Методология обеспечения комплексной системы безопасных условий труда операторов станков пильной группы Литвинов Артем Евгеньевич

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 11

1.1 Обзор существующих исследований станков токарной группы 11

1.2 Обзор существующих исследований станков фрезерной и заточной группы 13

1.3 Обзор существующих исследований шума и вибрации при виброупрочнении 23

1.4 Анализ исследований существующих исследований шума и запыленности рабочей зоны деревообрабатывающих станков

1.5. Анализ производственных опасностей при работе на станках пильной группы 31

1.6. Описание объектов исследования

1.6.1. Ленточнопильные станки 34

1.6.2. Ленточнопильные станки по дереву 41

1.6.3. Круглопильные станки по металлу 46

1.6.4. Круглопильные станки по дереву 50

1.6.5. Ножовочные станки по металлу 52

1.6.6. Общие сведения о ленточных пилах 55

1.7. Выводы по главе. Цель и задачи исследования 61

2. Виброакустическая динамика системы пила-инструмент ленточно пильных станков 63

2.1 Теоретическое исследование спектров звукового давления ленточнопильных станков 63

2.2. Теоретическое исследование звукового излучения направляющих ленточнопильных станков 76

2.3. Выводы по главе 81

3. Теоретическое исследование спектров шума круглопильных станков 82

3.1. Теоретическое исследование виброскоростей дисковой фрезы 87

3.2. Вывод зависимостей скоростей колебаний фрезерной оправки 89

3.3. Выводы по главе 98

4. Экспериментальные исследования шума, вибрации и процесса резания станков пильной группы 99

4.1. Анализ условий труда в рабочей зоне операторов отрезных стан ков 99

4.2. Результаты экспериментальных исследований вибрации и шума ленточнопильных металлорежущих станков 103

4.3. Экспериментальные исследования шума и вибрации ленточно-пильных и многопильных деревообрабатывающих станков 115

4.4. Выводы по главе 132

5. Оценка эффективности процесса обработки на отрезных станках 133

5.1. Резонансная частота колебаний системы пила-направляющая пилы 133

5.2. Исследование деформации и потери устойчивости ленточной пилы в зоне резания 140

5.2.1. Определение прогиба пилы в вертикальной плоскости 140

5.2.2. Определение прогиба пилы в горизонтальной плоскости 145

5.3. Экспериментальное исследование процесса резания на

ленточнопильных станках 148

5.3.1. Исследование режимов резания 148

5.3.2. Усилие подачи и усилие резания

5.3.3. Усилие натяжения ленточной пилы, как основной фактор устойчивости процесса резания 160

5.3.4. Экспериментальное определение податливостей пилы при резании 162

5.3.5. Исследование износа и производительности 165

5.4. Расчет ленточной пилы на прочность 170

5.5. Расчет усилия натяжения и долговечности ленточной пилы для обеспечения устойчивости процесса резания 174

5.6. Расчет уровней шума ленточнопильных станков 178

5.7. Выводы по главе 180

6. Мероприятия по снижению шума и вибрации в рабочей зоне станков пильной группы и разработка комплексной системы управления охраной труда 181

6.1. Эффективность мероприятий по снижению шума и вибрации в рабочей зоне ленточнопильных металлорежущих станков 181

6.2. Эффективность мероприятий по снижению шума и травматизма операторов круглопильных и многопильных станков 194

6.2.1. Расчет конструкции звукоизоляции узла резания 195

6.2.2. Устройство снижения шума и вибрации и уменьшения травматизма при работе на круглопильных станках 196

6.2.3. Устройство снижения шума и уменьшения травматизма многопильных станков 1 6.3. Разработка комплексной системы управления охраной труда на предприятиях машиностроения, укомплектованных станками пильной группы 202

6.4. Выводы по главе 213

Общие выводы и рекомендации 214

Литература

• Анализ производственных опасностей при работе на станках пильной группы
• Теоретическое исследование звукового излучения направляющих ленточнопильных станков
• Вывод зависимостей скоростей колебаний фрезерной оправки
• Исследование деформации и потери устойчивости ленточной пилы в зоне резания

