CC BY
1
УДК 656.2 + 06
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-92-93
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДОЛЬНО- И ПОПЕРЕЧНО-СТРОГАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
Д.П. Шония
В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований спектров шума продольно- и поперечно-строгальных станков. Представлены результаты экспериментальных исследований закономерностей спектрального состава акустических характеристик и выявление диапазонов, в которых уровни звукового давления превышают санитарные нормы. Эти закономерности подтверждаются и теоретическими выводами о закономерностях формирования виброакустических характеристик станков данного типа.
Ключевые слова: уровни звука, октавные уровни звукового давления, продольно-и поперечно-строгальные станки, экспериментальные исследования
Введение. Характеристикой продольно-строгальных станков являются значительные размеры обрабатываемых деталей, причем у станков данного типа подвижной частью является стол с закрепленной на нем заготовкой [1]. Обычные строгальные станки существенно различаются по силовым характеристикам и габаритным размерам, однако их колебательные системы имеют единую компоновку, представленную на рис. 1 на примере продольно-строгального станка модели 7212.
Рис. 1 Продольно-строгальный станок модели 7212:1 — направляющие; 2 — станина; 3 — стол; 4 и 5 — стойки; 6 — траверса; 7 и 9 — приводы вертикального и бокового суппортов; 8 — вертикальные суппорты; 10 — привод главного движения
В процессе экспериментальных исследований измерялись уровни звука и октавные уровни звукового давления на продольно-строгальных станках моделей 7110, 7112, 7212 и поперечно-строгальных моделей 7А311 и 7М36, технические характеристики которых приведены в таблице 1.
Экспериментальные исследования шума. В первой серии экспериментов измерялись уровни звука при обработке различных типов заготовок по их геометрическим размерам, потребляемой мощности и величине тяговой силы [2,3]. Следует отметить, что разницы в уровнях звука составляют 12 дБА у станков модели 7110 и 16 дБА
92
у станков моделей 7112 и 7212, причем у станков 7112 и 7212 практически идентичные гистограммы распределения уровней звука при реализации технологических процессов (см. рис.2).
Таблица 1
Технические характеристики строгальных станков_
Параметры Модель станка
7110 7112 7212 7А311 7М36
Максимальные размеры заготовки, мм 900*1000 1120*1250 1120*1250 200*200 450*710
Длина хода ползуна, мм 10-200 150*340
Наибольшее перемещение стола ползунов 3200 300 4200 300 4200 300 250 700
Скорость хода стола, м/мин 4-90 4-80 4-80
Ползуна дв.ход/мин 53, 71, 106, 212
Тяговая сила, кН 70 120 120
Мощность двигателя, кВг 75 100 100 0,8:1,5 7,5
Результаты измерений показали, что у продольно-строгального станка модели 7110 в 7 % вариантов реализации технологических процессов уровни звука составляют 86-88 дБА, что соответствует превышению на 6-8 дБА над предельно-допустимым значением, в 15 % вариантов уровни звука превышают предельно-допустимое значение на 8-10 дБА, в 25 % - на 10-12 дБА, в 33 % - на 12-14 дБА и в 20 % - на 14-16 дБА. Превышения уровней звука у продольно-строгального станка модели 7212 больше и составляют 8-10 дБА в 5 % вариантов строгания, 10-12 дБА в 10 % вариантов, в 15 % - 12-14 дБА, 14-16 дБА - в 18 %, 16-18 дБА - в 22 % вариантов и 18-20 дБА - в 30 % вариантов.
35 30 25 20 15 10 5
88
90
92
94
96
а б
Рис. 2. Гистограммы распределения уровней звука при строгании различных заготовок: а — модели 7110; б — модели 7212
Необходимо отметить, что экспериментальные данные подтвердили теоретические работы по изменению уровней звука при изменении тяговой силы и мощности
120
привода. Теоретические значения составили AL = 20LgAP = 20Lg— = 4,7 дБ, а экспериментальное значение 7 дБ и по мощности привода теоретическое значение AL = 20Lg-^ = 2,5 дБ, экспериментальное - 5 дБ.
Гистограммы распределения уровней звука поперечно-строгальных моделей приведены на рис. 3.
0
76 78 80 84 86 80 82 84 86 88
а б
Рис. 3. Гистограммы распределения уровней звука поперечно-строгальных станков:
а — модели 7А311; б — моделей 7М36, 7307д
Результаты измерений показали, что уровни звука поперечно-строгальных станков значительно ниже, чем у продольно-строгальных и не превышают 86 дБА у станка модели 7А311 и 88 дБА у станка модели 7М36. Кроме этого следует указать на то, что у станка модели 7А311 практически 70 % вариантов обработки не превышают предельно-допустимое значение. Только в 30 % вариантах превышена нормативная величина. Причем в 20 % вариантов превышение составляет до 4 дБА, а в 10 % - до 6 дБА.
