CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА
ИМЕНИ С. М. КИРОВА
Том 188 1974
АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЮЩИХ СПЕКТРА ВИБРАЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ МОЛОТКОВ
В. Ф. ГОРБУНОВ, В. И. БАБУРОВ, А. И. ПАШНИН
Получение и изучение спектров пневматических молотков в зависимости от режимов работы необходимо с целью установления причин вибрации, особенно высокочастотной. На основе этого возможна разработка научно обоснованных рекомендаций по виброизоляции ручных пневматических молотков.
В соответствии с санитарными нормами (1966 г., № 626) оценка вибрации ручных механизмов и инструментов должна производиться по спектру виброскорости, так как колебательная энергия пропорциональна ей.
Из всех возможных методов получения спектров пневматических молотков наиболее приемлем аппаратурный анализ, для целей которого авторами разработана методика [1].
Нами исследовались рубильно-клепальные пневматические молотки, серийно выпускаемые Томским электромеханическим заводом. При изучении спектров виброскорости пневматических молотков установлены общие закономерности. Вид огибающей спектра и уровни его составляющих зависят от режима работы молотка (давление воздуха в сети и усилие нажатия). На рис. 1 показаны спектры виброскорости клепального молотка КЕ-22 при различных усилиях нажатия и постоянном давлении воздуха, равном 5 ати. Как видно из рисунка, с увеличением усилия нажатия уровни составляющих спектра имеют тенденцию к понижению, причем это понижение не носит монотонного характера. Вид огибающей спектра в общих чертах сохраняется. Но на некоторых частотах (полосах частот) в зависимости от нажатия появляются новые «пики» или происходит перераспределение уровней виброскорости. Таким образом, уровень колебательной энергии, пропорциональный площади спектра, передаваемый работающему, понижается с увеличением усилия нажатия.
На рис. 2 приведены спектры скорости клепального молотка КЕ-16 при постоянном усилии нажатия, но при разном давлении воздуха. С увеличением давления воздуха, подводимого к молотку, уровни составляющих спектров заметно повышаются. Причем общий вид огибающей составляющих спектра имеет один и тот же характер.
Рис. 1 и 2 показывают, что спектр пневматического молотка существенно зависит от режима его работы. Отметим некоторые общие особенности спектров вибрации различных конструкций молотков при работе их в одном и том же режиме, характерном для производства, а имен-
но: при давлении воздуха 5 ати; усилии нажатия 20 кг пружиной жесткостью 5 кг/см; поглотитель энергии ударов — стальная плита.
В этих условиях работы молотков спектры виброскорости имеют общие закономерности:
Рис. 1. Огибающие спектров виброскорости молотка К.Е-22
при усилиях нажатия: А — л — Л —29 кг, О—О — О — —25 кг, X—X—X — 21 кг, %—® — 17 кг
а) все спектры начинаются с основной (первой) гармоники, равной частоте ударов молотка; это характерно для всех режимов, однако в некоторых из них возможно появление составляющих более низкой частоты, наличие их объясняется случайным характером вибрации и сложностью формы колебаний;
б) падение величины виброскорости с начала спектра до частот 100—300 гц;
в) наличие, как правило, нескольких максимумов в спектре на частотах выше 300 гц.
Переменное давление воздуха в полостях молотка не может создать высокочастотных колебаний, поэтому в зоне спектра до 300 гц наблюдается понижение уровней виброскорости. Если наличие низкочастотной части спектра можно объяснить действием вибрации, создаваемой изменяющимся давлением воздуха в молотке, то природа высокочастотных «пиков» не может быть удовлетворительно объяснена без специальных экспериментов.
Для этих целей были найдены частоты собственных колебаний деталей и молотка в сборе. Некоторые их значения приведены в таблице. Определение собственных частот колебаний производилось методом сравнения частот. На рис. 3 показана схема экспериментальной уста-
Рис. 2. Огибающие спектров виброскорости молотка КЕ-16
при давлении воздуха в сети ф—ф--б ати,
X —X — X--5 ати, о —о—О--4 ати.
новки. Деталь 2 подвешивали на гибкой нити 1. В детали ударом возбуждали колебания собственной частоты; сигнал улавливался акустическим зондом (АЗ-1) 3 и усиливался специальной приставкой 4 типа УПУ-1. Усиленный сигнал подавали на осциллограф 5. Одновременно на осциллограф 5 подавался сигнал стандартной калиброванной частоты от звукового генератора 6.