Введение к работе

Актуальность. Отрезные металлорежущие и деревообрабатывающие станки используются для порезки заготовок различных металлов и сплавов, раскроя бревен. Этот тип станков применяется, как правило, при заготовительном производстве от мелкосерийного до крупносерийного. В связи с устаревшим парком станочного оборудования показатели безопасности труда, соблюдение которых является обязательным условием при проектировании данного типа оборудования, в большинстве случаев уровень шума превышает санитарные нормы. Известно вредное воздействие шума и вибрации на обслуживающий персонал, но, кроме того, повышенный шум приводит к снижению производительности труда, увеличению брака продукции и, как следствие, значительным социально-экономическим потерям. Кроме того, виброакустические характеристики существенно характеризуют техническое совершенство технологического оборудования, поэтому проблема снижения шума отрезных станков актуальна для машиностроения и имеет важное научно-техническое и социально-экономическое значение.

Объектом исследования являются виброакустические и эксплуатационные характеристики вышеуказанных станков.

Предметом исследования являются условия труда операторов всей гаммы станков пильной группы.

Область исследования. Содержание диссертации соответствует п.7 предметной области специальности 05.26.01 - научное обоснование, конструирование, установление области рационального применения и оптимизации параметров способов, систем и средств коллективной и индивидуальной защиты работников от воздействия вредных и опасных факторов.

Диссертационная работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы» по направлению «Станкостроение» (Соглашение № 14.B37.21.1564 от 24 сентября 2012 г.) и в рамках реализации исследования при поддержке стипендии Президента Российской Федерации (СП-5806.2013.1) для молодых (до 35 лет) ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики.

Целью диссертационной работы является повышение уровня безопасности труда операторов и улучшение эксплуатационных характеристик станков пильной группы за счет внедрения научно-обоснованных методик и инженерных решений.

Методология и методы исследований. В работе использованы основные положения технической виброакустики, теории колебаний механических систем с распределенными параметрами, теории резания, методики специальной оценки условий труда на рабочих местах и экспериментальных исследований шумовых и вибрационных характеристик, а также статистические методы оценки достоверности полученных экспериментальных данных.

Концепция: возможно повышение уровня безопасности труда операторов и улучшение эксплуатационных характеристик станков пильной группы как на этапе их проектирования, так и при их эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методология обеспечения комплексной безопасности труда операторов отрезных станков в системе человек-машина-среда по критериям выполнения санитарных норм шума в рабочей зоне и предупреждения аварий и травматизма, вызванных действиями обслуживающего персонала и внешними факторами.

2. Результаты исследований рекомендованы в качестве дополнений в действующем законодательстве и нормативных правовых актах о ОТ, в частности: ФЗ № 426 от 28.12.2013 г. "О специальной оценке условий труда", ГОСТ Р 12.0.230-2007 "ССБТ. Системы управления охраной труда. Общие требования", ГОСТ Р 12.0.007-2009 "ССБТ. СУОТ в организации", ГОСТ 12.0.230.1-2015 "ССБТ.СУОТ. Руководство по применению ГОСТ Р 12.0.230-2007" (введен в действие 09.06.2016 г), ГОСТ 12.0.230.2-2015 "ССБТ.СУОТ в организациях. Оценка соответствия. Требования" (введен в действие 01.03.2017 г. с изменениями от 18.10.2016 г.), ГОСТ 12.0.004-2015 "Обучение безопасности труда" (введен в действие с 01.03.2017 г.), ГОСТ 12.0.003-2015 "Опасные и вредные производственные факторы'' (введен в действие с 01.03.2017 г.)

3. В диссертации заложены теоретические основы построения риск-
ориентированной системы управления ОТ на предприятиях машиностроения.

4. Установлены характерные закономерности шумообразования ленточ-нопильных металлорежущих станков, работающих тонким инструментом с малой изгибной жесткостью.

5. Получены зависимости уровней звукового давления, создаваемого режущим инструментом и заготовками, как доминирующими источниками виброакустической эмиссии для данного типа станков, учитывающие способы закрепления, технологические режимы резания, диссипативные характеристики технологической системы, что существенно уточняет закономерности формирования спектров вибрации и шума.