Учитывая погрешности измерений у станка модели 7М36 предельно-допустимое значение уровня звука удовлетворяется в 30% вариантах работы станка. Уровень звука превышается на 4 дБА в 25% вариантах. Максимальное количество вариантов работы станка соответствует превышению до 6 дБА (30%), в 20% вариантах превышение уровней звука достигает значения 8 дБА.
В следующей серии экспериментов выявлялось влияние глубины резания и подачи на уровни звука. Для этого на одних и тех же заготовках изменялась глубина резания при неизменной подаче и числе двойных ходов. Аналогичным образом изменялась подача при неизменной глубине резания. В экспериментальных исследованиях невозможно выявить влияние отдельных составляющих сил резания на уровни звукового давления. Поэтому ниже приведены данные, имеющие комплексные характеристики.
ALPt = 22lg^-; ALS = 18lg^.
Эти данные наглядно подтверждают правильность теоретических расчетов [46]. Действительно, разница между экспериментальными и расчетными данными не превышает 2 дБА, причем теоретические данные выше экспериментальных. Учитывая, что санитарные нормы уровней шума должны быть выполнены при любых условиях эксплуатации, спектральный состав шума представлен для наиболее шумных вариантов технологического процесса.
На первом этапе выполнялись измерения уровней звукового давления на холостом режиме станка. Исходя из компоновки станков и их кинематики можно предположить, что источниками шума являются коробка скорости привода главного движения и приводы вертикальных и бокового суппортов. Результаты измерений уровней звукового давления холостого хода станков приведены на рис. 4. Уровни звукового давления станка модели 7110 превышают предельно допустимое значение в пятой-восьмой октавах.
Уровни звука привода суппортов создают превышение не более 2 дБ в интервале частот 1000-2000 Гц. Превышения уровней шума привода главного движения составляют 3-5 дБ в октавах со среднегеометрическими частотами 500, 1000, 2000 и
4000 Гц.
L, дБ 110
100
90
80
70
60
•ч ч ч ч ч
ч ч ч ч
*Г__'___
31,5
63
125
250 500 1000 2000 4000 8000 - —1--2 — -- 3
f, Гц
Рис. 4. Спектры шума холостого режима станка 7110:1 — привода суппортов; 2 — привода главного движения; 3 — предельно-допустимые значения
Уровни звукового давления приводов суппортов станка модели 7212 (рис. 5) отличаются от вышеуказанного станка не более чем на 1,5 дБ, что сравнимо с погрешностями проведения эксперимента. L, дБ 110
100
90
70
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
1--2"— 3 I Гц
Рис. 5 Спектры шума холостого режима работы станка 7112: 1 — привода суппортов; 2 — привода главного движения; 3 — предельно-допустимые
значения
Уровни звукового давления привода главного движения превышают допустимые величины на 2-3 дБ выше, а уровни звукового давления привода суппортов на 4-5 дБ в интервале 500-8000 Гц. Эти данные согласуются с теоретическими расчетами по изменению уровней шума для станков с различной мощностью. В данном случае расчетное изменение уровней шума составляет
Ж = 2010^ = 2,5 дБ.
Характерной особенностью станин продольно-строгальных станков является наличие воздушной полости между элементами станины и ее открытым участком. Такая конструкция позволяет предположить, что воздушная полость практически являет-
95
ся резонатором и излучает звуковую энергию в производственное помещение. Изменения со стороны открытого участка станины станка 7212 приведены на рис. 6.
Как видно из полученных данных, уровни звукового давления на рабочем месте оператора практически не претерпели изменений, что объясняется ослаблением звука по данным станины. Однако, следует учесть влияние звукового излучения воздушной полости на соседние к данному станку рабочие места, так как уровни звукового давления на расстоянии 3 м превышают предельно-допустимые на 7-8 дБ в интервале 500-8000 Гц.
L, дБ 110
100
90 80 70
60
31,5 63 125 ^50 1 _500 2 10^0 3 2000 4000 8000
f, Гц
Рис. 6. Спектры шума станка модели 7112:1 — на рабочем месте оператора; 2 — со стороны открытого участка станины на расстоянии 3 мм; 3 — предельно-допустимые значения
Поперечно-строгальные станки моделей 7307 и 7310Д оснащены гидроприводом. Технические характеристики данных станков приведены в таблице 2.
