Экспериментальные исследования шума и вибрации ленточнопильных и многопильных деревообрабатывающих станков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспериментальные исследования шума и вибрации ленточнопильных и многопильных деревообрабатывающих станков

Существующие исследования шума пильных деревообрабатывающих станков ограничены мощностью до 7 кВт для ленточнопильных станков и однопильными круглопильными станками. Поэтому в качестве объектов исследования в данной работе выбраны тяжелые ленточнопильные станки с мощностями 75-160 кВт и многопильные круглопильные станки, технические характеристики которых приведены в таблицах 1 и 2.

деревообрабатывающий станок шум вибрация

Таблица 1. Технические характеристики объектов исследования. (ленточнопильных станков)

Таблица 2. Технические характеристики объектов исследования. (многопильных станков)

* - ЦДК 5-1 - многопильный прирезной; ЦМР - 1 - многопильный раскройный; Т-94 - восьмипильный для развала брусьев; А -727 - торцовочный пильный; СЛ -1 - слепшер

** - числа зубьев в верхнем ряду применяются для продольной распиловки, в нижнем - для поперечной

Круглые пилы, используемые в этих станках, имеют малую толщину и большие диаметры. Поэтому они имеют очень большое количество собственных частот колебаний. Причем первые моды колебаний попадают даже в первую октаву. В частности, дисковые пилы диаметром 400 мм имеют 320 собственных частот, которые попадают в нормируемый диапазон частот 22.4-11200 Гц. Пилы, диаметром 600 мм - 373 собственных частоты форм колебаний, а пилы диаметром 1500 мм - 4667.

Теоретический расчет уровней звукового давления выполнялся на ЭВМ, т.е. в программе расчета автоматически учитывается количество собственных частот и их сортировку по ширине полос соответствующих октав. Частоты силового возмущения, определяемые частотами возмущения пильных дисков и количеством зубьев пил приведены в таблице 3.

Таблица 3. Частоты силового воздействия дисковых пил, попадающих в октавные полосы

Спектры шума тяжелых ленточнопильных станков представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Спектры шума тяжелых ленточнопильных станков: 1 - ЛПС-1 и ЛГ-190; 2 - ЛБ-240; 3 - предельный спектр

Обработке на ленточнопильных и многопильных круглопильных станках подвергались различные породы древесины, включая заготовки из дуба. Измерение шума показывает, что разница в уровнях звукового давления составляет 1.5-3.5 дБ (теоретически рассчитанное значение составляет 2 дБ). Поэтому на спектрах шума приведены максимально зафиксированные уровни звукового давления.

В отличии от ленточнопильных металлообрабатывающих станков в данном случае спектр имеет равномерное распределение интенсивности излучаемой звуковой энергии в широкой полосе частот 125-8000 Гц. Собственно, в этом же интервале уровни звукового давления выше санитарных норм для всех типов станков, что показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Превышения уровней звукового давления над предельно-допустимыми величинами: 1 - ЛПС-1; 2 - ЛГ-190 и ЛБ-240

Измерения показали, что у станков этих моделей превышения над санитарными нормами начинаются с третьей октавы и составляют 6 и 10 дБ дл станков ЛС-1 и Лг-190 соответственно. По мере увеличения частот разница между санитарными нормами фактическими уровнями звукового давления возрастает и достигает значений 24 дБ для станка ЛС-1 и 27 дБ у станков ЛГ-190 и ЛБ-240. Скорости резания у станков вышеуказанных моделей одинаковы. Поэтому изменение сил резания определяется соотношениями мощностей резания. Согласно теоретическим расчетам увеличение уровней звукового давления составляет 7 дБ. Экспериментальное значение 4-5 дБ, что подтверждает правильность теоретических расчетов.

Характер спектров шума у круглопильных станков существенно отличается от ленточнопильных.

Спектры шума всех многопильных станков носят четко выраженный высокочастотный характер. измерения уровней звукового давления проводились при работе дисковых пил с числами зубьев 36 и 120. Максимальные уровни звукового давления создаются в рабочей зоне станка ЦМР-1 (показано на рисунке 3).

Рисунок 3. Спектры шума станка ЦМР-1: 1 - при числе зубьев Z=36; 2 - при числе зубьев Z=120; 3 - предельный спектр

Превышения уровней звукового давления начинаются с пятой октавы и составляют 3-7 дБ при числе зубьев 36 и 120 соответственно. В высокочастотной части спектра (1000-8000 Гц) уровни звукового давления достигают 110 дБ в октавах 7 и 8 (для дисковых пил с Z=36 и Z=120).

Превышение над предельно-допустимыми значениями составляют: 22 и 25 дБ в шестой октаве; 33 и 30 дБ - в седьмой октаве; 29 и 38 в восьмой октаве и 27 и 36 дБ в девятой.

Увеличение числа зубьев сопровождается смещением максимального уровня звукового давления в более высокочастотную часть спектра.

Аналогичные закономерности имеют и другие типы многопильных станков.

Рисунок 4. Спектры шума станка ЦДК-5: 1 - Z=36; 2 - Z=120; 3 - предельный спектр

У станка ЦДК-5 превышение уровня звукового давления (показано на рисунке 7) в пятой октаве меньше, чем у станка ЦМР и составляет 2-2.5 дБ. Превышения уровней звукового давления в шестой-девятой октавах составляют: 10-20 дБ, 27-30 дБ, 24-34 дБ и 25-31 дБ соответственно.