6. По результатам экспериментальных данных получены рациональные значения усилия натяжения пилы как одного из важнейших показателей эффективной эксплуатации отрезных станков, закономерности формирования усилия подачи и силы резания для состояний новой пилы и в момент, предшествующий катастрофическому износу (увод пилы более 1 мм на 100 мм плоскости резания), что легло в основу моделирования виброакустической динамики данного типа оборудования.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по снижению виброакустической активности режущего инструмента и определенного класса отрезаемых заготовок до предельно-допустимых значений, т.е. в самом источнике возникновения излучения звуковой энергии.

2. На основе проведенных экспериментальных исследований по определению величин натяжения ленточной пилы на 10-15% повышен ее ресурс.

3. Для повышения эффективности работы станка, а также устойчивости процесса обработки предложена методика расчета ленточной пилы на прочность и усилия натяжения, подтвержденная экспериментальными исследованиями в условиях реального производства.

4. Разработан комплекс мероприятий по внедрению технических инженерных решений, направленных на улучшение эксплуатационных характеристик гаммы отрезных станков.

Положения, выносимые на защиту:

4. Результаты теоретических исследований спектрального состава гаммы отрезных станков.

5. Аналитические зависимости уровней звукового давления в рабочей зоне операторов. учитывающие характерные особенности компоновки отрезных станков, конструкции режущего инструмента, параметры технологического процесса резания, диссипативную функцию акустической подсистемы "режущий инструмент-заготовка".

6. Риск-ориентированную систему управления охраной труда на предприятиях машиностроения.

7. Результаты специальной оценки условий труда операторов металлорежущих и деревообрабатывающих отрезных станков.

5. Результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик общей акустической системы отрезных станков, выполненных в условиях реального производства.

6. Методику расчета ленточной пилы на прочность и усилия натяжения, подтвержденная экспериментальными исследованиями в условиях реального производства.

7. Системы шумозащиты отрезных металлорежущих и деревообрабатывающих станков, обеспечивающие выполнение санитарных норм шума в рабочей зоне операторов.

Реализация в промышленности.

На ЗАО «Специальное конструкторское бюро автоматических линий и металлорежущих станков» внедрены конструкции систем снижения шума гаммы отрезных станков, а также методика расчета ленточной пилы на прочность и усилия натяжения ленточной пилы для обеспечения устойчивости процесса резания.

На ЗАО «Элеваторстройдеталь» внедрена комплексная система безопасных условий труда на рабочих местах операторов ленточнопильных металлорежущих станков. Ожидаемый годовой социально-экономический эффект получен за счет улучшения условий труда и, в частности, повышения производительности труд за счет снижения шума в рабочей зоне ленточнопильных станков до санитарных норм. В размере 57 тыс. руб. в год на один станок (в ценах 2016г.)

Достоверность результатов.

Достоверность приведенных в работе теоретических исследований подтверждается строгостью использования математического аппарата и, в особенности, экспериментальными исследованиями в реальных условиях эксплуатации объектов исследования, выполненными с помощью современных приборов первого класса точности. Экспериментальные исследования проводились при специальной оценке рабочих мест по условиям труда организацией Научно-производственный центр "Охрана труда", имеющей аттестат аккредитации на право проведения работ, по специальной оценке, условий труда, подтвержденного областью аккредитации.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на V-X всероссийских научных конференциях «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах», (г.Анапа, 2008-2013 г.), международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии» (г.Ростов-на-Дону, 2011 г.), международной научно-практической конференции "(г. Уфа, 2014 г.), первой международной научной конференции «Наука будущего» (г. Санкт-Петербург, 2014 г.), международной научно -практической конференции (г. Пермь, 2016 г.), международной научно-практической конференции (г. Нижний Новгород, 2016 г.), международной научно-технической конференции, посвя-щнной 60-летию Липецкого государственного технического университета (г. Липецк, 2016 г.), международной научно-практической конференции (г .Пермь, 2016 г.), международной научно-практической конференции "Интеграция науки, общества, производства и промышленности" (г. Казань, 2017 г.). Результаты исследований отмечены серебряной медалью на XIV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед- 2011», дипломом НТТМ-2011, дипломом победителя конкурса "IQ года".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 58 печатных работ, в том числе 4 в журналах, входящих в международную базу Scopus, 18 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, опубликовано 2 монографии, получено 8 патентов РФ. Общий объем работ составляет 447 страниц, в том числе доля соискателя 259 страниц.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 220 наименований, имеет 112 рисунков, 26 таблиц и изложена на 239 страницах машинописного текста. В приложения вынесены результаты интеллектуальной деятельности и сведения о внедрении.

