Распределение вибраций по несущей системе станков при шарико-стержневом упрочнении узлов колесных пар

Автор: Стуженко Наталья Игоревна, Тамаркин Михаил Аркадьевич

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Рубрика: Безопасность деятельности человека

Статья в выпуске: 4 (91) т.17, 2017 года.

Бесплатный доступ

Введение. Звуковое поле в рабочей зоне операторов оборудования (в частности, при шарико-стержневом упрочнении узлов колесных пар) формируется одновременным излучением звуковой энергии из двух источников. Первый: акустическая подсистема «упрочняемая заготовка - упрочнитель». Второй: все элементы несущей системы станков - в частности, корпуса шпиндельных бабок, станины и т. д. При измерении уровней звукового давления определить вклад каждого отдельного источника практически невозможно, поэтому необходимо провести экспериментальные исследования распределения вибраций по всей несущей системе станка - как на холостом ходу, так и при реализации технологического процесса. Материалы и методы. Измерения уровней вибраций проводились при определенных технологических операциях. Обработка поверхностей катания выполнялась на колёсотокарном станке, на котором вместо режущего инструмента устанавливались шарико-стержневые упрочнители. Упрочнение посадочных поверхностей осей колесных пар выполнялось на специальном осетокарном станке, на котором вместо резцов устанавливались шарико-стержневые упрочнители. Упрочнение посадочной поверхности колеса выполнялось на токарно-карусельном станке. Во всех этих случаях измерялись октавные уровни вибрации на холостом ходу и в процессе упрочнения. Сравнение спектров вибраций со спектрами шума позволяет косвенно определить долевой вклад элементов несущей системы станка в звуковое поле на рабочих местах операторов. Результаты исследования. Цель исследований, результаты которых приведены в данной статье, заключалась в изучении закономерностей распределения уровней вибрации по элементам несущих систем оборудования шарико-стержневого упрочнения колесных пар. Качественная оценка долевого вклада каждого источника (упрочняемая деталь, упрочнитель и элементы несущей системы) может быть выполнена на основе сравнения спектров шума и вибрации. Измерения проводились на трех типах станков: специальном колёсотокарном, на котором упрочняется поверхность катания; специальном осетокарном, на котором упрочняется посадочная поверхность оси колесной пары; токарно-карусельном, на котором упрочняется отверстие колеса. Обсуждения и заключение. Результаты измерений вибраций показали, что интенсивность звукового излучения элементов несущей системы станков не создает превышений над санитарными нормами шума. Таким образом, разработка системы шумовиброзащиты может быть ограничена подсистемой «упрочняемая заготовка - упрочнитель».

Еще

Вибрация, шарико-стержневое упрочнение, колесные пары

Короткий адрес: https://sciup.org/142211889

IDR: 142211889 | DOI: 10.23947/1992-5980-2017-17-4-151-157

Текст научной статьи Распределение вибраций по несущей системе станков при шарико-стержневом упрочнении узлов колесных пар

Введение. При измерениях уровня звукового давления в рабочей зоне операторов чрезвычайно затруднительно оценивать долевой вклад отдельных источников в звуковое поле, поскольку все они одновременно излучают звуковую энергию. Поэтому была проведена серия экспериментов, позволившая детально изучить распределение вибраций по несущей системе колёсотокарного станка. Измерения спектров вибраций производилось согласно методам, представленным в работах [1–10].

Основная часть. Пьезоакселерометр устанавливался непосредственно на основные излучающие звук поверхности станка и упрочнитель. Колесная пара при упрочнении вращается, поэтому уровень вибрации на самих колесах и оси колесной пары не измерялся.

Результаты измерений приведены на рис. 1.

L, дБ

Рис. 1. Спектры вибраций на элементах колесотокарного станка: 1 — на станине; 2 — на крышке переднего шпиндельного подшипника; 3 — на упрочнителе

Fig. 1. Vibration spectra on wheel-turning lathe elements: 1 - on frame; 2 - on front spindle bearing cover; 3 - on hardener

Отметим, что для сравнения спектров измерения вибрации производились не в нормируемом диапазоне вибраций (4–63 Гц) и звуковых частот.

Минимальные уровни вибрации в диапазоне 500–8000 Гц (недопустимом по санитарным нормам) не превышают 80 дБ. Они на 8–20 дБ ниже, чем на крышке шпиндельного подшипника, и носят низкочастотный характер. Характер спектра вибрации на крышке подшипника среднечастотный.

Спектр же вибрации на корпусе упрочнителя — ярко выраженный высокочастотный и по характеру спектрального состава соответствует спектрам шума.

