Снижение шумообразования круглопильных деревообрабатывающих станков применением циркулярных пил с акустическими разрывами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.01, кандидат технических наук Виноградов, Иван Сергеевич

• Виноградов, Иван Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Виноградов, Иван Сергеевич

Глава 1. Состояние вопроса защиты от шума.

1.1. Введение.:.

1.2. Методы оценки уровня шума деревообрабатывающих станков.

1.3. Известные математические модели шумообразования деревообрабатывающих станков.

1.4. Результаты экспериментальной оценки шума деревообрабатывающих станков.

1.5. Практические методы снижения шума деревообрабатывающих станков.

1.6. Выводы.

1.7. Цели и задачи исследования.

Глава 2. Методика расчёта параметров виброактивности круглых пил.

2.1. Модельное представление пилы и схемы разрезания.

2.2. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс разрезания круглой пилой.

2.3. Использование разностных схем численного решения уравнения для расчёта виброскорости.

2.4. Алгоритм решения СЛАУ, полученной на основе разностных уравнений.

2.5. Оптимизация геометрии акустических разрывов.

2.6. Задача оптимизации оператора решений дифференциального уравнения со значениями во множестве сеточных приближений функции виброскорости.

2.6.1. Метод редукции размерности задачи с помощью развёрток Пеано.

2.6.2. Метод мультистарта.

2.7. О прочности пил с акустическими разрывами.

Глава 3. Результаты расчёта параметров виброактивности круглых пил различных конструкций.

3.1. Расчётная оценка виброскорости пилы в процессе разрезания.

3.1.1. Влияние скорости и глубины разрезания на виброскорость.

3.1.2. Влияние геометрии акустических разрывов на виброскорость.

3.2. Нахождение собственных частот дисковой пилы.

3.3. Аналитическое решение уравнения для виброскорости.

3.4. Выводы.

Глава 4. Экспериментальные исследования спектров шума.

4.1. Предлагаемая конструкция пил с акустическими разрывами.

4.2. Методика проведения экспериментальных исследований.

4.3. Результаты экспериментальных исследований.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение шумообразования круглопильных деревообрабатывающих станков применением циркулярных пил с акустическими разрывами»

Деревообработка - важная отрасль отечественной экономики, доля которой в общем объёме промышленного производства нашей страны составляет 4.4%. В деревообработке занято 1.5% трудоспособного населения и используется 13% технологического оборудования, применяемого в обрабатывающих отраслях промышленности. В условиях современного производства, когда зачастую используется устаревшее оборудование и технологии, положение в области охраны труда является неудовлетворительным. Участки и цехи с деревообрабатывающими станками можно отнести к категории, опасных, т.к. у этого оборудования в большинстве случаев на рабочих местах наблюдаются повышенные уровни шума.

Большую актуальность имеют экологические проблемы деревообрабатывающей промышленности - в частности, повышенные уровни шума в производственных помещениях. Необходимо отметить, что шум относится к одним из наиболее распространённых и неблагоприятных факторов условий труда, а добиться снижения его уровня до санитарных норм весьма сложно. За последние десятилетия наблюдается- тенденция неуклонного роста шума за счёт увеличения мощности производственно-технологического оборудования. Согласно статистическим данным Госкомстата РФ, уровни производственного шума возрастают за каждые 5-10 лет на 5 дБ в среднем по всем отраслям промышленности. По прогнозам Министерства Труда РФ, тенденция роста уровня производственного шума сохранится и на ближайшие 4050 лет.

Уровень шума и продолжительность его действия отражаются на здоровье и работоспособности человека. Повышенные уровни шума вызывают у рабочих на участках деревообработки такие профессиональные заболевания, как вибрационная болезнь и неврит слухового нерва. Продолжительное действие интенсивных шумов на организм человека приводит к частичной, а иногда и полной потере слуха, к значительным функциональным изменениям в состоянии организма, влияет на психику человека, вызывая чувство беспокойства и раздражения [1-5]. Относительно недавно появилось новое заболевание -«шумовая болезнь» [1]. По данным австрийского учёного Гриффита, повышенный шум влияет на продолжительность жизни человека, сокращая её на 8-12 лет [6].

