CC BY
0
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
Рис. 1 Станок долбежный модели 7410
Таблица 1
Технические характеристики долбежных станков__
Параметры станка 7А412 7Д430 7Д450 7410 7414
Длины хода долбяка, мм 10-100 120-320 120-500 до 1200 до 1600
Вылет резцедержателя, мм 320 615 710 1150 1400
Расстояние от плоскости стола до направляющих долбяка, мм 200 500 700 1200 800-1600
Диаметр рабочей поверхности стола, мм 360 360 360 1250 1600
Наибольшее сечение резца, мм 16x24 20x32 25x40 40x63 40x63
Число двойных ходов в минуту 52, 67, 101, 210
Скорость добяка на рабочем ходу, м/мин 3-38 3-38 3-38 2-30 2-30
Мощность привода, кВТ 0,8-1,5 10 10 55 50
Экспериментальные исследования уровней звука долбежных станков.
Приведенные в таблице 1 станки значительно различаются по мощности привода и геометрическим параметрам заготовки. Поэтому на первом этапе экспериментальных исследований определены гистограммы распределения уровней звука при различных параметрах режимов резания и обрабатываемых заготовок. Следует отметить, что у станков моделей 7Д430 и 7Д450 разницы в уровнях звука практически не наблюдается, т.к. мощностные и кинематические параметры станков полностью совпадают. Аналогичная картина наблюдается у станков моделей 7410 и 7414 поскольку различие мощности составляет 1,1 %, что в пересчёте на децибельные величины составляет 0,8 дБА. Гистограммы распределения уровней звука 7А412, 7Д450 и 7410 приведены на рис. 2.
Результаты измерений показали, что наименее шумным является станок модели 7А412, уровни звука которого составляют от 77 до 87 дБА. В интервал предельно-допустимого значения (80 дБА) попадают 25 % ситуаций технологического процесса. Уровням звука до 83 дБА соответствуют 20 ситуаций эксплуатации станка, до 85 дБА 30 % ситуаций и до 87 дБА 25 % вариантов обработки деталей.
Закономерности распределения уровней звука у станков моделей 7Д450 и 7410 аналогичны вышеуказанным, но интенсивность их звукового излучения существенно выше. Так у станка модели 7Д450 уровни звука достигают 92 дБА. Причем в интервал до 82 дБА попадает 10 % условий обработки, 14 % - соответствует 84 дБА, 15 % - до 86 дБА, 18 % - до 88 дБА, 23 % и 20 % - до 90 дБА и 92 дБА соответственно. У станка модели 7410 уровни составляют от 86 до 98 дБА. Причем превышения над предельно-
101
допустимыми значениями составляет от 6 до 18 дБА. Минимальные превышения до 8 дБА составляет 5 % вариантов обработки, до 10 дБА - 10 %, до 12 дБА - 18 %, до 14 дБА - 20 %, до 16 дБА - 25 % и до 18 дБА - 18 %.
На станках данной группы обрабатывается широкая номенклатура деталей, значительно различающаяся как геометрическими, так и жесткостными параметрами. Поэтому спектры шума и вибрации изучались для условий максимальных уровней звука. Подход следует считать обоснованным поскольку системы шумо- и виброзащиты рассчитываются и проектируются для выполнения предельно-допустимых уровней виброакустических характеристик для любых условий эксплуатации станков данной группы.
7А412
7Д450
30 25
о? 20
£ 15 10 5 0
79 81 83 85 87 Уровень звука, дБА
а
25
20
sp
15
К
О 10
5
0
82 84 86 88 90 Уровень звука, дБА б
92
25 20
5?
15
о 10 5 0
7410
88
90
92
94
96
98
Уровень звука, дБА
Рис. 2 Гистограммы распределения уровней звука долбежных станков моделей:
а - 7А412; б - 7Д450; в - 7410
Измерения проводились в производственных условиях эксплуатации станков долбежной группы с использованием измерительной системы на базе шумомера-виброметра анализатора спектра Экофизика-110А. Измерения уровней звукового давления производились в соответствии с положениями методики измерений ГОСТ ISO 11201-2016 «Шум машин. Определение уровней звукового давления излучения на рабочем месте и в других контрольных точках в существенно свободном звуковом поле над звукоотражающей плоскостью». При проведении измерений уровней шума контрольные точки измерений выбирались на расстоянии 1 м от станка.
На первом этапе измерений спектрального состава фиксировались октавные уровни звукового давления при холостом режиме станка на минимальных и максимальных значениях числа двойных ходов в минуту. Результаты измерений показали, у обследованных станков уровни звукового давления различаются не более, чем на 2-2,5 дБ, что, в принципе, соответствует величине погрешности проведения эксперимента. Поэтому анализ спектрального состава шума холостого хода приведен на примере долбежного станка модели 7410, при максимальной и минимальной мощности (рис. 3).
