CC BY
40
УДК 628.517.2:62 й01: 10.12737/1289
Экспериментальные исследования спектров шума и вибрации в рабочей зоне
*
электрогидроимпульсного пресса В. В. Козлюк
(Ростовский государственный университет путей сообщения), А. Н. Чукарин
(Донской государственный технический университет)
Рассматриваются эксперименты, подтверждающие теоретические выводы о закономерностях формирования процессов возбуждения вибраций и шумообразования. В ходе исследований заготовки типа тонких пластин и сложного профиля обрабатывались на прессах моделей Т1228 и Т1225. При этом определялись уровни звука (дБА), а также уровни звукового давления и виброскорости в октавных и третьоктавных интервалах частот. Данные экспериментов фиксировались с помощью многофункционального акустического измерителя «Эко-физика». При измерении шума использовались предусилитель и микрофонный капсюль, при измерении вибраций — трёхкомпонентный акселерометр. Наиболее интенсивные составляющие спектра зафиксированы в низком и среднем диапазоне частот (31,5—500 Гц). На более высоких частотах наблюдается спад интенсивности звукового излучения — 3—5 дБА на октаву.
Ключевые слова: спектры шума и вибрации, экспериментальные исследования, диапазон частот, звуковое излучение, звуковое давление.
Введение. Цель проводившихся экспериментов — подтвердить теоретические выводы о закономерностях формирования процессов возбуждения вибраций и шумообразования на объектах исследования. Для этого заготовки типа тонких пластин и сложного профиля (уголки, швеллеры и т. д.) обрабатывались на прессах моделей Т1228 и Т1225. В процессе работы оборудования определялись уровни звука (дБА), уровни звукового давления и виброскорости в октавных и третьоктавных интервалах частот.
Данные фиксировались с помощью многофункционального акустического измерителя «Экофизика» (зав. № ЭФ090095). Он предназначен для измерения среднеквадратичных, эквивалентных и пиковых уровней звука, корректированных уровней виброускорения, октавных, третьоктавных и узкополосных спектров. Кроме того, с его помощью регистрируются временные формы сигналов, позволяющие оценивать влияние звука и вибрации на человека в рабочей зоне, определять виброакустические характеристики механизмов и машин. Данный прибор применяется и для соответствующих научных исследований [1]. При измерении шума были использованы предусилитель Р200 № 101846 и микрофонный капсюль МК-233 № 860, при измерении вибраций — трёхкомпонентный акселерометр АР2082М №9279.
Результаты измерений шума и вибрации при пробивке отверстий. Эксперименты проводились следующим образом. В швеллерах и двутавровых профилях из стали и алюминия пробивались отверстия. При этом исследовались спектры шума и вибрации.
Результаты эксперимента показали, что уровни звукового давления при холостом ходу ниже предельно допустимых значений во всём нормируемом диапазоне частот (рис. 1).
Наиболее интенсивные составляющие спектра зафиксированы в диапазоне низких и средних частот (31,5—500 Гц). На более высоких частотах наблюдается спад интенсивности звукового излучения до 3—5 дБ на октаву.
* Работа выполнена по договору № 634 от 15.05.2013 г.
Рабочий процесс сопровождается увеличением уровня звукового давления на 9—10 дБ в области низких и средних частот при неизменном спектральном составе. В области же частот 250—8000 Гц спектр существенно изменяется, приобретая ярко выраженный высокочастотный характер. Действительно, в четвёртой октаве со среднегеометрической частотой 250 Гц превышение уровня звукового давления составляет 4 дБ. На более высоких частотах (500—8000 Гц) уровни звукового давления более существенно превышают санитарные нормы — на 10—28 дБ. Характерная особенность формирования процесса шумообразования — равномерное распределение интенсивности звукового излучения в интервале частот от 500 до 8000 Гц.
Ц дБ
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 f, Гц Рис. 1. Спектры шума при пробивке отверстий: 1 — холостой ход; 2 — швеллер алюминиевый; 3 — швеллер стальной;
4 — двутавровый профиль (сталь); 5 — предельный спектр
Профиль заготовки оказывает заметное влияние на интенсивность звукового излучения и практически не влияет на характер спектра шума. Например, при пробивке отверстий в стальном и алюминиевом швеллерах уровень шума в первом случае на 2—3 дБ выше.
Идентичность спектрального состава объясняется тем, что у стали и алюминия практически одинаковая величина отношения модуля упругости к плотности, которая во многом определяет собственные частоты колебаний
= 5• 103 м/с.
Разница в интенсивности звукового излучения объясняется следующими обстоятельствами:
— эффективный коэффициент потерь колебательной энергии алюминия по сравнению со сталью приблизительно в пять раз больше;
— пробивка отверстия в стальной заготовке требует большего силового воздействия по сравнению с алюминиевой.
Следует отметить также, что при пробивке отверстий в двутавровом профиле зафиксированы наиболее высокие уровни шума. Это можно объяснить следующим образом: площадь поверхности двутаврового профиля больше, чем площадь поверхности швеллера.
Вибрации измерялись на заготовках, штамповом инструменте, верхней и нижней станинах, на вертикальных направляющих и на рабочем месте оператора.
