CC BY
1
Key words: discrete event model, urban passenger public transport, queuing system, finite state machine.
Potafeeva Ekaterina Sergeevna, master PO, arinka600@mail. ru, Russia, Kamyshin, Kamyshin Technological Institute (branch of) Volgograd State Technical University,
Ogar Tatyana Petrovna, senior lecturer, [email protected], Russia, Kamyshin, Kamyshin Technological Institute (branch of) Volgograd State Technical University,
Panfilov Alexander Eduardovich, candidate of technical sciences, docent, panfilov@kti. ru, Russia, Kamyshin, Kamyshin Technological Institute (branch of) Volgograd State Technical University,
Kharitonov Ivan Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, head of department, [email protected], Russia, Kamyshin, Kamyshin Technological Institute (branch of) Volgograd State Technical University
УДК 519.6:331.45
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-175-176
ЦИФРОВИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ШУМОВОЙ ОБСТАНОВКИ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Н.Н. Азимова, В.В. Бараниченко, М.В. Бедоидзе, Д.А. Богданец, М.А. Кругликова, Т.А. Финоченко, А.Н. Чукарин
Проанализирован механизм генерации шума при работе круглопильных, прирезных и балансировочных деревообрабатывающих станков. Сконструирована математическая модель звукогенерации, позволяющая эффективно оценивать требуемые параметры звукозащитных устройств. Разработана структура и состав цифрового двойника шумовой обстановки деревообрабатывающего оборудования. На основе специальным образом сконструированной нейросети создан программный продукт, позволяющий идентифицировать шумовой спектр в рабочей зоне пильщиков при помощи ПК. Предложена математическая модель генерации звуковых колебаний пильным диском; выполнено ее сопоставление с результатами технического эксперимента.
Ключевые слова: деревообработка, технологический шум, шумозащита, моделирование, цифровой двойник, нейросеть.
Введение. Всякое деревообрабатывающее оборудование во время рабочего процесса генерирует различные негативные воздействия на производственный персонал, в частности шум, который отрицательно сказывается на здоровье рабочих и качестве производимой продукции [1, 2]. Соответственно, приоритетным направлением совершенствования инструментально-технологической базы таких производств является обеспечение комфортных условий труда по наиболее критичным показателям, в частности, вибро-шумовым [3, 4].
Рациональным ее решением представляется комплексная реализация защитных мероприятий на всех стадиях жизненного цикла [5], начиная с проектирования. Качество результата при этом обеспечивается путем использования новейших наукоемких подходов, сочетающих различные приемы моделирования (физического, имитационного, информационного), обозначаемого научным термином цифровой двойник (ЦД) [6]. Ключевым элементом ЦД-технологии проектирования промышленных систем выступает математическое моделирование [7].
В таких обстоятельствах объект (шум, сопровождающий работу круглопильных, прирезных и балансировочных деревообрабатывающих станков), предмет (научно обоснованные способы эффективного улучшения шумовой обстановки) и цель данной работы (развитие теоретических основ вибро- и шумозащиты в условиях деревообрабатывающих производств) представляются актуальными в научном и практическом планах.
Особенности генерации шума при работе деревообрабатывающего оборудования. Объектом исследования выбраны круглопильные, балансировочные и прирезные деревообрабатывающие станки следующих моделей: ЦР4, ЦР5, ЦР6, ЦА-2, ЦБ-4, АЦ-1, ЦКБ-4, ЦКБ-5, ЦМЭ-2М, ЦМЭ-3, ЦПА-40, ТС-1. Технические характеристики данных станков приведены в табл. 1.
Их характерное отличие от деревообрабатывающих станков фрезерной [8], пазовальной групп [9] и лесопильных рам [10], а также виброакустические характеристики в настоящее время изучены в [11] и заключается в следующем. Круглопильные, прирезные и балансировочные станки имеют простую кинематическую структуру привода главного движения и работают при постоянных значениях частоты вращения. В результате уровни шума несущей системы станка не превышают предельно-допустимых величин. На этих станках обработка производится пилами большого диаметра с большим числом зубьев и малой толщиной полотна (см. табл. 2).