Распределение вибраций на корпусах шпиндельной бабки приведено на рис. 2 и в таблице 1.

Стенка

Рис. 2. Схема расположения точек измерения вибраций

Fig. 2. Layout chart of vibration measure points

Распределение вибраций по корпусу шпиндельной бабки

Таблица 1

Table 1

Vibration distribution over spindle case

Частота, Гц
Точка № 1
	а		б			в				г		д
63	95,4	94,5	90,4	90,1		97,4		97,5		92,3		86,6		86,8
125	94,5	94,0	90,4	90,4		95,5		95,7		91,5		87,9		87,2
250	93,7	93,7	92,8	92,8		95,0		95,0		90,4		90,2		90,3
500	93,0	93,1	94,0	94,1		93,4		93,6		90,7		89,9		90,1
1000	96,2	96,1	97,7	97,6		94,3		94,8		92,7		93,8		94,1
2000	84,5	84,9	87,1	87,2		84,2		84,4		81,0		83,3		83,5
4000	85,2	85,8	80,6	80,5		79,1		78,6		83,7		86,4		85,9
8000	80,8	80,9	84,8	84,8		80,7		80,3		75,3		81,0		80,1
Точка № 3
	а		б	в				г				д
63	89,8	90,2	97	99,3		99,0		85,7		85,3		90,3		89,3
125	87,9	87,5	98,5	96,4		96,1		85,3		84,7		88,4		87,6
250	89,0	88,6	96,5	94,7		94,4		85,8		85,6		89,1		87,6
500	85,1	84,9	89,5	88,9		88,8		82,7		82,5		83,2		82,3
1000	83,6	83,1	91,7	89,9		89,9		84,2		83,5		82,4		81,0
2000	83,1	83,1	95,9	93,4		93,4		86,5		85,6		81,7		80,7
4000	81,1	80,8	84,2	84,3		84,3		81,5		81,2		80,9		79,4
8000	74,3	73,7	81,6	80,4		80,8		74,5		75,2		75,9		75,9
Точка № 4
	а		б		в				г				д
63	91,3	91,2	93,0	92,0	90		92		90		91		93	92
125	88,5	88,3	88,6	88,5	87		88		87		88		87	86
250	89,3	88,6	90,4	90,7	88		89		90		92		90	91
500	85,9	85,6	87,3	87,4	85		84		86		87		88	89
1000	86,2	85,9	84,5	84,9	87		86		84		85		81	83
4000	75,5	74,2	71,6	71,8	72		71		70		72		73	74
8000	74,9	73,2	67,2	67,1	63		70		72		73		70	72

В основном вибрации распределяются по элементам корпуса шпиндельной бабки в соответствии с закономерностями, характерными для традиционных токарных станков, оснащенных зубчатым приводом. Однако есть и

Безопасность деятельности человека

существенное отличие. При данном технологическом процессе разница между уровнями вибраций на холостом ходу и при упрочнении не превышает 2 дБ. Это объясняется тем, что при шарико-стержневом упрочнении на реализацию процесса затрачивается значительно меньшая мощность привода, чем на процесс резания. Формирование спектров шума при шарико-стержневом упрочнении осей колесных пар незначительно отличается от описанных выше закономерностей при упрочнении колес (рис. 3).

Рис. 3. Спектры шума при упрочнении осей колесных пар: 1 — натяг, 5 мм;

2 — натяг, 2,5 мм; 3 — предельный спектр

Fig. 3. Noise spectra under wheelpair axle hardening: 1 - interference, 5 mm;

2 - interference, 2.5 mm; 3 - limitary spectrum

Распределение вибраций согласно схеме (рис. 4) приведено в табл. 2.

Рис. 4. Точки измерения вибраций осетокарного станка

Fig. 4. Vibration measure points of axle turning lathe

Рис. 5. Спектры шума при упрочнении колеса: 1 — рабочий режим; 2 — холостой ход станка; 3 — предельный спектр

Fig. 5. Noise spectra under wheel hardening: 1 - operating mode; 2 – machine idle running; 3 - limitary spectrum