Анализ производственных опасностей при работе на станках пильной группы

По длине точность индексирования обычно равна + 0,1...0,12 мм, в худшем случае + 0,25 мм. Шероховатость поверхности, которая обеспечивается ленточнопильными станками, варьируется в диапазоне 2...10 мкм, в зависимости от режимов резания, параметров пилы, усилия натяжения и типа заготовки. В станках моделей КС 8532, С8523 и С8526 разработки Краснодарского СКБ АЛМС колонны и сварные балки пильной рамы заполнены специальным полимерным составом. Конструкция обладает жсткостью сварного изделия из стали и учетвернной абсорбирующей способность чугуна, что позволяет весьма эффективно бороться с вибрацией.

Всю гамму ленточнопильных станков по возможностям обработки, и, соответственно, по области применения принято делить на четыре класса.

Станки 1 класса служат для высокопроизводительной резки практически всего многообразия металлов, которые сегодня используются в машиностроении, к примеру таких, как высоколегированные и конструкционные стали, цветные сплавы, титановые и никелевые сплавы. Станки данного класса могут с высокой скоростью разрезать как трубы и тонкостенный профиль, так и сплошной прокат и поковки большого диаметра. Области применения таких станков: заготовительные цеха высокотехнологичных предприятий, которые используют трудно обрабатываемые материалы, основное производство ме таллургических заводов, а также цеха, где требуется высокая производительность на единицу оборудования. Это связано с тем, что только для станков первого класса возможна успешная работа как биметаллическими, так и твердосплавными пилами [174].

Ленточнопильный станок 1 класса Из горизонтальных станков к первому классу по конструктивному исполнению относятся только двухколонные и портальные. Конструктивное исполнение направляющих, используемых при перемещении пильной рамы во время рабочего хода, является главным критерием двухколонного станка, по которому возможно его отнесение к станкам первого класса. Направляющие рассчитываются исходя из сверхвысоких нагрузок, которые возникают при порезке труднообрабатываемых материалов большого диаметра. При натяжении пилы и в процессе резания возникают усилия, стремящиеся деформировать направляющие колонн, пильную раму и станину. Из-за этого появляется деформация пильной рамы, которая может передаваться на остальные части несущей системы станка. В процессе натяжения ленточной пилы и резки возникают силы, которые деформируют пильную раму и направляющие колонны. Это приводит к деформации, которая может передаваться на остальные части несущей системы станка. Типовой станок первого класса представлен на рис. 1.21.

Решение данной проблемы в станках первого класса возможно путем использования жестких сварных элементов в конструкции станка (балок, колонн, поперечин, кронштейнов) и призматических направляющих с линейными подшипниками, компенсирующих деформации. Кроме того, возможно увеличение диаметра цилиндрических направляющих, имеющих достаточную жесткость, чтобы воспринимать все усилия. При этом, относительный коэффициент жесткости направляющих должен составлять не менее 0,28. По степени автоматизации станки первого класса подразделяются на автоматические и полуавтоматические. Обязательные элементы таких станков: главный привод высокой мощности с регулировкой скорости в большом диапазоне, управление скоростью и подачей, устройство гидравлического натяжения полотна и ее контроль. Пила достаточной ширины, которая будет выдерживать высокие нагрузки, система очистки пилы и т.д. Наиболее часто используемые опции - система ЧПУ, которая отслеживает целый ряд параметров, таких как контроль перпендикулярности реза и увода пилы, высокоточная установка заготовок, принудительная автоматическая смазка узлов и пар трения. В целом, о станках первого класса можно говорить как о специальном отрезном оборудовании, которое характеризуется наиболее высокой стойкостью режущего инструмента и минимальной стоимостью одного реза.