Кроме того, повышенный уровень шума является причиной экономических потерь за счёт снижения производительности труда, ухудшения качества продукции и увеличения числа несчастных случаев. Работа в условиях постоянного воздействия шума повышенного уровня снижает производительность труда на 10-15% [7-9]. Соответствие виброакустических характеристик оборудования требованиям норм по шуму и вибрации является одним из важнейших эргономических критериев, по которым определяется техническое состояние и качества оборудования, а соответствие требованиям международных стандартов повышает конкурентоспособность оборудования на международных рынках.

Деревообрабатывающие станки при их высокой производительности, точности и универсальности являются основным видом оборудования для размерной обработки деталей и в подавляющем большинстве случаев создают на рабочих местах операторов уровни шума, намного превышающие санитарные нормы, особенно в сравнительно высокочастотной части спектра 1000-8000 Гц. В настоящее время борьба с шумом ведётся, как правило, на уже существующих станках, что далеко не всегда эффективно, т.к. возможности снизить вибрации и шум готового оборудования ограничены. Альтернативный путь - расчёт процессов шумообразования и оценка ожидаемых уровней шума на этапе проектирования станка и его отдельных узлов. Такой подход обоснован как технически, так и экономически. Стоимость установки акустических средств снижения шума в производственных помещениях с работающими станками примерно в 3-4 раза превышают возможные затраты на реализацию мероприятий по снижению шума при изготовлении станка, предусмотренные ещё на стадии проектирования. В настоящее время конструкторы деревообрабатывающих станков не имеют ещё простых и достаточно точных методов расчёта ожидаемых уровней шума.

Среди гаммы деревообрабатывающих станков особо следует выделить станки пильной группы (37% от всей номенклатуры), характеризующиеся очень высокими уровнями шума в высокочастотной части спектра, где превышение над предельно допустимыми значениями достигает 25-35 дБ. Следует отметить, что на отечественных станках этой группы системы защиты рабочего персонала от шума не предусматриваются при проектировании и не применяются при эксплуатации. Поэтому важной задачей деревообработки является правильный выбор технологии и средств защиты от шума ещё на стадии проектирования пильных деревообрабатывающих станков. При эксплуатации упомянутого технологического оборудования одновременно приходится решать задачи совершенствования систем шумозащиты при обеспечении максимальной эффективности процесса.

В деревообрабатывающей отрасли промышленности, а также на участках деревообработки предприятий машиностроения и строительной индустрии применяются станки различного назначения и многообразного конструктивного исполнения с пилами различной формы и конструкции. В сравнении с другими видами оборудования деревообрабатывающие станки обладают рядом технологических и конструктивных особенностей: а) в них отсутствуют шестерёнчатые приводы; б) у деревообрабатывающих станков скорости вращения инструментов (скорости разрезания) достигают 20-30 м/с, что может привести к возникновению шума высокой мощности при работе оборудования; в) на деревообрабатывающих станках используются многозубные дисковые фрезы больших диаметров, из-за чего их торцовое биение создаёт дополнительные источники вибрации и, соответственно, шума.

Основные типы деревообрабатывающего оборудования: ленточнопильные станки, круглопильные станки, пильные рамы [10]. По технологическому назначению круглопильные станки разделяются на три основные группы: для продольного, поперечного и форматного распиливания [10-13]. Круглопильные станки для продольного распиливания строятся с нижним и верхним расположением пил, преимущественно с встречной подачей; станки для поперечного распиливания по конструктивному признаку разделяются на два основных типа: с подачей пилы — маятниковые, балансирные, шарнирные, суппортные; с подачей дрезины - с цепным конвейером и значительно реже, в каретке и поворотными дисками. В первых двух подача пилы по дуговой траектории осуществляется путем устройства станка по схеме вертикального или горизонтального маятника. Суппортный станок состоит из удлиненного суппорта с укрепленным электродвигателем с пилой на его валу, по которой суппорт перемещается прямолинейно вручную или гидроцилиндром. Среди станков с подачей древесины на пилу наибольшее распространение получили двух и многопильные станки с конвейерной подачей. Двухпильные станки имеют неподвижную и настраиваемую* на заданный, размер- подвижную плиту; многопильные станки имеют от 6 до 10 пил. Круглопильные станки для форматной распиловки предназначены для обрезки.на заданный формат или раскроя различных плитных материалов ДСП, ДВП, фанеры и других материалов. В круглопильных станках в качестве режущего инструмента используются круглые пилы. Циркулярные пилы диаметром 125-1500 мм вследствие своей малой толщины,до 10 мм представляют собой инструмент, имеющий малую жёсткость.