Технические характеристики поперечно-строгальных станков
Таблица 2
Параметры станка 7307 7310Д
Длина хода ползуна, мм 150-710 150-1000
Наибольшее сечение резца, мм 25*40 25*40
Размеры рабочей поверхности стола, мм 450*710 560*1000
Наибольшее перемещение стола, мм 710 800
Пределы горизонтальных подач стола, мм/дв.ход 0,2-5 0,2-5
Скорость ползуна под нагрузкой, м/мин 3-48 3-48
Мощность электропривода главного движения, кВт 7,5 10
Габариты станка (длина, ширина, высота), мм
Уровни звукового давления холостого режима работы данных станков различаются не более, чем на 2 дБ и ниже предельно-допустимых величин во всем нормируемом частотном диапазоне (рис. 7). Данные отличия от продольно-строгальных станков объясняются именно спецификой гидропривода главного движения и, следовательно, малым количеством зубчатых колес в кинематике станков.
Изменения уровней звукового давления при реализации технологического процесса приведены на рисунках 8-10.
Прежде всего следует отметить, что по «характеру» спектр при рабочем режиме спектр шума имеет ярко выраженный средне и высокочастотный характер, так как в интервале частот 500-8000 Гц уровни звукового давления превышают предельно-допустимые значения. Величины превышений для двух условий реализации технологического процесса составляют 6-9 дБ и 10-15 дБ (соответственно). Аналогичные закономерности наблюдаются и у станка модели 7212 (рис. 9).
96
I, дБ 110
100
90
80
70
60
31,5
63
125
250
500 1 --
1000 2000 4000 8000 3
I Гц
Рис. 7 Спектры шума холостого хода станка модели 7310Д: 1 — уровни звукового давления; 2 — предельно-допустимые значения
I, дБ 110
100
90
80
70
60
31,5
63
125
250 500
1000 2 —
2000
4000
8000 I Гц
Рис. 8 Спектры шума при реализации технологического процесса станка модели 7110:1 — для условий уровней звука 94-96 дБА; 2 — для условий уровней звука 88-90 дБА; 3 — предельно-допустимые значения
Уровни звукового давления превышают предельно-допустимые уже третье октавы. Величины превышений в четвертой-девятой октавах на 5-15 дБ для второго режима и 11 -24 дБ для первого режима. Следует отметить, что для станков модели 7110 уровни звукового давления при реализации технологического процесса увеличиваются, в сравнении с холостым режимом, на 10-20 дБ в интервале частот 500-8000 Гц, на станке модели 7212 на 13-27 Гц.
Возрастает и интенсивность звукового излучения со стороны воздушной полости станка (рис. 10). Поскольку в производственном помещении на расстоянии 3м вполне может находится рабочее место, то в этой точке уровни звукового давления также превышают предельно-допустимые величины на 4-7 дБ для станка 7110 и 5-13 дБ для станка модели 7212. Такими образом, для строгальных станков основное влияние оказывает в превышении уровней звукового давления над предельно-допустимыми значениями и создает звуковое излучение акустическая подсистема - режущий инструмент - заготовка.
3
L, дБ 110
100
90
80
70
60
31,5 63 125 ^250 500 1000 2000 4000 8000
I Гц
Рис. 9. Спектры шума при реализации технологического процесса на станке модели 7212:1 — для условий уровня звука 98-100 дБА; 2 — для условий уровня звука 90-92 дБА; 3 — предельно-допустимые значения
L, дБ 110
100
90
80
70
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
"" "" f, Гц
Рис. 10. Спектры шума на расстоянии 3м от открытой части станины: 1 станка 7110; 2 — станка 7212; 3 — предельно-допустимые значения
L, дБ 110
100
90
80
70
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000
8000 f, Гц
Рис. 11 Спектры шума станка модели 7310Д: 1 — при реализации технологического процесса при уровнях звука 88 дБА; 2 — при уровнях звука 80-82 дБА; 3 — предельно-допустимые значения
98
Этот вывод наглядно подтверждается спектрами шума станка модели 7310Д (рис. 11), у которого вследствие применения гидропривода главного движения уровни звукового давления холостого режима ниже предельно-допустимых значений.
Максимальные величины превышений уровней звукового давления, зафиксированные в пятой-девятой октавах, достигающие величины 8S-88 дБ. Кроме этого следует отметить достаточно равномерное распределение интенсивности звукового излучения именно в этом частотном диапазоне, так как разница в уровнях звукового давления в интервале частот S00-4000 Гц не превышает 2 дБ.
Заключение. Анализ результатов экспериментальных исследований позволяет предположить, что источниками шума, звуковое излучение которых формирует превышение над предельно-допустимыми значениями в соответствующих октавах, являются [T,8]:
для продольно-строгальных станков:
- корпус коробки скоростей привода главного движения;
- открытый торец станины;
- заготовка и режущий инструмент.
для поперечно-строгального станка:
- заготовка и узел резания.