Соотношение толщины к диаметру для этих пил s/D составляет: 5-10-3 - 6,25•Ю-3 для пил диаметром 400 мм и 410 мм, 4,76-10-3 для пил диаметром 630 мм и 710 мм, 3,5-10-3 — 4,5 • 10-3 для пил диаметра 800 мм, 1000 мм и 1250 мм.
Приведенные параметры оборудования и процесса свидетельствуют, что основным источником излучения звуковой энергии служит пила со сравнительно малой изгибной жесткостью, возбуждаемая на достаточно высокой частоте (/3 = 0,017 п z, где n - частота вращения, мин-1, z - число зубьев).
175
Таблица 1
Основные характеристики деревообрабатывающих станков и размерные характеристики заготовок_
Марка станка Показатель ш 1 & 1 & ЦР-6 ЦА-2 ЦБ-4 АЦ-1 ЦКБ-4 ЦКБ-5 ЦМЭ-2М ЦМЭ-3 ЦПА-40 ТС-1
Диаметр пилы, мм 800 600 450 1000 1200 710 500 400 450
Частота вращения пилы, мин-1 1800 2000 2870 1240 1075 1540 2900 2950 2900
Мощность электродвигателя пилы, кВт 28 22 10 7 10 7 2 4 3,2
Размер заготовки, мм Толщина 250 200 10-80 - - 150 120 100 100
Ширина 16-235 160 до 300 - - 350 400 400 260
Длина - - 665 - - - - - -
Диаметр - - - 350 450 - - - -
Таблица 2
Геометрические характеристики пильных дисков_
Диаметр О, мм Толщина лезвия мм Диаметр посадочного отверстия й, мм Профиль зубьев
для продольной распиловки для поперечной распиловки
Число зубьев г
400 2,0; 2,2; 2,5 50 36; 48; 60 — 72; 96; 120 72; 96; 120
450 2,2; 2,5; 2,8 72; 120 72; 120
630 2,5; 2,8; 3,0
710 2,8; 3,0; 3,2
800 3,0; 3,2; 3,6
1000 3,6; 4.0; 4,5 48; 72 —
Данная группа станков эксплуатируется как в условиях открытых площадок так и внутри производственных помещений. Согласно данным работы [12] уровни шума Ь определяются следующими зависимостями:
I = 1р + 10 1я
-ЗИ (1)
для открытых площадок и
I = 1Р + 10 ^
гфм + ±Фп
- ЗИ (2)
для производственных помещений. В формулах (1)-(2) Ьр - уровень звуковой мощности источника; ЗИ - звукоизоляция, определяемая ГОСТ 23628-79; х = X (/>7~) - коэффициент искажения звукового поля; -частота; г - расстояние от источника шума; - максимальный размер источника; 5р - измерительная поверхность, проходящая через рабочее место на расстоянии г от источника; 0м - показатель направленности звукового излучения; - коэффициент диффузности звукового поля; Вп постоянная помещения, м2.
Важным параметром в формулах (1)-(2) является величина х(/>~~), которую на основе анализа экспериментальных данных предлагается факторизовать, т.е. представить в виде
х(/,т~~ ) = X/(/) -Хг(;Ц . (3)
Экспериментально полученная зависимость частотная х приведена на рис. 1 и может быть аппроксимирована с погрешностью 3,5 % функцией
10 Х/(Я = 1+1,5-10-б[(Г_з41б)• Н(Г-34,6)13'69 ' (4)
в которой И(х) - обобщённая функция Хевисайда. Подгоночные коэффициента: в формуле (4) находились методами математического программирования [13] минимизацией невязки модельного и экспериментального результатов в двухстах точках коллокации.
Пространственная зависимость коэффициента искажения звукового поля Хг традиционно задаётся кусочно-непрерывной функцией:
Хг =
3 при -< 1 ;
'тяг
4--— при 1<-— < 3 ; (5)
'тох 'тох
1 при > 3 .
