Введение к работе
Актуальность темы. Статистические данные профессиональной заболеваемости на предприятиях и в организациях агропромышленного комплекса России свидетельствуют о том, что в большинстве случаев условия труда работников не отвечают современным требованиям по показателям вибрационной безопасности. Интенсивность локальной вибрации на органах управления виброактивных машин и технологического оборудования, как правило, превышает предельно допустимый уровень. Вредные и опасные условия труда ведут к росту профессиональной заболеваемости, ухудшению здоровья трудовой части населения.
В организациях агропромышленного комплекса по обработке шкур и изготовлению из них товаров, которые используются в различных отраслях экономики, применяются передвижные раскройные машины с прямым вертикальным ножом. Данные машины относятся к классу наиболее виброактивных и виброопасных ручных машин. На здоровье операторов оказывают отрицательное воздействие не только повышенные уровни локальной вибрации, но и постоянное напряжение мышц и костно-суставной системы рук, длительные контакты с вибрирующей рукояткой, повышенные уровни шума. Неуравновешенность вращающихся частей кривошипно-ползунного механизма машины является главной причиной ее повышенной виброактивности. Именно вследствие этого корпус машины воспринимает дополнительные (не связанные с процессом разрезания материала) динамические реакции. На основании данных прикладной теории виброзащитных систем можно утверждать, что условия труда операторов ручных машин по параметрам локальной вибрации можно существенно улучшить за счет использования эффекта динамического гашения. При реализации метода динамического гашения возникают определенные проблемы, которые обусловлены сложностью математического описания ручных машин как виброактивных систем с распределенными параметрами упругодемпфирующих звеньев и отсутствием специализированных и научно-обоснованных методик их расчета и проектирования. Для инженеров проектировщиков необходимы четкие рекомендации, которые позволили бы им использовать итоговые результаты решения сложных задач динамического гашения вибрации на основе апробированных алгоритмов расчета и соответствующего программного обеспечения. Все это и определяет актуальность выбранного направления исследования.
Цель работы — улучшить условия труда операторов раскройных машин по показателям локальной вибрации в организациях агропромышленного комплекса.
Задачи исследования:
1. Обосновать расчетную схему и математическую модель раскройной машины как виброактивного динамического объекта;
2. Разработать методику и программы расчета вибрации на рукоятке от
динамических реакций в системе «корпус - кривошипно-ползунный
механизм»;
3. Установить влияние динамического гасителя на показатели
вибрационной безопасности оператора посредством аналитических методов
расчета, численного моделирования и экспериментальных исследований;
4. Разработать рекомендации по снижению виброактивности раскройной
машины посредством использования средств динамического гашения
вибрации.
Объектом исследования является передвижная раскройная машина с динамическим гасителем.
Предмет исследования — это вибрационные процессы на рукоятке раскройной машины, которые формируются под воздействием неуравновешенных вращающихся частей кривошипно-ползунного механизма и динамического гасителя.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе классических методов расчета вибрации систем с распределенными параметрами и сосредоточенными массами. Использовались методы аналитической механики, математического моделирования и численного решения уравнений. При проведении экспериментальных исследований применялась стандартная методика измерений вибраций.
Достоверность результатов обеспечивается соответствующим выбором расчетных моделей, использованием адекватного математического аппарата, современной вычислительной техники и программного обеспечения, а так же подтверждается соответствием аналитических результатов данным эксперимента.
Научная новизна:
-
Разработана уточненная расчетная схема и математическая модель раскройной машины как виброактивного динамического объекта с распределенными параметрами упругодемпфирующего стержня и сосредоточенной массой;
-
Разработаны методика и программа расчета вибрации на рукоятке раскройной машины от динамических реакций в системе «корпус — кривошипно-ползунный механизм» в зависимости от скорости вращения кривошипа;
-
Получены данные аналитических расчетов, численного моделирования и экспериментальных исследований, которые позволяют оценить влияние динамического гасителя на показатели вибрационной безопасности оператора;
-
Разработаны рекомендации по настройке динамического гасителя, при которых обеспечивается существенное снижение виброактивности раскройной машины.
На зашиту выносятся:
1. Теоретически обоснованная расчетная схема и математическая модель раскройной машины как виброактивного динамического объекта;
-
Методика расчета вибрации на рукоятке раскройной машины от динамических реакций в системе «корпус — кривошипно-ползунный механизм»;
-
Результаты аналитических расчетов, численного моделирования и экспериментальных исследований, которые позволяют оценить влияние динамического гасителя на показатели вибрационной безопасности оператора;
4. Предложенные технические решения по конструкции динамического
гасителя и рекомендации по его настройке, которые позволяют существенно
снизить виброактивность раскройной машины.
Практическую значимость работы составляют: математическое описание раскройной машины как виброактивного динамического объекта с учетом упругодемпфирующих и инерционных свойств распределенных параметров и влияния сосредоточенной массы; методика, алгоритмы и программа расчета параметров вибрации на рукоятке раскройной машины на основе решения в рядах системы дифференциальных уравнений в частных производных; методика оценки вибрационной безопасности операторов раскройной машины с динамическим гасителем вибрации; конструкция динамического гасителя и рекомендации по настройке его параметров, при которых проявляется эффект динамического гашения вибрации.
Результаты исследований используются при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, которые связаны с разработкой перспективных и модернизацией существующих раскройных машин.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах:
-
Всероссийская научная конференция «Нелинейные колебания механических систем». - Н. Новгород: НГТУ, 2005 г.;
-
Научно-техническая конференция «Вибрационные машины и технологии». - Курск: КГТУ, 2005 г.;
-
Международный научный симпозиум «Ударо-вибрационные системы, машины и технологии», - Орел: ОрелГТУ, 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ и получен патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, общие выводы, список литературы из 107 наименований и три приложения. Основной текст изложен на 118 страницах и включает 29 рисунков и 15 таблиц.