Таким образом, полученные результаты экспериментальных испытаний подтверждают правильность теоретических исследований о закономерностях шумообразо-вания станков строгальной группы.
Список литературы
1. Финоченко, Т. А. Влияние количественной оценки условий труда на величину производственного риска / Т. А. Финоченко, И. Г. Переверзев, В. А. Финоченко // Инженерный вестник Дона. - 20П. - № 4(4T). - С. 139. - EDN YUQKXO.
2. Баланова, М. В. Методика и техническое обеспечение проведения экспериментальных исследований по определению шума на рабочих местах / М.В. Баланова, Т.А. Финоченко, И.А. Яицков // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2019. - № 1. - С. S-T. - EDN MKAIVJ.
3. Финоченко, Т.А. Методика проведения экспериментальных исследований шума прутковых токарных автоматов / Т. А. Финоченко // Инновационные технологии в машиностроении и металлургии : Материалы IV Международной научно-практической конференции, Ростов-на Дону, 0S-0T сентября 2012 года. - Ростов-на Дону: Донской государственный технический университет, 2012. - С. 263-268. - EDN JDVMJB.
4. Чукарин, А.Н. Теория и методы акустических расчетов и проектирования технологических машин для механической обработки / А. Н. Чукарин. - Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2004. - 1S2 с. - ISBN S-T890-0326-S.
5. Шония, Д.П. Theoretical analysis on regularities of the process of noise generation of planing, slotting and planing-milling machines / A. Chukarin, B. Meskhi, D. Shoniya // Akustika. - 2021. - Vol. 41. - P. ПЗ-Ш. - DOI 10.36336/akustika202141T3. - EDN IROWIL.
6. Theoretical studies of vibrations and noise of grinding belt machines / А. Н. Чукарин // E3S Web of Conferences : International Scientific Siberian Transport Forum -TransSiberia 2023, Novosibirsk, Russia, 16-19 мая 2023 года. Vol. 402. - Novosibirsk, Russia: EDP Sciences, 2023. - P. 10034. - DOI 10.10S1/e3sconf/202340210034. - EDN QUOQJD.
T. Морозов, С.А. Экспериментальные исследования шума и вибрации при местном упрочнении деталей шарико-стержневым упрочнителем / С.А. Морозов, А.Н. Чукарин, Т.А. Финоченко // Мониторинг. Наука и технологии. - 2019. - № 1(39). - С. 6S-69. - DOI 10.2ST14/MNT.2019.39.009 - EDN ZQYSLR.
99
8. Характеристики шумового дискомфорта в рабочей зоне прутковых токарных станков / С. А. Раздорский, Т. А. Финоченко, А. Н. Чукарин, И. А. Яицков // Мониторинг. Наука и технологии. - 2018. - № 3(36). - С. 81-84. - EDN YCMIFF.
Шония Давид Папунаевич, аспирант, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет
EXPERIMENTAL STUDIES OF ACOUSTIC CHARACTERISTICS OF LONGITUDINAL
AND CROSS-PLANING MACHINES
D.P. Shonia
This article presents the results of experimental studies of the noise spectra of longitudinal and transverse planing machines. The results of experimental studies of the patterns of the spectral composition of acoustic characteristics and the identification of ranges in which sound pressure levels exceed sanitary standards are presented. These patterns are also confirmed by theoretical conclusions about the patterns of formation of vibroacoustic characteristics of machine tools of this type.
Key words: sound levels, octave levels of sound pressure, longitudinal and transverse planing machines, experimental studies
Shonia David Papunaevich, postgraduate, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University
УДК 658.345 + 06
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-100-101
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКОВ ДОЛБЕЖНОЙ
ГРУППЫ
А.П. Васильев
В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований спектров шума и вибраций, станков долбежной группы, проведенные в условиях их промышленной эксплуатации при различных технологических нагрузках. В зависимости от технических характеристик этих станков при выполнении работ согласно технологическому регламенту определяются источники создающие повышенные уровни шума, к ним - резец, ползун и заготовка, а вот изучением станины можно пренебречь. Это подтверждается и теоретическими выводами о закономерностях формирования виброакустических характеристик станков долбежной группы.
Ключевые слова: уровни звука, октавные уровни звукового давления и вибраций, станки долбежной группы, экспериментальные исследования.
Долбежные станки предназначены для обработки долблением плоских и фасонных поверхностей, изготовления шпоночных пазов и канавок в цилиндрических и конических поверхностях в единичном и мелкосерийном производстве (рис.1).
В процессе экспериментальных исследований фиксировались уровни звука (дБА), октавные уровни звукового давления и вибраций (дБ), а также коэффициента потерь колебательной энергии основных элементов колебательной системы. Технические характеристики долбежных станков приведены в табл. 1
100