Самыми часто встречающимися и популярными являются станки, относящиеся ко 2 и 3 классам. Станки 2 класса используются во всех производствах заготовительного типа (за исключением тех, где требуются станки 1 класса). Диапазон порезки у таких станков варьируется от цветных металлов, части жаропрочных сталей и легкообрабатываемых титановых сплавов до легированных и нержавеющих сталей. Конструктивно к данного класса станкам относят двухколонные (с относительным коэффициентом жесткости направляющих менее 0,28), одноколонные и консольного типа, где пильная рама закреплена шарнир-но. У консольных станков есть важное преимущество, заключающееся в возможности порезки заготовки под различными углами е оси. Это позволяет отнести данный тип станков к универсальному оборудованию. Однако пониженная мощность главного привода, меньшая жесткость и упрощенность конструкции на практике ограничивают использование таких станков. В основном они применяются порезки труб в размер, фасонного профиля и сплошного проката. Важным моментом является тот факт, что при резании сплошного проката, диаметр следует ограничить примерно 70-80 % от максимально допустимого размера обработки для данного станка (если пренебречь данным условием, то значительно понижается производительность, и самое главное ресурс оборудования). Обязательным отличием данного типа станков является принудительная подача пильной рамы при помощи гидравлического привода (в станках же третьего класса опускание пильной рамы производится под собственным весом, гидроцилиндр является только лишь поддерживающим), частотно регулируемая в большом диапазоне скорость пилы, регулировка подачи, контроль натяжения полотна, механизм очистки пилы. Данные станки по степени автоматизации бывают автоматические и полуавтоматические. На автоматических станках заготовка подается в зону резания при помощи гидравлических тисков, что обеспечивает точность позиционирования на уровне 0,1 мм. Отличительной особенностью станков данном класса является самый короткий срок окупаемости среди всех ленточнопильных станков. Данный факт позволил массово использовать станки такого типа на заготовительных участках машиностроительных заводов, и при производстве металлоконструкций. [92]. Типовой станок 2 класса представлен на рис. 1.22.

Теоретическое исследование звукового излучения направляющих ленточнопильных станков

Теоретические исследования, приведенные в данной главе учитывают виброакустические характеристики общей акустической системы ленточнопильных станков и их характерные особенности, такие как: параметры жесткости, диссипативные характеристики, технологические режимы резания и широкую номенклатуру геометрических параметров обрабатываемых заготовок. Фактически заложена основа инженерного расчета спектров шума в рабочей зоне операторов, что позволяет теоретически обосновать способы и конструкции системы шумо-виброзащиты. Выполнение санитарных норм шума при проектировании ленточнопиль-ных станков основано на том, что в левую часть выражений уровней звукового давления подставляются предельно-допустимые величины. Для выполнения санитарных норм шума на участках подобного оборудования предельно-допустимые величины уровней звукового давления искусственно уменьшаются на 4-5 дБ.(для условий одновременной работы и соответственно одновременного звукового излучения нескольких станков). Учтенная в аналитических зависимостях спектров шума диссипативная функция позволяет в ряде случаев обосновать способ снижения шума в самом источнике путем рационального подбора соответствующих вибропоглощающих материалов. Особо следует отметить тот факт что натяжение пилы изменяет спектр собственных мод колебаний. В связи с этим возникает задача определения величины натяжения пилы, что непосредственно влияет как на виброустойчивость процесса резания, так и резонансные частоты подсистемы “пила-направляющие”, исследования которых приведены в главе 4. 2.3 Выводы по главе

1. Теоретически идентифицированы разнохарактерные источники шума общей акустической системы ленточнопильных станков, включающих подсистему "режущий инструмент-заготовка", вертикальные направляющие, пильную раму, в значительной степени определяющие спектральный состав акустических характеристик в рабочей зоне операторов.

2. На основе моделей виброакустической динамики ленточнопильных станков получены аналитические выражения уровней звукового давления, создаваемого как отдельными элементами, так и всей системой станка. Данные выражения учитывают жесткостные, диссипативные, физико-механические и геометрические параметры всех элементов станка и приведены к виду, удобному к выполнению инженерных расчетов уровней шума на этапе проектирования.

3. Возможность теоретической оценки долевого вклада каждого отдельного источника в звуковое поле в рабочей зоне станка и является основой для выбора рациональных решений систем шумо-виброзащиты на этапе проектирования подобного

Расчеты уровней шума и вибрации исследуемых станков основываются на следующих допущениях: в производственном помещении звуковое поле диффузное, акустический сигнал широкополосный, источники звука излучают звуковую энергию одновременно, у источников акустическая мощность постоянная. Начиная с третьей октавы, а именно, с частоты со среднегеометрическим значением 125 Гц., для практических целей такие допущения позволяют получить достоверные результаты. Практически для всех типов круглопильных станков превышение санитарных норм наблюдается со среднегеометрической частоты 250 Гц., т.е. с четвертой октавы.

