты очевидно, что наилучшей аналитической зависимостью будет полином седьмого порядка

П = -7,79 + 22,499(lg f ) - 26,865(lg f )2 +17,306(lg f )3 -

-6,518 ( lg f )4 +1,439 (lg f )5 - 0,173 ( lg f )6 + 0,0087 (lg f )7

Резец осетокарного станка Результаты экспериментов представлены на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Коэффициенты потерь резца осетокарного станка

Результаты расчета коэффициентов регрессии приведены в табл. 4.6 и 4.7, а также на рис. 4.8 и 4.9.

Таблица 4.6

Результаты регрессионного анализа нелинейными функциями

Название кривой Уравнение СКО

Экспоненциальная n = 0,019e"37710-4 7 1,36*10 2

Степенная П = 0,405f -0'6 2,92*10 3

Гиперболическая I типа 1 57 п = 0,0051 + ' f 2,74*10 3

Гиперболическая II типа 1 п =- 39,856 + 0,08/ 1,13*10 2

Гиперболическая III типа п = 7 -10264,14 + 255,39f 2,61*10 2

Логарифмическая П = 0,065 -0,0078 -ln f 7,98*10 3

S-образная -5,246+ 87'°68 f П = е J 1,15*10 2

Обратнологарифмическая 1 n =- -420,5 + 97,08 • ln f 3,77*10 -2

Рис. 4.8. Аппроксимация нелинейными функциями

Таблица 4.7

Результаты регрессионного анализа полиномами

Степень Уравнение СКО

1 П = 0,065-0,018 (/) 8,52*10 -3

2 П = 0,144-0,081(1в /) + 0,0117 (/ )2 5,18*10 -3

3 П = 0,314 - 0,292(1в/) + 0,094(1в/)2 - 0,0101(1е/)3 3,27*10 -3

4 П = 0,756 -1,027(1в/) + 0,533(1в/)2 - 0,122(1в/)3 + 0,0104(1в/)4 1,67*10 -3

5 П = 1,494-2,559 (lg /) +1,766 (lg / )2 -0,604 (lg / )3 + +0,102 (^ /)4 - 0,00678 (lg / )5 1,34*10 -3

6 П = 3,59 -7,768(1в/) + 7,029(1в/)2 -3,374(1в/)3 + +0,904(1в/)4 -0,128(1в/)5 + 0,0075(1в/)6 1,35*10 -3

7 П = 3,018-6,188 (1в /) + 5,029 (1в / )2 -2,052 (1в / )3 + +0,389(1в/)4 -0,01(1в/)5 -0,0074(1в/)6 + 0,00078(1в/)7 1,91*10 -3

0.06

п

Р0 Р1 -Р2 -РЗ -Р4 ■Р5 ■Р6 Р7

125 250 500 1000 2000 4000 8000

Рис. 4.9. Аппроксимация полиномами Проанализировав полученные результаты очевидно, что наилучшей аналитической зависимостью будет полином пятого порядка

П = 1,494 -2,559 (^ /) +1,766 (lg / )2 - 0,604 (lg / )3 + +0,102 (^/)4 - 0,00678 (lg/)5

Ось, обрабатываемая на осетокарном станке

Результаты экспериментов представлены на рис. 4.10. л

0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

о -I--------

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000, _

I Гц

Рис.4.10. Коэффициенты потерь оси, обрабатываемой на осетокарном станке

Результаты расчета коэффициентов регрессии приведены в табл. 4.8 и 4.9, а также на рис. 4.11 и 4.12.

Таблица 4.8

Результаты регрессионного анализа нелинейными функциями

Название кривой Уравнение СКО

Экспоненциальная П = 0,0335е"2'2810"4 7 1,73*10 2

Степенная П = 0,194 f -0348 1,14*10 2

Гиперболическая I типа П = 0,0151 +1'854 f 9,43*10 3

Гиперболическая II типа 1 п =- 29,488 + 0,015f 1,71*10 2

Гиперболическая III типа п = f -2243,49 + 71,992f 4,31*10 1

Логарифмическая П = 0,0855 -0,00922 -ln f 1,31*10 2

S-образная -4,177+ 53367 f П = e J 8,89*10 -3

Обратнологарифмическая 1 n =- -61,87 +18,99 • ln f 7,01*10 2

Рис. 4.11. Аппроксимация нелинейными функциями

Результаты регрессионного анализа полиномами

Таблица 4.9

Степень Уравнение СКО

1 П = 0,086-0,0212 (/) 1,39*10 -2

2 П = 0,153 - 0,076 (^ /) + 0,0101(^ / )2 1,35*10 -2

3 п = 0,509 -0,516(1в/) + 0,182(1в/)2 - 0,0212(1в/)3 1,12*10 -2

4 П = 2,066 - 3,102(^/) +1,727(^/)2 - 0,416(^/)3 + 0,0366(^/)4 5,03*10 -3

5 П = 4,398 -7,944(1в/) + 5,624(1в/)2 -1,939(1в/)3 + +0,326(1в/)4 - 0,0214(1в/)5 3,83*10 -3

