CC BY
19
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ И ДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК СПЛАВОВ
1 2 3
Ерконыр А.К. , Ахметбекова А.М. , Естаева Д.К. Email: Е[email protected]
1Ерконыр Асель Кунтугановна - кандидат технических наук, доцент;
2Ахметбекова Ардак Мажитовна - кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой;
3Естаева Дидар Куанышевна - старший преподаватель, кафедра электроэнергетики и охраны труда, Джезказганский университет им. О.А. Байконурова, г. Джезказган, Республика Казахстан
Аннотация: в статье подробно рассматривается методика исследования акустических и вибрационных характеристик сплавов чугуна. Для исследования акустических и вибрационных свойств сплавов чугуна и стали было выбрано устройство для комплексного исследования акустических и вибрационных свойств пластинчатых и трубчатых образцов стали и чугуна с последующей модернизацией. В качестве объекта исследования применяли как стандартные сплавы, так и новые выплавленные. Задачей данной работы является модернизация устройства, для исследования акустических и вибрационных характеристик исследованных сплавов, суть которой заключается в том, чтобы натяжение нитей было постоянное и была возможность одновременно фиксировать шум и вибрацию, т.е. проводить комплексные исследования на одном устройстве.
Ключевые слова: акустические и вибрационные характеристики, сплавы чугуна, шум, вибрация.
RESEARCH METHOD OF VIBROACOUSTIC AND DAMPING CHARACTERISTICS OF ALLOYS Ег^пуг A.K.1, Ahmetbekova A.M.2, Еstaeva D.K.3
1Erkonyr Asel Kuntuganovna - Candidate of Technical Sciences, Docent;
2Ahmetbekova Ardak Mazhitovna - Candidate of Technical Sciences, Docent, Head of Department; 3Estaeva Didar Kuanyshevna - Senior Lecturer, DEPARTMENT OF ELECTRIC POWER AND LABOR PROTECTION, UNIVERSITY OF DZHEZKAZGAN NAMED BY O.A. BAIKONUROV, DZHEZKAZGAN, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article discusses in detail the method of studying the acoustic and vibration characteristics of cast iron alloys. To study the acoustic and vibration properties of the iron and steel alloys, a device was chosen for a comprehensive study of the acoustic and vibration properties of plate and tubular steel and cast iron samples, followed by modernization. As an object of research, both standard and new smelted alloys were used. Since the task of this work is to upgrade the device for studying the acoustic and vibration characteristics of the investigated alloys, the essence of which lies in the fact that the tension of the filaments is constant; the ability to simultaneously record noise and vibration, i.e. conduct comprehensive research on one device. Keywords: acoustic and vibration characteristics, cast iron alloys, noise, vibration.
УДК 628.517.2:669
Развитие производственных мощностей современного оборудования в горнометаллургическом комплексе приводит к неуклонному возрастанию вредного для человеческого организма шума и вибраций, что ухудшает условия труда непосредственно работающего на нем персонала. Проблема шума является одной из острейших проблем развития современной цивилизации. Неблагоприятное акустическое воздействие в той или иной мере ощущает почти каждый второй житель нашей планеты.
Наиболее перспективным методом снижения шума ударного происхождения является использование металлических материалов на основе железа (стали и сплавов) с повышенными демпфирующими свойствами. Такими материалами являются сплавы железа с углеродом (стали и чугуны). Стали и чугуны - самые распространенные конструкционные материалы, из которых изготавливается большинство конструктивных элементов машин и механизмов, работающих в режиме соударений.
В качестве объекта исследования применяли как стандартные сплавы (сталь и чугун), так и новые выплавленные (таблица 1). Исследовали акустические (уровень звука, уровень звукового давления) и вибрационные (уровень виброускорения, общий уровень виброускорения) характеристики сплавов.
Таблица 1. Химический состав исследуемых сплавов чугуна и стали
№ п/п Марка сплавов, образцов Химический состав, % вес
С Мп Сг А1 N1 8 | Р | Си не более
1 СЧ20 3,3-3,5 1,4-2,4 0,7-1 - - - 0,15 0,2 -
2 СЧ15 3,5-3,7 2,2-2,4 0,5-0,8 - - - 0,15 0,2 -
3 СЧ10 3,5-3,7 2,2-2,6 0,5-0,8 - - - 0,15 0,3 -
4 СЧЦ1 3,2-3.6 - 0,6-0,9 0,2-0,55 0,1-0,15 0,3-0,4 0,2-0,55 0,15 0,2-0,3
5 СЧЦ2 3,2-3.6 - 0,6-0,9 0,2-0,55 0,1-0,15 0,3-0,4 0,2-0,55 0,15 0,2-0,3
6 ЕА-1* 3,3-3,5 1,4-2,4 0,7-1 0,7-0,85 - - 0,15 0,2 -
7 ЕА-2* 3,2-3,4 1,5-2,5 0,7-1 0,8-1 - - 0,12 0,2 -
8 ЕА-3* 3,2-3,4 1,5-2,5 0,7-1 1-1,2 - - 0,12 0,2 -
9 Ст. 45 0,420,5 0,17-0,37 0,5-0,8 0,25 - 0,25 0,04 0,035 0,25
* Примечание - в таблицу 1 и далее приведены разработанные новые марки чугунов
Для исследования были выбраны стандартные серые чугуны марок СЧ20, СЧ15, СЧ10, СЧЦ1, СЧЦ2, стандартная сталь марки Ст. 45 и демпфирующие сплавы чугунов ЕА-1, ЕА-2 и ЕА-3, легированные хромом (в количестве от 0,7 до 1,2%).