По условиям расположения станка в производственном помещении следует, что габаритные размеры у станка находятся на том же порядке, что и у производственного помещения. В связи с этим для рабочей зоны процесс шу-мообразования следует рассматривать для источников, расположенных в соразмерных помещениях. Зависимость для уровней шума в этом случае приведена к виду: X 4іЛ L = L +10lg ± + + 20lgr + 8, (3.1) p \2nr 2 В где Lp - уровни звукового давления источника шума, дБ; г - расстояние до рабочей зоны от источника, м; X - коэффициент, учитывающий влияние ближнего звукового поля и который принимается в зависимости от отношения расстояния между акустическим центром источника к линейному размеру источника;

В - постоянная помещения, 1/м2; \/ - коэффициент, который учитывает нарушение диффузности звукового поля. \i/ = 1-0,3— при 1 - 1,5 S S ш = 0,55 при — 1,5 S S - значение площади внутренней поверхности производственного помещения, м2. В _ aS S l-a, а - усредненное значение коэффициента звукопоглощения помещения. Для компоновки станка и рассматриваемой планировки выражение (3.1) приведено к виду: 0,12 1-1,3 а + r aS L = Lp +201g г + 101g + 14. (3.2) Исходя из условий определения зависимостей звукового давления источников шума объекта исследования будет производиться практический расчет спектров шума.

Звуковая энергия в акустической системе круглопильных станков излучается следующими источниками: оправкой и дисковой фрезой. В связи с этим в формуле (3.1) по принципу энергетического суммирования определяется звуковое давление: Lp =101g(A 100,1A +100ДАг j, (3.3) где L1 и L2 - уровни звукового давления, создаваемые фрезами и оправкой колесных пар (соответственно), дБ; кф - количество фрез на оправке. У рассматриваемых станков несущая система обладает значительной массой и виброустойчивостью. Кроме того данные станки отличаются достаточно простой кинематикой, обеспечивающей бесступенчатое изменение частот вращения в диапазоне 70–180 об/мин. Для таких значений частот вращения, излучение звуковой энергии корпусных и базовых деталей не вносит весомого вклада в звуковое поле в рабочей зоне станков. Однако, при значениях глубины резания до 8 мм., силовое воздействие принимает большие значения. Поэтому можно предположить, что акустическая подсистема «фреза – оправка» и является основным источником шума, фактически и создающим превышение уровней звукового давления над предельно-допустимыми величинами.

Вывод зависимостей скоростей колебаний фрезерной оправки

Экспериментальные исследования шумов и вибрации ленточнопильных металлорежущих станков проводились при проведении специальной оценки рабочих мест по условиям труда НПЦ "Охрана труда" в производственных условиях ЗАО “Элеваторстройдеталь" и АО "Нефтемаш" при отрезке заготовок, имеющих следующие профили: рельсы, прутки круглого диаметра, заготовки прямоугольного профиля, а также проката - швеллеров и уголков. Данная организация имеет аттестат аккредитации на право проведения работ по специальной оценке условий труда, подтвержденного областью аккредитации.

Для отрезных металлорежущих станков характерны значительный разброс технологических параметров обработки заготовок и, в первую очередь, глубины резания, подач на зуб пил, ширины пропила и числа зубьев. На деревообрабатывающих пильных станках производится порезка и раскрой заготовок из различных пород древесины при различных глубинах резания, подачах на зуб и количестве зубьев пил, а также износа зубьев пил, определяемых коэффициентом затупления пил.

Эти обстоятельства и определяют большую разницу в уровнях шума на рабочих местах операторов, что и показано в таблицах 4.5-4.7, поэтому в первой серии экспериментов определялось поэлементное влияние вышеуказанных параметров на изменения уровней шума. В этой серии экспериментов измерялись уровни шума при варьировании одного из параметров и неизменных значений остальных.

Для металлорежущих отрезных станков результаты теоретических и экспериментальных уровней шума приведены в табл. 4.4.