Спектр шума станка СЛ-1 характеризуется наличием максимальных уровней звукового давления в пятой и шестой октавах (показано на рисунке 5)

Рисунок 5. Спектры шума станка СЛ-1: 1 - Z=36; 2 - Z=120; 3 - предельный спектр

У данного станка уровни звукового давления при Z=120 ниже предельно-допустимого значения в четвертой октаве на 2-2.5 дБ. При Z=36 превышение составляет 5 дБ, что объясняется снижением частоты воздействия силового возмущения. В пятой-девятой октавах превышения составляют: 12-19 дБ; 20-25 дБ; 14-20 дБ; 6-11 дБ и 5-9 дБ соответственно.

У станка А727 (показано на рисунке 6) «характер» спектра шума в значительной степени напоминает станки ЦМР-1 и ЦДК-5.

Рисунок 6. Спектры шума станка А727: 1 - Z=36; 2 - Z=120; 3 - предельный спектр

В пятой октаве уровни звукового давления при работе дисковой пилой с числом зубьев Z=36 на 5 дБ превышают норматив, а при числе зубьев Z=120 на 2 дБ. В шестой-девятой октавах превышения составляют: 15-20 дБ; 18-27 дБ; 19-27 дБ и 16-21 дБ соответственно.

Станок Т94 характеризуется наиболее плотным распределением интенсивности звукового излучения в седьмой-девятой октавах (показано на рисунке 7) в особенности при использовании пилы с числом зубьев Z=120.

Рисунок 7. Спектр шума станка Т94: 1 - Z=36; 2 - Z=120; 3 - предельный спектр

Разница в уровнях звукового давления в этих октавах составляет 1.5-2 дБ, что фактически соизмеримо с точностью измерительной аппаратуры. Станок Т94 создает в сравнении с вышеуказанными значительно большее превышение уровня звукового давления в пятой октаве (на 9-10 дБ), что подтверждается расчетами, приведенными в таблице 1.

В шестой-девятой октавах превышение уровней звукового давления над нормативными величинами составляют: 16-18 дБ; 17-20 дБ; 14-22 дБ и 15-20 дБ соответственно.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правильность теоретического подхода и моделирования процесса формирования спектров шума станков пильной группы и, в частности, то, что основным источником, создающим превышения уровней звукового давления над санитарными нормами является узел резания.

Сравнение расчетных и экспериментальных уровней звукового давления показано на примере станка ЦМР-1 (рисунок 8) как создающего наиболее высокие уровни шума.

Рисунок 8. Экспериментальные (1) и теоретические (2) уровни звукового давления

Сходимость теоретических и экспериментальных уровней шума не превышает 3-4 дБ. Такая точность является достаточной для проведения инженерных расчетов, т.к. существующие методы расчета звукоизоляции имеют такую точность и точность измерительной аппаратуры составляет ± 2 дБ.

Следует отметить тот факт, что расчетные уровни звукового давления превышают полученные экспериментально. Объяснением этому факту служит то, что в расчетах задается коэффициент потерь колебательной энергии самих пил, а не всего пильного узла, у которого он естественно выше. [1-11]

Список литературы

1. Чукарин А.Н. Теория и методы акустических расчетов и проектирования технологических машин для механической обработки // А.Н. Чукарин. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2005. - 152 с.

2. Чукарин А.Н., Каганов В.С. Звукоизлучение заготовки при токарной обработке // Борьба с шумом и звуковой вибрацией. - М., 1993. - С. 21-24.

3. Балыков И.А., Чукарин А.Н., Евсеев Д.З. Влияние процессов резания на шум фрезерных станков // Новое в безопасности и жизнедеятельности и экологии: Сб. ст. докл. конф., Санкт-Петербург 14-16 октября. - Санкт-Петербург, 1996. - С. 222-223.

4. Балыков И.А. О расчёте шума, излучаемого заготовкой при фрезеровании / Донской гос. тех. ун-т. - Ростов-н/Д, 1996. - Деп. в ВИНИТИ 16.08.96, №2687-В96.

5. Чукарин А.Н., Балыков И.А. Экспериментальные исследования шума и вибрации фрезерных станков / Донской гос. тех. ун-т. - Ростов-н/Д, Деп. в ВИНИТИ 16.08.96, №2687-В96.

6. Литвинов А.Е., Чукарин А.Н., Корниенко В.Г. Экспериментальные исследования шумов и вибрации на ленточнопильных станках. Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. - 2011. - №69 (05)

7. Литвинов А.Е., Сухоносов Н.И., Корниенко В.Г. Ленточно-отрезной станок (патент) №2548853 МПК B23D 55/08 (2006.01) по заявке №2013154955/02 от 10.12.2013.

8. Litvinov A.E. Improving tool life and machining precision in band saws. Russian engineering research 2016 г. №9 с. 761-760

9. Литвинов А.Е. Некоторые аспекты шумообразования отрезных ленточнопильных станков. Сборник статей студентов, аспирантов, молодых ученых и преподавателей международной конференции «Векторы развития науки» 2015 г. с 74-75

10. Литвинов А.Е. Методика расчета ленточной пилы на прочность и усилия натяжения для обеспечения устойчивости резания // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) №9 (113) 2015 г.

11. Литвинов А.Е. Оценка влияния резонансной частоты колебаний системы «пила-направляющая пилы» на процесс резания ленточными пилами // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ)№2 (96) 2014 г.

Размещено на Allbest.ru