С использованием аппарата обобщенных функций эту часть зависимости х(/,~можно представить следующим образом:
101§ хг(/) = 101в [з • Н (1 + (4•Н Р-- 1)^ Н (з+ 1-И(-^- 3)1 . (6)
4 'то!' 4 'то!' ^'тах ^ 4 'то!' 'тах -1
Коэффициент диффузности ф = ф
*©=
,1 при 0 < - < 1,5 ;
I ^ ^ , ; (7)
' 0,55 при ^ >1,5 ,
где В - постоянная помещения; Б - площадь ограждающих поверхностей помещения. В удобной для компьютерных расчётов форме соотношение (7) принимает вид:
* (!) = 101* К1 - ) • Н © • Н (15 - ?) + 0,55 • Н (5 - 1,5)]. (8)
20 15
>г ю о
0 40 60 80 100 120 140
Частота колебаний, Гц * * ф Эксперимент -Модель (4)
Рис. 1. Частотная зависимость коэффициента искажения звукового ноля - экспериментальные данные
и модельный расчёт
С учетом приведенных зависимостей выражения (1) и (2) принимают вид:
Ь = - 20^2 - ЗИ- 8 ,
Ь = Ьь
' * (004+-
ЗИ + 6,
(9) (10)
^ + 10 1
где - звуковая мощность источника; -коэффициент звукопоглощения.
Математическая модель шумообразования. В качестве акустической модели циркулярной пилы может быть принята круглая пластина, звуковая мощность которой определяется выражением [14]
N =
(11) 1
где Я - радиус пилы, м; р и с - плотность, кг/м3 и скорость звука в воздухе, м/с; к - номер колебательной моды.
м
ук - виброскорость, м/с.
Поставляя численные значения плотности воздуха, скорости звука в нём, собственных частот колебаний пилы как круглого стального диска получаем выражение звуковой мощности источника:
Ь, = 10 ^ ^ = 20 ^ + 175, (12)
где к - толщина пилы, м.
В этом случае выражения (9) и (10) примут вид:
Ь =
20 ^ + 175 - 20^2 - ЗИ- 8
Ь =
20 ^ ^ + 175+ 10 1я (004-
Е) -
ЗИ + 6
Для расчета скоростей колебаний в качестве исходного выражения примем зависимость [15]:
„„ - ПО
(13)
(14)
(15)
где о» - частота воздействия силы резания, рад/с; о»с- собственные частоты колебаний пилы, рад/с; т - распределенная масса пилы, кг/м2; п - коэффициент потерь колебательной энергии пилы; - силовое воздействие процесса резания, Н.
Для пил, рассматриваемых здесь как круглые стальные диски, т = 7,8 • 103й ; = 104^й; ш = 0,1 • пг , где п - частота вращения, мин-1; г - число зубьев.
По данным [16] силовое воздействие задается следующей зависимостью:
= F • Б1П(0,017 • пг£ - у), (16)
где Р - амплитуда силы резания, Н.
Для условий работы циркулярных пил при обработке как плоских, так и круглых заготовок следует учитывать, что у зубьев, находящихся в зоне обработки, глубина резания будет различная (см. рис. 2).
Поэтому силовое воздействие в данном случае округляется по формуле:
= Й=1 ^ б1П(0,017 • пг£ - у) , (17)
где / - число зубьев, находящихся в зоне резания.
Числовые параметры модели и результирующие характеристики шума. Амплитуда силы резания задается нормативами режимов резания при обработке древесины [17]. Применительно к круглопильным станкам она связана с мощностью резания соотношением:
М =
кВт ,
(18)
60-102т|/с
где и - подача, м/мин; и = -^3-;^- подача на зуб; ^ = - коэффициент, учитывающий породу древесины; а3 - коэффициент, учитывающий затупление пилы; - высота пропила на соответствующем зубе, мм. Соответствующие модели (18) числовые показатели приведены в табл. 3 и на рис. 3-4.
С приемлемой для расчётов промышленных звуковых полей точностью данные рис.3 приближаются аналитическими зависимостями
для твердых пород и
для мягких пород.