102
в
щ
^
з
I §
сз о
го
о <0
0
<0 -О
1
<0 о
£
110
100
90
80
70
60
31,5
8000
63 125 250 500 1000 2000 4000
Октавная полоса со среднегеометрической частотой, Гц
Рис. 3. Спектры шума холостого хода станка модели 7410 при количестве двойных ходов в минуту: 1 — 210 двойных ходов в минуту; 2 — 52 двойных хода в минуту;
3 — спектр предельно-допустимых уровней звукового давления
Следует отметить, что уровни звукового давления при числе двойных ходов в минуту, равном 210 на 2,5 - 3 дБ выше, чем при числе двойных ходов равном 52 и в обоих случаях не превышает предельно-допустимых величин во всем нормируемом диапазоне частот.
Воздействие силового возмущения со стороны процесса резания значительно изменяет характер спектра шума. У станков моделей 7410 и 7414 уровни шума практически не отличаются, что объясняется незначительной разницей в мощности привода, отличающейся в 1,1 раза (рис. 4). Отметим следующие отличия в закономерностях спектрального состава при работе станка в технологическом режиме при максимальной и минимальной нагрузке. Диапазон равномерности распределения интенсивности звукового излучения охватывает пятую, шестую и седьмую октавы.
щ
д ия,
н е вл
а д о г о в
о
£
в
-О
н е в о
£
110
100
90
80
70
60
31,5
63 125 250 500 1000 2000 4000
Октавная полоса со среднегеометрической частотой, Гц
8000
Рис. 4. Спектры шума при работе в технологическом режиме станка модели 7410: 1 — при максимальной нагрузке; 2 — при минимальной нагрузке; 3 — спектр предельно-допустимых уровней звукового давления
Превышение уровня звукового давления при 210 двойных ходов в минуту наблюдается уже на третье октаве, хотя и составляет всего 2 дБ, что, в принципе, сравнимо с погрешностью измерений. Превышения уровней звукового давления достигают в последующих октавах следующих величин: в четвертой октаве - 9 дБ, в пятой октаве - 14 дБ, в шестой октаве - 19 дБ, в седьмой - 19 дБ, в восьмой - 18 дБ, в девятой - 16 дБ.
1
2
Шум в технологическом режиме измерялся у станка модели 7А412 (рис.5).
110
щ
£
I §
сз о
го О <0
0
£
<0 -О
1
<0 о
£
100
90
80
70
60
31,5
63 125 250 500 1000 2000 4000
Октавная полоса со среднегеометрической частотой, Гц
8000
Рис. 5. Спектры шума при работе в технологическом режиме станка модели 7А412:1 — при максимальной нагрузке; 2 — при минимальной нагрузке; 3 — спектр предельно-допустимых уровней звукового давления
Результаты измерений показали, что при числе двойных ходов в минуту равном 210, уровни звукового давления превышают предельно-допустимые в четвертой октаве на 4 дБ, в пятой на 7 дБ, в шестой на 10 дБ, в седьмой на 11 дБ, в восьмой на 9 дБ и девятой на 8 дБ. При числе двойных ходов в минуту равном 52 уровни звукового давления на 4-5 дБ ниже при практически полной идентичности «характера» спектра. К характерным закономерностям спектрального состава следует отнести достаточно равномерное распределение интенсивности звукового излучения в широкой полосе частот 250 - 2000 Гц, в котором разница в уровнях звукового давления не превышает 1,5 дБ. На более высоких частотах 2000 - 8000 Гц спад уровней звукового давления составляет 4-5 дБ на октаву.
Аналогичные закономерности показали измерения уровней звукового давления у станков моделей 7Д430 и 7Д450 (рис. 6).
110
ш
X
ш ^
со
го ^
О |_
о
со
о
>
со
X
ш со
о
>
100
90
80
70
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000
Октавная полоса со среднегеометрической частотой, Гц
8000
Рис. 6. Спектры шума при работе в технологическом режиме станка модели 7Д430:1 — при максимальной нагрузке; 2 — при минимальной нагрузке; 3 — спектр предельно-допустимых уровней звукового давления
Следует отметить, что у станков моделей 7Д430 и 7Д450 зафиксированы аналогичные уровни звукового давления, что объясняется одинаковыми величинами мощ-
104
ности привода и, следовательно, амплитудными значениями силы резания, а уровни звукового давления на 3-4 дБ ниже, чем у станка модели 7410.
Анализ спектрального состава вибраций шума при работе в технологическом режиме
Звуковое поле создается всеми элементами общей виброакустической системы рассматриваемых в работе станков. Измерения уровней виброускорения производились в соответствии с положениями методики прямых измерений «Приложение МИ ПКФ-12-006 к ПКДУ.411000.001.02РЭ», крепление акселерометров при проведении измерений осуществлялось в соответствии с рекомендациями ГОСТ ИСО 5348-2002 на приклеенную промежуточную платформу через резьбовое соединение (шпильку).