6 П = -2,598 + 9,438(1в/) -11,937(1в/)2 + 7,303(1в/)3 --2,349(1в/)4 + 0,383(1в/)5 - 0,0249(1в/)6 3,47*10 -3

7 П = -26,833 + 79,354(^/)-96,713^/)2 + 63,341^/)3 --24,172(1в/)4 + 5,393(1в/)5 -0,653(1в/)6 + 0,0332(1в/)7 4,20*10 -3

0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

.......... ч

Р0 P1 -Р2 -РЗ

-Р4

■Р5 ■Р6 Р7

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Рис. 4.12. Аппроксимация полиномами Проанализировав полученные результаты очевидно, что наилучшей аналитической зависимостью будет полином шестого порядка

П = -2,598 + 9,438(1в/) -11,937(1в/)2 + 7,303(1в/)3 --2,349(1в/)4 + 0,383(1в/)5 - 0,0249(1в/)6

Таким образом, выполненный регрессионный анализ позволил определить аналитические зависимости коэффициентов потерь колебательной энергии источников шума и вибрации при работе специального расточного и осетокарного станков. Эти зависимости позволяют определить значение коэффициента потерь не только на среднегеометрических частотах октавного спектра, но и на собственных частотах колебаний.

4.4. Система шумозащиты рабочего места оператора специального расточного станка

Теоретические исследования, подтвержденные экспериментальными данными, определили источниками шума, формирующие превышения октавных уровней звукового давления на рабочем месте оператора. Этими

источниками являются: растачиваемый корпус, две борштанги и звуковое излучение из двух растрачиваемых отверстий. Долевой вклад каждого источника определяется расчетами, которые показали, что звуковое излучение корпуса на рабочем месте оператора превышает санитарные нормы не более чем на 3 дБ в пятой и шестой октавах. После установки на корпусе вибропоглощающей системы, состоящей их намагниченной резины и магнипласта толщиной 3 мм (каждый слой) уровни звукового давления на рабочем месте снизили на 2,5 - 8 дБ. Можно предложить, что эффект в снижении шума в большей степени достигается не вибропоглощением, а уменьшение площади излучающей поверхности корпуса.

Компоновка станка с точки зрения расположения корпуса относительно приводов борштанг и ориентация источников шума (двух борштанг и двух растачиваемых отверстий определила конструкцию звукоизолирующего ограждения, представленного на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Схема звукоизолирующего ограждения специального расточного станка: 1 - корпус ограждения; 2 - виброизолирующие элементы; 3 - пластинка между корпусами привода борштанг.

На двух уголках, которые крепятся к основанию станка через виброизолирующую прослойку 2 из резины 1002, устанавливается ограждение 1 их органического стекла толщиной 4-5 мм. Корпус ограждения с двух сторон облицовывается магнитопластом, что и обеспечивает плотное прилегание как торцу корпуса. Так ми к корпусам приводом борштанг. Между корпусами борштанг устанавливается пластина 3, что обеспечивает герметизация ограждения. Расчетная звукоизоляция ограждения приведена на рис 4.14.

Е

После облицовки корпуса и установки ограждения уровня звукового давления на рабочем месте практически полностью определяется звуковым излучением привода и ниже предельно-допустимых величин на 3-4 дБ во всем нормируемом частотном диапазоне. зи, дБ

50

40

30

20

10

[ССЫЛКА НА

яу^юЧ*ссыд<А НА ш ЯЧЕЙКУ] [ссьужА на/ ^Я^ЙКУ]/

[ССЫЛКД'НА ___^

_ - ~ >-----

31.5

63

125

250

500 — 1

1000 2000 —•—2

4000

8000 1, Гц

Рис.4.14. - Звукоизоляция ограждений специального расточного станка

I, дБ

но

100

90

80

70

60

ч ч ч ч ч

ч ч ч