Спектры вибраций заготовок характеризуются равномерным спадом интенсивности до шестой октавы со среднегеометрической частотой 1000 Гц. Спад интенсивности составляет 2—3 дБ на октаву (рис. 2). В области частот выше 1000 Гц интенсивность вибрации возрастает и составляет 2—3 дБ на октаву (в седьмой и восьмой октавах). В девятой октаве уровень виброскорости уменьшается на 5 дБ.
Ц дБ 110
2 3
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 f, Гц Рис. 2. Спектры вибраций заготовок при пробивке отверстий: 1 — стальной швеллер; 2 — двутавровый профиль;
3 — алюминиевый швеллер
Максимальные уровни виброскорости зафиксированы на стальном швеллере. Уровни виброскорости на двутавровом профиле на 2—3 дБ ниже. Эти данные подтверждают результаты измерений уровней шума. По сравнению со швеллером площадь поверхности звукового излучения двутаврового профиля больше.
При пробивке отверстий в двутавровом профиле уровни шума (по сравнению со швеллером) выше, а уровни виброскорости ниже. Уровни шума пропорциональны величине произведения площади излучения звука поверхности на амплитуду скорости колебаний — ~ 51/). Уменьшение скорости колебаний при обработке таких изделий (по сравнению со швеллером) компенсируется увеличением площади.
Спектры вибраций на инструменте характеризуются ещё более высокой частотой (рис. 3). Наиболее интенсивные уровни вибраций отмечаются в высокочастотной части спектра 2000— 8000 Гц. Эти результаты также согласуются с данными измерений уровней шума.
На подвижной и неподвижной станинах отмечаются низкочастотные вибрации (см. рис. 3). Это их основное отличие от вибраций заготовок и инструмента. Разница в уровнях виброскорости станин, заготовок и инструмента достигает 25 дБ, в особенности в среднечастотной и высокочастотной части спектра.
Следует отметить, что уровни виброскорости на вертикальных направляющих существенно выше, чем на станинах.
Уровни виброскорости в рабочей зоне оператора существенно ниже санитарных норм и в работе не приводятся.
Уровни шума при обработке заготовок типа пластин приведены на рис. 4.
I, ДБ
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 f, Гц Рис. 3. Спектры вибраций: 1 — на инструменте при пробивке отверстий в стальном швеллере; 2 — на инструменте при пробивке отверстий в алюминиевом швеллере; 3 — на вертикальных направляющих; 4 — на станинах
I, ДБ
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 f, Гц Рис. 4. Спектры шума при обработке заготовок типа пластин: 1 — рабочий режим; 2 — предельный спектр
Выводы. В основном, спектральный состав шума формируется аналогично на всех исследуемых объектах. Отмечены следующие закономерности. Площадь звукового излучения при обработке сложных профилей значительно меньше (в сравнении с заготовками типа тонких пластин) — соответственно, уровни звукового давления на 3—5 дБ ниже. Кроме того, выявлено существенное увеличение уровней звукового давления в низкочастотном диапазоне (125—250 Гц) — уровни шума здесь выше на 10—14 дБ. Фактически в данном случае превышение уровней звукового давления в сравнении с предельно допустимыми значениями составляет 7—26 дБ. Что касается распределения интенсивности вибрации по элементам пресса, то наиболее высокие показатели отмечены на инструменте, самые низкие — на станинах и в рабочей кабине оператора. Библиографический список
1. Козлюк, В. В. Экспериментальное исследование шума на электрогидроимпульсных прессах, эксплуатируемых на электровозоремонтных заводах / В. В. Козлюк // Транспорт, логистика, безопасность : тр. Всеросс. научно-практ. конф. / Дон. гос. техн. ун-т. — Ростов-на-Дону, 2010. — С. 142.
Материал поступил в редакцию 19.02.2013. References
1. Kozlyuk, V. V. Eksperimentalnoye issledovaniye shuma na elektrogidroimpulsnykh pressax, ek-spluatiruyemykh na elektrovozoremontnykh zavodakh. [Experimental study of noise on hydro-electropulse presses operated at locomotive repair works.] Transportation, logistics, safety: Proc. AllRuss. Sci. and Pract. Conf. Rostov-on-Don, Don State Technical University, 2010, p. 142 (in Russian).
EXPERIMENTAL STUDIES OF NOISE AND VIBRATION IN HYDROELECTROPULSE PRESS WORKING AREA*
V. V. Kozlyuk
(Rostov State Transport University), A. N. Chukarin
(Don State Technical University)
The experiments supporting theoretical conclusions on the process regularities of the vibration excitation and noise generation are considered. Ж part of the study, part blanks, such as thin plates and of a complex profile, were machined on the presses of T1228 and T1225 Models. Thus, sound levels (dBA), as well as noise pressure and vibration speed levels in octave and 1/3-octave frequency intervals were specified. Experimental data were recorded by the multifunctional acoustic meter "Ekofizika". Noise measurements were performed by the preamplifier and microphone capsule, and vibration measurements — by the three-component accelerometer. The most intense components of the spectrum are recorded in the low and mid-range frequencies (31.5—500 Hz). At higher frequencies, the sound radiation intensity is falling off — 3—5 dBA per octave.
Keywords: noise and vibration spectra, experimental studies, frequency range, sound radiation, sound pressure.
* The research is done under contract no. 634 of 15.05.2013.