* 5,5 • и,-0 38 * 3 • и,-0 38
(19)
(20)
в г
Рис. 2. Конструкция и особенности работы пильного диска: а - общий вид; б - 3Б-модель; в - расположение
зубьев в плоских, г - в круглых заготовках
Подача на один зуб^ иг на круглопильных станках
Таблица 3
При продольном пилении цельной древесины При распиливании стружечных плит
и7 в мм для по род древесины Характеристика стружечных плит
Тип станка Твердых лиственных Хвойных Содержание связующих, % Объемный вес, г/см3 в мм
Обрезные 0,3—0,6 1,0—1,2 8 0,7 0,01—0,03
Прирезные 0,3—0,4 0,4—0,6 12 0,9 0,05—0,1
Кругло пильны е 0,2—0,3 0,3—0,5 больше 12 0,9 0,15—0,25
о.
о
3 12
£ 2 га т
Й £ 10 £ и £ 11 - (А
8 6 4 2 0
о. н- Ч
-е-■е-
*
\*
•
«Г--...
* ».......-.......
1 . ...... • ......... 4
Подача на зуб, т л
• ДЛЯ МЯГКИХ пород • для твёрдых пород
Рис. 3. Значения для круглопильных станков при продольном пилении сухой древесины (влажность 10 -15%)
Показанная на рис. 4 двухпараметрическая зависимость 5)с погрешностью менее 7 % воспроизводится аналитическим выражением
(^,5) « 4,62 • е_12 6"г + 12,1 • е_02645. (21)
Поскольку в расчетах учитывается сила резания, получается общая зависимость:
3 _ 1,5103^^и
р = ^ = ^«¡и-1000 60 103 Г/ "
,Н .
(22)
60102 0,9яСп Сп Дп
Для расчета звуковой мощности и ее уровня используется действительная часть выражения (15) или в яв-
ном виде:
Re{vn} =
—2 •
" 178
(23)
Система шумозащиты предназначена для обеспечения санитарных норм на рабочих местах станочников в части зашумления. Особенности рассматриваемого технологического процесса заключаются в значительной величине пропила, что не позволяет снизить уровень шума путем установки вибропоглощающих шайб на торцевых поверхностях пилы. Поэтому наиболее технологичным представляется обеспечение санитарных норм посредством установки надлежащей звукоизоляции. Исходя из проанализированных в данной работе функциональных зависимостей в системе «звукогенерация - распространение - отражение - ослабление» требуемая степень звукоизоляции составляет:
ЗИ
треб
= 20 1д^¡^ +175 -Ьс
для открытых площадок и
ЗИт
= 20 1я
К2ук1гк
+ 10 ^ +1
£) + 6 -1С
'тРеб -- -О г ■ -- -оч ^ ■ а • ^
внутри производственных помещений. В формулах (22)-(23) Ьс- предельно допустимые уровни, дБ.
(24)
(25)
7
Подача на один 0,06 ^^^ 6
зуб иг, мм 5
0,04 4
3
0,02 "ТГ**^' 1.5
5
Ширина пропила в, . ММ
■ 3-4 14-5 15-5 Я 6-7 ■ 7-8 ■ 8-9 9-10 ■ 10-11 ■ 11-13 12-13
Подача на один зуб ш, глм
Ширина пропила 3, мм
■ -0,02-0 ■ 0-0,02 _ л 1КЛ ПО П ПО_П 1 ■ 0,02-0,04 1 1 0,04-0,06
а б
Рис. 4. Зависимость коэффициента обрабатываемости сухой (влажность 10 -15%) древесины £ для круглопильных станков при продольном пилении: а - функциональный вид; б - относительная
погрешность
Обычно внутри производственных помещений одновременно эксплуатируются несколько станков, для выполнения санитарных норм шума предельно допустимые уровни следует уменьшить на 5 - 6 дБ. В этом случае, учитывая соотношения между уровнями звуковой мощности и звукового давления, получаются следующие зависимости:
ЗИт
треб
= 20 ^^^ +167 -Ьс
ЗИ
треб
__ , К2укНк . ЛГ.Л ,0,04 , 1-1,3 • а, _ .
= 20 +10 18(°°г + —:—) - 2 -1с-
(26) (27)
Таким образом, систематизированные здесь научные сведения и полученные результаты позволяют спроектировать удовлетворяющую действующим санитарным нормам систему шумозащиты для круглопильных деревообрабатывающих станков путем рационализации конструкции, геометрических параметров и материала звукоизолирующего кожуха.