Таблица
Частоты собственных колебаний пневмомолотка и его деталей в гц
Тип молотка Рукоятка Ствол Инструмент Частота собственных колебаний молотка в сборе
МР-4 5720 6260 1700 1650—2850
БСЗ-135 3700 6100 1050 870, 3400
МР-6 4880 5850 1650 4990, 2320
КЕ-16 3460 3800 2250 1190, 2000
При совпадении частот этих сигналов или их кратности на экране осциллографа наблюдается соответствующая фигура Лиссажу, по которой и судят о собственной частоте колебаний детали.
Собственную частоту молотка в сборе определить таким методом не удалось из-за быстрого затухания сигнала. Поэтому для этой цели применялся широкодиапазонный (до 5000 гц) электродинамический вибростенд. При совпадении (резонансах) частоты возбуждения с частотой
собственных колебаний наблюдались звуковые эффекты и резкое увеличение ускорения. Данные по частотам приведены в таблице.
Если сравнить частоты, на которых наблюдаются «пики» в спектре виброскорости, то заметим, что они совпадают с частотой собственных колебаний молотков в сборе. Таким образом, ^источником высокочастотной вибрации являются собственные колебания деталей и молотка в целом. При ударном характере работы молотка в деталях возбуждаются
колебания с собственной частотой, тем самым увеличивая уровни высокочастотных составляющих.
Анализ спектров виброскорости пневматических молотков показывает, что имеется два оснрв-ных источника вибрации: переменное во времени давление воздуха в передней и задней полостях молотка и собственные колебания деталей и молотка в целом. При этом первый является источником низкочастотной вибрации, второй — высокочастотной. Исходя из этого, можно рекомендовать методы борьбы с вибрацией. Подавление низкочастотной вибрации возможно путем виброизоляции рукоятки упругими элементами, применения динамических поглотителей, изменения рабочего цикла и т. д. Для уменьшения высокочастотной вибрации возможно только виброгашение, так как она обусловлена колебаниями деталей с собственной частотой. Поэтому необходимо:
а) стремиться исключить удары при посадке корпуса молотка на буртик инструмента, за счет применения специальных букс и виброзащитных муфт;
б) собственную частоту пневмомолотков как можно дальше отодвинуть в область высоких частот;
в) производить выбор материала деталей молотков с расчетом уменьшения частоты собственных колебаний.
Собственная частота
4 5 б
Рис. 3. Схема экспериментальной установки
¡=к
V-
т
зависит от отношения жесткости детали к ее массе и от условии ее закрепления. Увеличение этого отношения за счет уменьшения массы нецелесообразно, так как вместе с этим уменьшается и жесткость детали. Рационально повышать / увеличением жесткости детали. Например, замена державки рукоятки молотка круглого сечения коробчатой приводит к резкому повышению жесткости без заметного увеличения веса. Но при увеличении жесткости рукоятки молотка необходимо учитывать также эстетические и технологические требования к ее конструкции с точки зрения удобства охвата рукой рабочего и уменьшения гидравлических потерь сжатого воздуха. В этом случае наиболее удобной формой сечения следует считать треугольную с закругленными вершинами, предложенную Тучны [2]. Для уменьшения гидравлических потерь воздуха необходимо спрямлять каналы, по которым проходит воздух, но нельзя уменьшать их сечение.
Выводы
1. Спектральным анализом вибрации серийно выпускаемых пневматических молотков установлено, что с увеличением усилия нажатия уровни составляющих спектра виброскорости понижаются, причем не монотонно. Огибающая спектра на некоторых частотах имеет максимумы. Повышение давления воздуха в сети приводит к возрастанию уровней составляющих. Для всех типов молотков огибающая спектра при этом имеет один и тот же характер.
2. Показаны общие закономерности изменения спектров виброскорости молотков при работе их в равных условиях.
3. Установлены источники низко-и высокочастотных вибраций, а также показан способ их ограничения за счет изменения частот собственных колебаний отдельных деталей молотка.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Ф. Горбунов, В. И. Бабу ров, А. И. Пашнин, Ю. А. О п а р и н, А. Ф. 'Козлов. Методика получения спектров вибраций пневматических молотков. (Настоящий сборник).
V V V
P. Tucny. К hygiene ргасе sracnim naradim. Praha, 1965.
10 Заказ 4327