Величина подачи на зуб для ленточнопильных станков составляет 0,5-2 мм/зуб. Для круглопильных - 0,2-0,3 мм/зуб при обработке твердых лиственных пород; 0,3-0,5 мм/зуб для хвойных пород. 0,15-0,25 мм/зуб - стружечных плит.

Поэтому в предварительной серии экспериментов определялось влияние следующих параметров на изменение уровней шума (табл. 4.6.)

Поскольку санитарные нормы шума в рабочей зоне операторов отрезных станков должны быть выполнены для любых условий технологических процессов, то, в следующей серии экспериментов измерялись октавные уровни звукового давления и виброскорости для наиболее неблагоприятных акустических условий, для которых и следует проектировать системы шумозащиты с необходимой величиной акустической эффективности.

Разброс уровней звука составляет 86-89 дБА. Характерной особенностью является то, что на закономерности формирования спектров шума практически не влияет длина заготовки. Практически такие же уровни звука зафиксированы при отрезке проката. Максимальные значения составляют 89 дБА., что на 9 дБА., превышает санитарную норму. Незначительное влияние геометрических параметров отрезаемой заготовки на уровни шума позволяют предположить, что основными источниками излучения звуковой энергии является режущий инструмент и элементы несущей системы станка, такие как: вертикальные направляющие и пильная рамка. Закономерности формирования спектрального состава шума выполнен на примере наиболее акустически неблагоприятных технологических операций, т.е. отрезке уголков и швеллеров (рис. 4.1)

По результатам эксперимента видно, что превышение предельно-допустимых значений происходит в интервале частот 250-8000 Гц. Наглядно проявляются пиковые значения на частотах 500 и 2000 Гц. и составляют 89 и 85 превышение составляет 14 дБ. В высокочастотной части 4000 -8000 Гц. спектра интенсивность звукового излучения распределяется равномерно. Уровни звукового давления достигают 81 дБ., что превышает санитарную норму на 12 дБ. Результаты измерений показали что, спектры шума имеют неблагоприятный характер, т.к. наиболее интенсивные составляющие расположены в высокочастотной области [197].

При проведении дальнейших экспериментов измерялись уровни вибрации на элементах несущей системы станка, таких как вертикальные направляющие и пильная рама. Результаты измерений вибрации приведены в табл. 4.8.

Отрезаемая часть справа 0.73 0.89 8 Отрезаемая часть сверху 1.34 1.44 9 Основная часть сверху 0.72 0.94 Максимальные значения виброускорения зафиксированы на кронштейне правой направляющей и головке левой направляющей. Величины виброускорений на головках направляющих в 1.4 раза больше , чем на кронштейнах. На верхней направляющей величина виброускорений в 2.5 раза меньше, чем на кронштейнах. Минимальные величины виброускорений зафиксированы на заготовке.

Данные экспериментов подтвердили правильность теоретических выводов у доминирующих источников шума элементов несущей системы станка. [197].

Измерение уровней вибрации на рабочем месте операторов показали, что они намного ниже предельно-допустимых величин. На рис. 4.2-4.4. представлены уровни вибрации на корпусных и базовых деталях ленточнопильного станка.

Уровни виброскорости станины не превышают 78 дБ., Характер спектра вибрации характеризуется снижением уровней по мере увеличения частоты. Снижение уровня виброскорости составляет 2-3 дБ., на октаву в области низких и средних частот. В области высоких частот уменьшение уровня виброскорости на октаву достигает 5 дБ. (рис. 4.2).

Исследование деформации и потери устойчивости ленточной пилы в зоне резания

Для снижения интенсивности звукового излучения и вибрации до санитарных норм, было разработано и запатентовано комплексное устройство, состоящее из шумо-виброгасителя, который служит как дополнительные опоры пилы (пила в данном случае представляет собой систему нескольких излучателей, у которых размеры существенно меньше) с элементами из металла и ка-пролона, материала с высокими гасящими свойствами при помощи которого снижается интенсивность звукового излучения пилы т.е. в самом источнике возникновения излучения звуковой энергии, и самоустанавливающиеся направляющих, уменьшающих увод и снижающих нагрузку на пилу. В результате происходит уменьшение износа и повышение стойкости режущего инструмента.