Одной из поставленных задач данной работы является разработка новых демпфирующих металлических материалов на основе железа. В связи с этим путем добавления легирующих элементов (хрома) в химический состав стандартных серых чугунов были получены новые чугуны с повышенными демпфирующими свойствами. Принципы легирования сплавов в работе основаны на изучении диаграмм состояния Бе-С, Бе-Сг. Диаграммы состояния определяют в условиях равновесия фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации компонентов и позволяют качественно характеризовать многие физико-химические, механические и технологические свойства сплавов.
В качестве объекта исследования выбраны серые чугуны, потому что почти 95% чугунных отливок, производящихся в нашей стране, изготавливают из серого чугуна. Это объясняется тем, что серый чугун имеет хорошие литейные свойства, а главное состоит в том, что серый чугун - самый дешевый литейный материал.
На основе анализа установок для исследования акустических (уровень звука, уровень звукового давления) и вибрационных (уровень виброускорения, общий уровень виброускорения) свойств сплавов чугуна и стали было выбрано устройство для комплексного исследования акустических и вибрационных свойств пластинчатых и трубчатых образцов стали и чугуна с последующей модернизацией [1, с 52] (рисунок 1).
22
Так как задачей данной работы является модернизация устройства для исследования акустических и вибрационных характеристик исследованных сплавов, суть которой заключается в том, чтобы натяжение нитей было постоянное и была возможность одновременно фиксировать шум и вибрацию, т.е. проводить комплексные исследования на одном устройстве; с помощью винта крепления стойки изменять высоту падения шара -ударника; применение высокоточных модернизированных современных приборов и образцов различной формы (пластинчатые, трубчатые) и доступных размеров.
А ,—
Рис. 1. Устройство для комплексного исследования акустических и вибрационных свойств твердых образцов стали и чугуна [1, с. 52]: 1 - капроновые нити; 2 - рама; 3- пластинчатый (50х50х5 мм) образец; 4 - стойка рамы; 5 - наклонная плоскость; 6 - шар-ударник; 7 - вибродатчик шумомера фирмы «Бгые1&К)№г»; 8 - шумомер фирмы «Вгие1&К)№г» модели 2204 с октавным фильтром модели 1316; 9 - осциллограф С-18; 10 - груз; 11 - приемник шаров; 12 - шумомер «ОКТАВА 101 А»; 13 -стойки рамы; 14 -микрофон шумомера «ОКТАВА 101А»;
15 - винт крепления стойки ударника
Установка работает следующим образом. Шар-ударник 6 устанавливался на наклонной плоскости 5. Шар-ударник 6 скатывается с наклонной плоскости 5 и совершает свободное падение в геометрический центр пластинчатого образца 3. Шар-ударник 6 отскакивает от него и попадает в приемник шаров 11. Шум от соударения шара-ударника 6 и образца 3 фиксируется шумомером «ОКТАВА-101А» 12. Образец (пластинчатый) 3, колеблющийся в переплетении капроновых нитей 1 создает вибрацию, которая оценивается прибором модели 2204 фирмы «Вгие1&К|жг» 8. Натяжение образца капроновыми нитями 1 всегда постоянно, так как груз 10 контролирует это натяжение. Высота падения шара может изменяться с помощью винта крепления стойки ударника 15. Вся система крепления образца 3 и шара-ударника 6 установлена на раме 2, которая с помощью стоек 13 находится на определенной высоте над полом.
При измерениях были использованы стальные (ШХ15) шары-ударники следующих диаметров: 9,5 мм; 12,7 мм; 15,2 мм; 15,8 мм и 18,3 мм (масса шаров-ударников соответственно: 2,5 г; 5 г; 9 г и 25 г). На установке исследовали стальной пластинчатый (50х50х5 мм) образец и чугунные пластинчатые, Т-образные образцы размером 50х50х5 мм.
Масса шара, плотность образца, расстояния от точки соударения до образца, толщина образца взаимосвязаны по [2, с. 61]:
m <4,6• p-1 • h2, (1)
где: m - масса пластины-образца, г; р - плотность материала пластины-образца, г/см3;
l - расстояние от точки соударения до ближайшего края пластины-образца, см; h - толщина пластины-образца, см.
При этом ширина и длина пластины-образца должны быть не менее чем в 5 раз больше его толщины. Исследуемая пластина размерами 50x50x5 мм удовлетворяет этим требованиям.
Уровни звукового давления исследовали в октавных полосах частот в диапазоне 100031500 Гц, уровни виброускорения в диапазоне 31,5-31500 Гц. Уровень звука - по шкале «А», общий уровень виброускорения - по характеристике «Lin».
Звуковой генератор ЗГ-10 использовали для калибровки производимых измерений звукового сигнала. Поправку на изменение звукового сигнала от атмосферного давления осуществляли при помощи пистонфона марки PF-101. Температура воздуха и влажность в лаборатории поддерживались постоянными. Акустические измерения находили как среднее значение пяти измерений.
Проводили также математическую обработку результатов эксперимента и определение доверительных интервалов в соответствии с методикой [3, с. 10].
Список литературы /References
1. Ерконыр А.К., Утепов Е.Б., Утепова А.Б. и др. Исследование шума и вибрации твердых образцов. // Труды шестой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология). Часть I. Алматы, 2004. С. 52-54.
2. Cremer H., CremerL. Theoride der Entstehung des klopts - chalts. Erequenz, 1948. Bd. 2. № 3. Р. 61-71.
3. Керженцев В.В., Деденко Л.Г. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента. М.: МГУ, 1971. С. 10.