Разработка цифрового двойника шумового поля. Проблемой решения подобных задач является их громоздкость и необходимость индивидуального преобразования под конкретные параметры. Ускорить процесс и увеличить точность в решении подобных задач вибро- и шумозащиты можно добиться благодаря применению новых технологий - создания цифрового двойника (ЦД) шумового поля.
Разработать такой ЦД, результатами работы которого будет адекватная (в рамках допустимой погрешности) оценка шумовой обстановки рабочей зоны деревообрабатывающего оборудования возможно путём использования экспериментальных данных и обширной испытательной и приборно-измерительной номенклатурой оборудования. В этом случае нами выбрана концепция послойного внедрения результатов в ЦД, с целью двухэтапной проверки путём сравнения экспериментальных и расчетных данных с последующем увеличением испытательно-приборной базы.
Основным назначением этого компонента исследований выбрана оперативная оценка параметров шумового поля на лесопильных производствах. Перманентное развитие средств и методик виброакустических измерений отражается на предлагаемой нами структуре предметного ЦД (рис. 5), имеющий итеративный характер: появление новых научно-технических возможностей сопровождается созданием нового более высокотехнологичного уровня разработки, содержащего передовые математические и программные решения.
На данном этапе, опираясь на наши наработки и на доступную номенклатуру оборудования в основе ЦД положена физическая модель звукогенерации пильным диском большого диаметра:
-¡2
д2р(г,р, г) , др(г,р, г) к2 ч В
-4 , ' + к —4 т ' + — р(г, р, г) + —
дг2 дг 4 рк
дг2
1 д 1
+--+ -
г дг
д2
др2
р (г,р, г) = 0
(28)
где р(г, р, г) - смещение пластины; к - коэффициент потерь колебательной энергии; г - расстояние от центра (0 < Г < Я); р - угол, отсчитываемый от положения равновесия (0 < р < 2п) ; р = 7800 кг/м3 - плотность стали; г
- время; D = -
12(1-М2)
Ц « 0.25 + 0.3 - коэффициент Пуассона.
цилиндрическая жёсткость; где Е = 200 ГПа - модуль Юнга; Н = 3 мм - толщина пластины;
Рис. 5. Структура и состав цифрового двойника «Шум - Эксперт»
Для верификации базовой модели ЦД результаты компьютерной имитации согласно (28) сравнивались с данными непосредственных измерений на рабочем месте (рис. 6). Как следует из этого рисунка, использованная нами модель звукогенерации (28) позволяет адекватно воспроизводить спектральный состав шумового поля.
- Относительная пвтнгсшо ость йоды
/ Х *
Г Хх >
* КХ
X X
хх
к;; '
ЁМ.
а,оэ o.ds аог 0,06 гц.05 0.04 й(й о.ог 0,01
2*10' 4*l(lS 6А 10"
ай:+:.] моды. Гц
а
0 1(00 2000 3000 4000 5000 6000 70СЮ 8000
б
Рис. 6. Синтетический (а) и реальный (б) спектры шума циркулярной пилы
Tralnl ng Progress^)
г л и а и и « м
_• : ■, ■ $- за 4а в) го
1|П1Л нивют
а б
Рис. 7. Эксперименты с нейросетью: а - мел-спектрограмма пиления рейки толщиной 5 см при частоте вращения 1500 мин-1; б - структура и динамика обучаемости распознающей нейросети
Автоматизированная идентификация источника производственного шума и его режима. Анализ мел-спектрограммы, зафиксированной в техническом эксперименте и приведенной на рис. 7, а свидетельствует о квазистационарности шумового поля, следовательно, возможность идентифицировать способ и режим обработки
при помощи нейросети. Эксперименты с нейросетью рис. 7, б показали, что при обучающей выборке 18 треков для шести различных режимов искусственный интеллект определяет режим с достоверностью 93 %. Увеличение объема обучающих данных вдвое обеспечивает практически стопроцентную достоверность идентификации источника (шума) и режима.