Разработанное устройство, внедряемое в узел резания, дает возможность снизить шум при работе ленточнопильных станков до санитарных норм, а за счет значительного снижения вибрации повысить точность, качество процесса резания и стойкость режущего инструмента.

Разработанное устройство гашения шумов и вибрации (представлено на рис. 6.1) состоит из дисков натяжного (2) и приводного (3) которые устанавливаются на пильной раме (7), направляющих пилы (6), разворачивающие пилу (1) непосредственно в зоне резания перпендикулярно плоскости заготовки, а также капролоновых 4 и металлических (5) роликов.

Технический результат применения данного устройства – снижение интенсивности звукового излучения пилы, непосредственно в самом источнике ее возникновения, что позволяет в процессе эксплуатации ленточнопильных станков снизить шум до санитарных норм и повысить точность процесса резания и стойкость режущего инструмента за счет значительного снижения вибрации (на заготовке в 6 раз и в 10-14 раз на направляющих).

Станок, оснащенный таким устройством, работает следующим образом. В процессе работы установленная на пильной раме (7) ленточная пила (1), приводимая в движение от приводного диска (3) и натянутая при помощи натяжного диска (2), в зоне резания предварительно разворачивается металлическими роликами (5), которые вращаются вместе с пилой и гасящие вибрацию перед направляющими (6). Далее, развернувшись строго в плоскость подачи, пила проходит через направляющие. Направляющие выполнены в виде единого блока с капролоновыми роликами (4), взаимно обкатывающимися с пилой и вращающимися за счет ее движения. В самом источнике возникновения происходит снижение звукового давления за счет высоких демпфирующих свойств ка-пролона, имеющего низкий коэффициент трения и поглощающего ударные нагрузки при этом доступного, экологически чистого и долговечного материала.

В состав самоустанавливающихся направляющих входят: сборные вертикальные (5) и горизонтальные пластины (7), которые выполнены из твердого сплава, а также пружины (8), обеспечивающие установку сборных вертикальных пластин на пилу (4) и ее демпфирование. Общий вид самоустанавливающихся направляющих представлен на рисунке 6.2.

В результате происходит снижение нагрузки на пилу и уменьшение ее увода, что и приводит к повышению стойкости режущего инструмента.

Работа станка, который оборудован самоустанавливающимися направляющими, осуществляется следующим образом. Ленточная пила (4), приводимая в движение приводным диском (3) и натянутая натяжным диском (2), в процессе работы в зоне резания предварительно разворачивается металлическими роликами, которые вращаются вместе с пилой и также гасящие вибрацию перед направляющими. Далее, развернувшись строго в плоскость подачи, пила проходит через направляющие (6). Конструктивно направляющие изготовлены так, чтобы обеспечить минимальный зазор между пилой и вертикальными пластинами (5), которые выполнены сборными. Для повышения устойчивости процесса резания в конструкцию введена горизонтальная пластина (7), поддемпфированная пружиной (8). Следствием внедрения в конструкцию станка данных направляющих происходит повышение точности и качества процесса резания, а также износостойкости пилы.

Параметры устройства были рассчитаны исходя из изначального выполнения санитарных норм шума на основе теоретических исследований, (Разница между теоретическими и экспериментальными величинами не превышает 3 дБ, что показано на рис.6.6).

При установке шумо-виброгасителя спектр шума до пятой октавы по характеру идентичен в низко- и среднечастотной области со среднегеометрической частотой 500 Гц.

Уровни звукового давления в первой и второй октавах практически не изменились. В октавах с третьей по пятую уровни звукового давления уменьшились на 8-9 дБ.

Уровень звукового давления в пятой октаве удалось понизить на 10 дБ и довести его до предельно-допустимого значения. В шестой октаве фактически уровень звукового давления не изменился. Превышение над нормативом составило 2-3 дБ, что можно сравнить с точностью измерительной аппаратуры.

Спектр шума при установке виброгасителя в области частот выше 1000 Гц. претерпевает существенные изменения, можно увидеть уменьшение уровня звукового давления до предельно-допустимых значений. Снижение уровней шума составило 12-14 дБ. В табл. 6.2. приведены результаты замеров вибрации до и после установки шумо- и виброгасителя.