Заключение диссертации по теме «Охрана труда (по отраслям)», Виноградов, Иван Сергеевич

4.4. Выводы

1. Экспериментальные исследования спектров шума при работе циркулярных пил различных конструкций подтвердили результаты теоретических расчётов и численного эксперимента, приведённые в главе 2. Получил подтверждение тот факт, что акустические разрывы в корпусе пилы при вариации режимов резания понижают уровень шума, производимого пилой, за счёт снижения вибрационной активности её поперечных механических колебаний.

2. Произведено экспериментальное сравнение двух вариантов конструкции циркулярных пил с акустическими разрывами, которые по результатам теоретических расчётов должны быть оптимальны с точки зрения снижения вибрационной активности. Установлено, что наилучший результат в снижении шумовых характеристик (12 дБ) показала конструкция пилы с акустическими разрывами в форме круговых отверстий, приведённая на рис. 3.1. Это соответствует и результату вычислительного эксперимента, в ходе которого было показано, что акустические разрывы в форме круговых отверстий приводят к максимальному снижению виброскорости пилы.

3. Экспериментальное исследование показало, что дополнительное демпфирование круговых отверстий, изготовленных в корпусе циркулярной пилы, позволяет добиться снижения её шумовых характеристик (16 дБ) до уровня, удовлетворяющего санитарным нормам.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Виноградов, Иван Сергеевич, 2010 год

1. Андреева-Галанина Е.П. Шум и шумовая болезнь. — JL: Медицина, 1973.

2. Матвеев А.П. и др. Состояние профессиональной заболеваемости шумо- и вибрационной патологии и организация санитарного надзора по её профилактике. -М., 1988.

3. Вострикова И.Е. Гигиенические проблемы нормирования уровней шума. -М., 1988.

4. Мариняко А.Э. К вопросу о влиянии на организм стабильного и прерывистого шума // Гигиена труда. Вып. 8. Киев, 1972.

5. Меньшов A.A. Влияние производственной вибрации и шума на организм человека. Киев: Здоровье, 1977.

6. Гуляев В.Г. Современные методы снижения транспортного шума в больших городах. М.: ГОСИНТИ. - 1975. - № 27-75.

7. Боголепов И.И. Промышленная звукоизоляция. Л.: Судостроение, 1986.

8. Кофман ГА. Влияние уровня шума на производительность труда // Технология и организация производства. 1975. -№4.

9. Опыт снижения производственного шума и вибрации: экспресс-информация. -ЦИНИНТИ; Оргтрансстрой. М., 1977.

10. Манжос Ф.М. Деревообрабатывающие станки. М.: Лесн. пром., 1974-454с.

11. Афанасьев П.С. Конструкции и расчеты деревообрабатывающего оборудования. — М.: Машиностроение, 1970. 400 с.

12. Крисанов В.Ф., Рыбин Б.М., Санаев В.Г. Оборудование для отделки изделий из древесины. М.: Лесн. пром., 1984. - 144 с.

13. Б.И. Черпаков, О.И. Аверьянов, Г.А. Адоян и др.; Под ред. Б.И. Черпакова / Машиностроение. Энциклопедия. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование. Т IV-7. М.: Машиностроение, 1999. -863 с.

14. Иванов А.И., Никифоров A.C. Основы виброакустики: Учебник для вузов. СПб.: Политехника, 2000. - 482 с.

15. Чукарин А.Н., Стрельченко С.Г. Расчёт средств шумозащиты оборудования в производственном помещении / Известия ИУА АП — Ростов н/Д, 2004.-Вып. 1.-С. 13-19.