Универсальная аппроксимация шумовых нормативов СН 2.2.4/2.1.8.562-96 гладкими функциями.
Для оперативной квалификации шумовой обстановки ЦД должен содержать в своем составе достоверные нормативные сведения о допустимом уровне звука [4]. С этой целью исходные табулированные данные [4], приведенные в табл. 1, методами математического программирования преобразованы к формульному виду.
Таблица 4
Предельные уровни звукового давления в различных сферах жизнедеятельности согласно [1]_
Рабочее место Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
В помещениях ПКБ, расчетчиков 86 71 61 54 49 45 42 40 38 50
В конторских пом-ях, в лаб-ях 93 79 70 68 58 55 52 52 49 60
В пом-ях диспетчерской службы 96 83 74 68 63 60 57 55 54 65
Дистанционное управление без речевой связи по телефону 103 91 83 77 73 70 68 66 64 75
Выполнение всех видов работ на рабочих местах 107 95 87 82 78 75 73 71 69 80
Жилые комнаты квартир с 7 до 23 ч. 79 63 55 47 42 42 41 40 39 40
с 23 до 7 ч. 72 52 45 45 42 45 41 40 39 30
Территории, прилег. к домам с 7 до 23 ч. 90 75 66 59 54 50 47 45 44 55
с 23 до 7 ч. 83 67 57 49 44 40 42 43 40 45
Результат выполненного преобразования выражается формулами:
Ьэкв = ) , (29)
^ = £п=о£т=оРпт ^экв , (30)
где {а;} и {Р„т} - весовые коэффициенты, рассчитанные значения которых приведены в табл. 5-6. Отметим, что погрешность формульного представления норматива [4] не превышает 3 дБ, т.е. находится в пределах реальной погрешности доступных приборов.
Таблица 5
г 1 Г, Гц 1 | 31,25 2 | 62,5 3 | 125 4 | 250 5 | 500 6 | 1000 7 | 2000 8 | 4000 9|8000
а,; -0,73491 1,264096 -0,41925 0,689549 0,780276342 -1,35091 1,730301 -1,35642 0,419248
Таблица 6
Коэффициентный вектор (Рпт} _ для расчета октавного уровня, звукового давления согласно (30)
Зоо Зю Зи З20 З21 З22 Ззо З31 З32 Ззз
З начения 98,93 148,14 ,32543 9,023 0,69915 ,020045 4,491 0,06697 ,00901 0,002158
Классификация деревообрабатывающих (лесопильных) станков с использованием цифрового двойника. Экспериментально зафиксированные спектры шума используемых в настоящее время деревообрабатывающих станков показаны на рис. 8. Среди них имеются подобные, что побуждает использовать корреляционный анализ для группировки похожих по шумности станков с целью выработки универсальных мер нормализации акустической обстановки. На этом же рисунке жирной красной линией отмечены предельно допустимые уровни октавного звукового давления, регламентированные [4]. Видно, что все станки данной группы недопустимо шумны в наиболее не благоприятной для человека высокочастотной области. Рассчитанная матрица парной корреляции спектров различных станков приведена в табл. 7 после надлежащей группировки по взаимному подобию. Существенно подобные по шумовым характеристикам станки выделены в этой таблице зеленым цветом.