Элементы колебательной системы существенно различаются массами, инерци-онно-жесткостными параметрами и, следовательно, различаются и по интенсивности звукового излучения. Поэтому для косвенной идентификации источников шума на элементах колебательной системы измерялись параметры вибрации, а именно уровни виброускорения, которые пересчитывались в уровни виброскорости по известной формуле:
Ц = Ьа - 20^ / + 60, дБ
Датчик к соответствующей поверхности крепился с помощью специального магнита. Измерения проводились на резце, ползуне, детали и станине. Результаты измерений приведены на рис. 7-10 на примере долбежного станка модели 7410 при 210 двойных ходах в минуту и технологическом процессе, при котором создаются максимальные уровни звука.
110
90
80
70
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000
Октавная полоса со среднегеометрической частотой, Гц
8000
Рис. 7. Спектры вибрации при работе станка 7410 на резце с сечением:
1 -16 х 24; 2 - 40 х 63
н100
Спектр вибрации резца имеет четко выраженный средне и высокочастотный характер. Действительно, уровни вибраций в интервале частот 31,5 - 250 Гц не превышают 84 дБ. При переходе с четвертой на пятую октаву уровень вибрации возрастает на 6 дБ и достигает значений 90 дБ. Также на 5 дБ возрастает уровень в шестой октаве и достигает значения 94 дБ. При возрастании частоты уровни вибрации снижаются на 5 дБ в седьмой октаве и составляют 89 дБ. В восьмой и девятой октавах уровни вибрации составляют 87 и 85 дБ (соответственно). Спектр вибраций ползуна среднечастотный (Рис. 8). Наиболее высокая интенсивность вибраций зафиксирована в третьей, четвертой и пятой октавах, в которых уровни вибраций составляют 98, 95 и 90 дБ.
По мере увеличения частоты наблюдается постоянный спад вибрации 3 - 5 дБ на октаву. Однако уровни вибраций достаточно высоки и изменяются от 88 дБ в шестой октаве до 83 дБ в девятой.
Уровни вибраций детали (рис. 9) по своему характеру в некоторой степени повторяют спектр вибраций ползуна.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 1 Наиболее низкие уровни вибраций зафиксированы на станине (рис. 10).
но
из 1
100
£ а.
8000
Ок_авная полоса со среднегеометрической частотой, Гд
Рис. 8. Спектры вибрации на ползуне при работе станка 7410
Рис. 9. Спектры вибрации заготовки при работе станка 7410
Рис. 10. Спектры вибрации станины при работе станка 7410
Действительно, в интервале частот 250-8000 Гц, в котором уровни звукового давления превышают предельно-допустимые величины, уровни вибрации станины более чем на 10 дБ ниже, чему резца, ползуна и детали.
Выводы
Из проведенных исследований можно сделать вывод, что звуковым излучением станины в формировании звукового поля станка в целом можно пренебречь. Источниками, же, создающими повышенные уровни шума являются резец, ползун и заготовка, что фактически подтверждает теоретические выводы о закономерностях формирования виброакустических характеристик станков долбежной 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. - 2017. - № 4(47). - 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. 5-7. - EDN MKAIVJ.
3. 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. 65-69. - DOI 10.25714/MNT.2019.39.009 - EDN ZQYSLR.
4. Моделирование виброакустической динамической системы "обрабатываемые заготовки-ползун" токарно-карусельных станков / А. Н. Чукарин, В. Ф. Безъязычный, П. В. Чумак. - Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 12 (204). С. 531-536.
5. 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.
6. 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, 05-07 сентября 2012 года. - Ростов-на Дону: Донской государственный технический университет, 2012. - С. 263-268. - EDN JDVMJB.
7. 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. - 152 с. - ISBN 5-7890-0326-5.
Васильев Александр Петрович, преподаватель, заведующий лабораторией кафедры Е5, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE SPECTRAL COMPOSITION OF VIBROACOUSTIC CHARACTERISTICS OF SLOTTING MACHINES
A.P. Vasiliev
This article presents the results of experimental studies of the noise and vibration spectra of slotting machines, carried out under the conditions of their industrial operation under various technological loads. Depending on the technical characteristics of these machines, when performing work in accordance with the technological regulations, the sources that create increased noise levels are determined, these include the cutter, the slide and the workpiece, but the study of the bed can be neglected. This is confirmed by theoretical conclusions about the patterns of formation of vibroacoustic characteristics of slotting machines.
Key words: sound levels, octave levels of sound pressure and vibrations, slotting machines, experimental studies.
Vasiliev Alexander Petrovich, lecturer, head of the laboratory of the department E5, vasilev_ap@voenmeh. ru, Russia, St. Petersburg, Baltic State Technical University "VOENMEH" named after. D.F. Ustinova