Таблица 2

Table 2

Распределение вибраций по несущей системе осетокарного станка

Vibration distribution over support system of axle turning lathe

№ точки	Уровни виброскорости (дБ) в октавных интервалах частот (Гц)
№ точки	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1	89	92	91	93	94	96	97	90	82
2		92	92	93	94	97	97	90	84
3		89	91	91	94	97	97	90	82
4		89	90	92	94	97	97	90	81
5		87	90	92	94	97	97	92	94
6		89	90	92	94	97	97	91	92
7		87	90	92	94	97	97	90	82
8		90	91	91	94	97	97	90	83
9		91	91	93	94	97	97	90	83
10		88	89	92	94	95	94	90	80
11		88	89	92	94	95	94	90	80
12		91	91	93	94	95	95	90	80
13		89	90	92	95	96	96	90	80
14		89	89	91	94	96	96	89	80
15		90	91	92	94	96	95	90	80
16		89	91	92	93	96	96	90	80

В отличие от колёсотокарного станка, в этом случае на узлах с упрочнителем наблюдается значительное увеличение уровней вибрации (в точках 10–16). На несущей системе станка изменений в уровнях вибраций не наблюдается.

Значительно менее шумным является технологический процесс шарико-стержневого упрочнения отверстий колес (рис. 5).

Колесо устанавливалось на столе станка, и его внешняя поверхность закрывалась резиновой пластиной толщиной 20 мм. Уровень звукового давления в значительно большей степени превышается за счет звукового излучения упрочнителя и воздушной полости отверстия. Как показали измерения, превышение уровней звукового давления составляет 80–10 дБ. Повышенный уровень шума на частоте 250 Гц также обусловлен работой компрессора.

Результаты измерения уровней вибрации на корпусе компрессора приведены на рис. 6.

Рис. 6. Спектр вибраций корпуса компрессора

Fig. 6. Vibration spectrum of compressor case

Безопасность деятельности человека

В отличие от распределения вибраций на корпусных деталях станков, компрессор имеет четко выраженный максимум на частоте 250 Гц, что подтверждает измерения уровней звукового давления. Такой спектр близок к тональному, т. к. во всех остальных октавах уровни вибрации ниже на 10 дБ (третья и четвертая октавы) и более.

Выводы. Результаты измерений показали, что во всех трех типах станков элементы несущей системы (шпиндельные бабки, станины) практически не влияют на превышение санитарных норм по уровням звукового давления. Полученные данные имеют значительную практическую ценность, т. к. позволяют ограничить мероприятия по снижению шума средствами шумозащиты системы «упрочняемое изделие — упрочнитель».

Список литературы Распределение вибраций по несущей системе станков при шарико-стержневом упрочнении узлов колесных пар

Шумомеры. Часть 1. Технические требования: ГОСТ 17187-2010 /ГОСТы, СНиПы, СанПиНы и др. Образовательный ресурс. -Режим доступа: http://www.g-ost.ru/51675.html (дата обращения: 12.10.17).
Об утверждении Методики проведения специальной оценки условий труда, Классификатора вредных и (или) опасных производственных факторов, формы отчета о проведении специальной оценки условий труда и инструкции по ее заполнению: Приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 24 января 2014 г. № 33н /Министерство труда и социальной защиты Российской Федерации. -Режим доступа: http://www.rosmintrud.ru/docs/mintrud/orders/170.html (дата обращения: 12.10.17).
Акустика. Измерения шума для оценки его воздействия на человека. Метод измерений на рабочих местах: Национальный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО 9612-2013/Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. -Москва: Стандартинформ, 2014. -42 с.
Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54500.3-2011/Руководство ИСОМЭК 98-3:2008. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения/Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. -Москва: Стандартинформ, 2012. -76 с.
О специальной оценке условий труда: федер. закон /Государственная Дума; Совет Федерации. -Режим доступа: http://www.rg.ru/2013/12/30/ocenka-dok.html (дата обращения: 12.10.17).
Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки: СН 2.2.4/2.1.8.562-96 /Госкомсанэпиднадзор РФ. -Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901703278.html (дата обращения: 12.10.17).
Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий: СН 2.2.4/2.1.8.566-96 /Госкомсанэпиднадзор РФ. -Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/90170328.html (дата обращения: 12.10.17).
Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки: СН 2.2.4/2.1.8.566-96 /Госкомсанэпиднадзор РФ. -Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200029239.html (дата обращения: 12.10.17).
Чукарин, А. Н. Улучшение условий труда операторов высокоскоростных прутковых токарных станков за счет снижения шума/А. Н. Чукарин, В. А. Минко, Т. А. Финоченко. -Ростов-на-Дону. -Изд. центр ДГТУ, 2012. -140 с.
Стуженко, Н. И. Экспериментальные исследования спектров шума процесса шарико-стержневого упрочнения узлов колесных пар/Н. И. Стуженко//Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2017. -№ 1 (88). -С. 92-98.

Еще

Статья научная