Рис. 8. Экспериментальные спектры шума деревообрабатывающих станков
181
Результаты группировки деревообрабатывающих станков по схожести
Таблица 7
Станок ЦДТ-7 ЦМ-3 ЦМР-2 ЦМЕ-2М ЦКБ-40 ЦР-4 ЦА-2А ЦДК-5-2 ЦМЗ-ЗА ЦТЗФ-1 Ц-6 ЛС805*
ЦДТ-7 1,00 0,94 0,72 0,79 0,75 0,84 0,71 0,69 0,80 0,73 0,69 0,36
ЦМ-3 0,94 1,00 0,67 0,77 0,70 0,74 0,6S 0,66 0,78 0,72 0,67 0,41
ЦМР-2 0,72 0,67 1,00 0,9В 0,9В 0,93 0,99 0,9В 0,9В 0,97 о,во 0,В6
ЦМЕ-2М 0,79 0,77 0,98 1,00 0,96 0,93 0,97 0,96 1,00 0,97 0,S6 0,33
ЦКБ-40 0,75 0,70 0,9В 0,96 1,00 0,97 0,99 0,97 0,96 0,97 0,83 0,81
ЦР-4 0,84 0,74 0,93 0,93 0,97 1,00 0,93 0,91 0,93 0,92 0,В9 0,61
ЦА-2А 0,71 0,6В 0,99 0,97 0,99 0,93 1,00 0,99 0,97 0,9В 0,84 0,81
ЦДК-5-2 0,69 0,66 0,9В 0,96 0,97 0,91 0,99 1,00 0,96 0,97 0,84 0,В6
ЦМЗ-ЗА 0,80 0,78 0,98 1,00 0,96 0,93 0,97 0,96 1,00 0,96 0,В5 0,33
ЦТЗФ-1 0,73 0,72 0,97 0,97 0,97 0,92 0,9В 0,97 0,96 1,00 0,93 0,74
Ц-6 0,69 0,67 0,80 0,86 0,83 0,89 0,84 0,84 0,85 0,93 1,00 0,57
ЛС805* 0,36 0,41 0,86 0,88 0,81 0,81 0,81 0,86 0,88 0,74 0,57 1,00
Основные результаты проведенной работы:
1. Полученные результаты позволяют спроектировать удовлетворяющую действующим санитарным нормам систему шумозащиты для круглопильных деревообрабатывающих станков путем рационализации конструкции, геометрических параметров и материала звукоизолирующего кожуха.
2. Предложены структура и состав цифрового двойника шумовой обстановки на рабочем месте (ле-со)пильщика «Шум - Эксперт».
3. На основе специальным образом сконструированной нейросети создан программный продукт, позволяющий идентифицировать шумовой спектр в рабочей зоне пильщиков при помощи ПК.
4. Изучены и систематизированы акустические характеристики лесопильных станков.
5. Предложена математическая модель генерации звуковых колебаний пильным диском; выполнено ее сопоставление с результатами технического эксперимента.
Список литературы
1. Atmaca E., Peker I., Altin A. Industrial Noise and Its Effects on Humans // Polish Journal of Environmental Studies Vol. 14, No 6 (2005), 721 726.
2. Красовский В.О., Максимов Г.Г., Овсянникова Л.Б. Гигиена труда при воздействии производственного шума. Уфа: Изд-во ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России, 2014. - 143 с.
3. Handbook for industrial noise control / NASA SP 5108. Washington D. C., 1981. 148 p.
4. СН 2.2.4/2.1.8.562-96: Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Санитарные нормы СН от 31.10.1996 n. 2.2.4/2.1.8.562-96.
5. Международный стандарт ISO 9000. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.
2015. 69 с.
6.Jiang Y., Yin S., LiK., Luo H., Kaynak O. Industrial applications of digital twins // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. V. 379, № 2207, pp. 20200360. Oct. 2021. DOI: 10.1098/rsta.2020.0360.
7. Зарубин В. С. Математическое моделирование в технике. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.
496 с.
8. Motrenko D.V., Yaitskov I.A., Chukarin A.N. Theoretical research of the vibroacoustic dynamics of the cutting tools for milling recessing and chain mortise woodworking machines // Akustika. 2019. T. 34. pp. 81-86.
9. Мотренко Д.В. Экспериментальные исследования процессов запыленности при обработке древесины фрезерно-пазовальными и цепно-долбежными станками машиностроительных производств // Известия ТулГУ. Технические науки. 2020. Вып. 10, с. 121-129.