16. Борисов Л.П., Гужас Д.Р. Звукоизоляция в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.

17. Борисова H.H., Русак О.Н. Количественная оценка акустической обстановки производственных объектов. "Механическая обработка древесины" . Реферативная информация. ВНИПИЭИлеспром, 1975. №7. — С. 2.

18. Черемных H.H., Кучумов Е.Г., Тимофеева Л.Г., Смирнов В.Г. Основные направления работы по улучшению акустического режима в производстве ДСП. -"Деревообрабатывающая промышленность", 2000. №4. - С. 17-19.

19. Месхи Б.Ч., Ли А.Г., Цветков В.М. Математические модели процессов шумообразования при прерывистом резании / ИУИ АП, Ростов н/Д, 2004. - Вып. 1.-С. 3-12.

20. Ли А.Г. Шумовые характеристики круглопильных станков при работе циркулярными пилами / А.Г.Ли // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: межвуз. сб. науч. тр. РГАСХМ -Ростов н/Д, 2004. -Вып. 8. -С.77-79.

21. Ли А.Г. Математическое описание шумообразования дисковых пил / А.Г. Ли // Известия ИУИ АП, 2004. -№2. -С 16-21.

22. Виноградова Г.Ю. Экспериментальные исследования виброакустических характеристик деревообрабатывающих станков / Г.Ю. Виноградова, А.Г.Ли, В.М.Цветков//Безопасность жизнедеятельности, 2005, -№6. -С.40-43.

23. Стрельченко С.Г., Чукарин А.Н., Шамшура С.А. Виброакустические расчёты и проектирование систем шумозащиты при центробежно-ротационном наклёпе. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2005. - 164 с.

24. Месхи Б.Ч., Рябых Г.Ю. Исследование шумовых и пылеобразующих характеристик деревообрабатывающих станков. Виброакустические характеристики и запылённость деревообрабатывающего оборудования. — Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2007. 153 с.

25. Виноградова Г.Ю., Шамшура С.А. Исследование математической модели шумообразования в производственном помещении / Известия ТулГУ. Сер. Проблемы сельскохозяйственного машиностроения. Тула, 2005. - Вып. 2. -С.182-185.

26. Виноградова Г.Ю. О расчёте процессов шумообразования деревообрабатывающих станков / Современные проблемы машиноведения и высоких технологий: тр. Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 75-летию Дон. гос. техн. ун-та. Ростов н/Д, 2005. - Т.1. - С. 186-189.

27. Месхи Б.Ч. Улучшение условий труда операторов металлорежущих и деревообрабатывающих станков за счёт снижения шума в рабочей зоне. (Теория и практика). Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2003. - 131 с.

28. Чукарин А.Н. Теория и методы акустических расчётов и проектирования технологических машин для механической обработки — Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2005. 152 с.

29. Виноградов И.С. Экспериментальные исследования спектров шума пильных деревообрабатывающих станков / Безопасность жизнедеятельности. -М., 2008, №9, стр. 17-18.

30. Ли А.Г., Виноградов И.С., Виноградова Г.Ю. Обследование условий труда в рабочей зоне круглопильных и ленточнопильных станков / Известия института управления и инноваций авиационной промышленности. 2004. - № 2. - С.23-29.

31. Стрельченко С.Г. Шумозащитное ограждение установки центробежно-ротационного вибронаклёпа // Известия ИУИ АЛ. 2004. — №1. — С.24-34.

32. Кащеева С.С., Сапожников O.A., Хохлова В.А., Аверкью М.А., Крам Л.А. Нелинейное искажение и поглощение мощных акустических волн в среде со степенной зависимостью коэффициента поглощения от частоты // Акустический журнал, 2000, т.46, N 2, с.211-219.

33. Инструменты по дереву. Каталог / Изд-во "Pilana", Чехия. Сен. 2006. -http://www.pilana.com

34. Владимирский Б.М., Горстко А.Б., Ерусалимский Я.М. Математика. Общий курс. СПб.: Издательство «Лань», 2002. - 960 с.

35. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. Изд-е 2-е, справленное. -М.: Физматлит, 2001.

36. Фрезы прорезные и отрезные. ГОСТ 2679-93.

37. Гольденвейзер А.Л. Теория упругих тонких оболочек.- М.: Наука, 1976.-512с.

38. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. Л.: Судпромгиз, 1962.- 431с.

39. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.: Изд-во «Наука», 1966.

40. Ольхофф Н. Оптимальное проектирование конструкций. Вопросы вибрации и потери устойчивости. М.: Изд-во «Мир», 1981.

41. С.П. Тимошенко, Дж. Гудьер. Теория упругости. М.: «Наука», 1979. -560с.

42. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. - 184 с.

43. Самарский A.A. Введение в теорию разностных схем / Изд-во «Наука», главная редакция физико-математической литературы. М. 1971. - 552с.

44. Виноградов И.С. Использование параллельных вычислений для расчёта оптимальной виброактивности деревообрабатывающих станков // Инновационные технологии в машиностроении: сб. тр. Междунар. науч.-техн. Конф., 3-5 сент. Ростов н/Д, 2008.

45. Богачёв К.Ю. Точные методы решения линейных систем // Интернет-источник http://algolist.manual.ru/maths/linalg/index.php

46. Жиглявский A.A., Жилинскас А.Г. Методы поиска глобального экстремума. М.: Наука, 1991. 248с.

47. Стронгин Р.Г. Параллельная многоэкстремальная оптимизация с использованием множества развёрток // Журнал вычислительной математики и математической физики, т.31, №8, 1991. С. 1173-1185.

48. Gergel V.P., Strongin R-.G. Parallel Computing for Globally Optimal Decision Making (Accepted to PACT-2003)

49. Орлянская И.В. Современные подходы к построению методов глобальной оптимизации // Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ», 2002. С. 2097-2108.

50. Иванов М.С., Виноградов И.С. Теоретическая разработка методов снижения виброактивности различных технических систем / Обозрение прикладной и промышленной математики. М., 2009. - Т. 16, вып. 6. - С. 10701071.

51. Зенкевич О. Метод конечных элементов в. технике. М.: Мир, 1975. -541с.

52. Седов Л. И. Механика сплошной среды. Том 1,2. М.: Наука, 1970.

53. С.П. Тимошенко. Колебания в инженерном деле. М.:Физматгиз, 1959. 439с.

54. И.М. Бабаков. Теория колебаний. М.: Наука, 1968. 560 с.

55. B.C. Гонткевич. Собственные колебания пластин и оболочек. Киев: Наукова думка, 1964. 288 с.

56. A.B. Левин. Рабочие лопатки и диски. М.: Госэнергоиздат, 1953. 624 с.

57. Д.В. Вайнберг, Е.Д. Вайнберг. Пластины, диски, балки-стенки (прочность, устойчивость и колебания). Киев: Госстройиздат УССР, 1959. 1052 с.

58. И.В. Ананьев, Н.М. Колбин, Н.П. Серебрянский. Динамика конструкций летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1972. 416 с.

59. Р.Х. Макаева, A.M. Царева, А.Х. Каримов. Определение собственных частот и форм колебаний диска постоянной толщины, закреплённого в центре. Изв. вузов. Авиационная техника. 2008. №1. С.41-45.

60. Ч.М. Вест. Голографическая интерферометрия. М.: Мир, 1982. 504 с.

61. Голографические неразрушающие исследования / Под ред. Р.К. Эрфа. М.: Машиностроение, 1979. 448 с.

62. Ю.И. Островский, М.М. Бутусов, Г.В. Островская. Голографическая интерферометрия. М.: Наука, 1977. 339 с.

63. Конструкционные материалы: Справочник / Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. 688 с.

64. Справочник по авиационным материалам. Т.З. Жаропрочные сплавы / Под ред. А.Т. Туманова. М.: Оборонгиз, 1959. 399 с.

65. Сундарон Э.М. Статистический анализ точности и стабильности технологических процессов. Методические указания к практическим занятиям. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004. 36 с.