10. Козырев Д.О. Математическая модель главного движения пилорамы // Вестник ДГТУ. 2012. №2 (63). Вып. 1. с. 33-41.
11. Мотренко Д.В. Обеспечение комплексной безопасности на рабочих местах операторов фрезерно-пазовальных и цепнодолбежных деревообрабатывающих станков/ дисс. канд. техн. наук, Ростов-н/Д, ДГТУ, 2021. 139 с.
12. Борисов Л.П., Гужас Д.Р. Звукоизоляция в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. 254 с.
13. Bellman R.E. Dynamic Programming. Dover Publications, Inc. 31 E. Second St. Mineola, NY, United States.366 p.
14. Никифоров А.С. Акустическое проектирование судовых конструкций: Справочник. Л.: Судостроение, 1990. 198 c.
15. Кирпиченко В.Ю. Вибровозбудимость конструкций и пути ее уменьшения. СПб.: ФГУП «КГМЦ», 2014. 222 с.
16. Жарков И.Г. Вибрации или обработка лезвийным инструментом. Л.: Машиностроение, 1986. 134 с.
17. Животовский А.А., Афанасьев В.Д. Защита от вибрации и шума на предприятиях горнорудной промышленности. М.: Недра, 1982. 183 с.
Азимова Наталья Николаевна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Бараниченко Вадим Владимирович, аспирант, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Бедоидзе Мария Васильевна, аспирант, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Богданец Диана Андреевна, инженер, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Кругликова Мария Алексеевна, студент, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Финоченко Татьяна Анатольевна, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, [email protected]. Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Чукарин Александр Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
DIGITIZATION AND MODELING OF NOISE CONDITIONS IN THE WORK AREA OF WOOD PROCESSING
EQUIPMENT
N.N. Azimova, V. V. Baranichenko, M. V. Bedoidze, D.A. Bogdanets, M.A. Kruglikova, T.A. Finochenko, A.N. Chukarin
The mechanism of noise generation during the operation of circular saws, mortising and balancing woodworking machines is analyzed. A mathematical model of sound generation has been constructed that allows one to effectively evaluate the required parameters of sound protection devices. The structure and composition of a digital twin of the noise environment of woodworking equipment has been developed. Based on a specially designed neural network, a software product has been created that makes it possible to identify the noise spectrum in the sawyer's work area using a PC. A mathematical model for the generation of sound vibrations by a saw blade is proposed; it was compared with the results of a technical experiment.
Key words: woodworking, process noise, noise protection, modeling, digital twin, neural network.
Azimova Natalya Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Baranichenko Vadim Vladimirovich, postgraduate, willywonkazeus@gmail. com, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Bedoidze Maria Vasilyevna, postgraduate, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Bogdanets Diana Andreevna, engineer, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Kruglikova Maria Alekseevna, student, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Finochenko Tatyana Anatolyevna, candidate of technical sciences, docent, head of department, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Chukarin Alexander Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Engineering
УДК 623; 001.891.57
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-183-184
ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ПОДСИСТЕМЕ ОБНАРУЖЕНИЯ БПЛА НА ОСНОВАНИИ ОЦЕНКИ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
С.А. Сахнов
В данной работе представлен подход к оценке эффективности подсистемы обнаружения беспилотных летательных аппаратов. Для получения результата были произведены расчеты вероятности обнаружения угрозы в виде беспилотного летательного аппарата. С учетом набора характеристик, указанных в базах данных произвели моделирование угрозы и подсистемы обнаружения. Результатом моделирования стала оценка эффективности подсистемы обнаружения, на основании которой были представлены требования к подсистеме обнаружения.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, сенсор, обнаружение, вероятность, эффективность, требование.
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) не так давно стали, настоящей проблемой для военной сферы. Они применяются в зоне специальной военной операции для проведения разведывательных мероприятий и нанесения огневого поражения обнаруженным целям. Уже известно множество способов обнаружения и противодействия БПЛА, сильные и слабые стороны которых подробно проанализированы в следующих работах [1-3].
183
