Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из важнейших отраслей народного хозяйства является машиностроение. В настоящее время растёт производство технологических машин различного функционального назначения, в том числе и тех, в конструкциях которых имеются узлы колёсных пар (мостовые и козловые краны, электровозы, тепловозы, путевые дрезины и т. д.).
Следует отметить, что современные требования к колёсным парам, в особенности, локомотивов постоянно ужесточаются, что связано с повышением скорости их передвижения и грузоподъёмности.
Как следует из известных источников, срок эксплуатации колёсных пар
зачастую не достигает запланированных пределов, что вызывает
необходимость увеличения масштабов их производства, а также более частого проведения трудоёмких ремонтных работ.
К поверхности катания узлов колёсных пар предъявляется комплекс технологических требований по параметрам геометрической точности, шероховатости и износостойкости. В настоящее время поверхности катания обрабатываются лезвийным инструментом на колесотокарных и колесо-фрезерных станках. Эти методы не обеспечивают упрочнения обработки поверхности и, следовательно, требований по износостойкости.
В отрасли предпринимаются попытки по внедрению в технологический процесс изготовления колёсных пар методов упрочнения, способствующих значительному повышению сроков их службы. Одним из известных методов поверхностного упрочнения деталей машин, имеющих сложную форму, является шарико-стержневое упрочнение.
В данной работе рассматривается процесс шарико-стержневого упрочения деталей узлов колёсных пар. Серьёзным недостатком процесса шарико-стержневого упрочения является то, что уровни шума в рабочей зоне операторов намного превышают санитарные нормы.
Цель работы заключается в улучшении условий труда операторов при шарико-стержневом упрочнении деталей узлов колёсных пар за счёт снижения уровней звукового давления до санитарных норм.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Теоретически исследовать закономерности формирования спектров
шума при шарико-стержневом упрочнении деталей узлов колёсных пар.
2. Провести экспериментальные исследования спектров шума при
упрочнении поверхностей катания узлов колёсных пар.
3. Провести экспериментальные исследования спектров вибраций
элементов несущей системы специальных станков и упрочнителя.
4. Идентифицировать источники виброакустической эмиссии, создающие
превышения уровней звукового давления над предельно-допустимыми
значениями.
5. Разработать конструкции систем снижения уровней шума в
соответствии с выполнением санитарных норм в рабочей зоне операторов
оборудования, на котором реализуется технологический процесс шарико-стержневого упрочнения деталей узлов колёсных пар.
Объектом исследования являются виброакустические характеристики процесса шарико-стержневого упрочнения элементов узла колёсных пар и их влияние на уровни шума в рабочей зоне операторов.
Предметом исследования являются закономерности формирования спектров вибрации и шума оборудования технологического процесса шарико-стержневого упрочнения деталей узлов колёсных пар.
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.
Научная новизна работы:
1. Разработаны модели виброакустической динамики акустической
системы процесса шарико-стержневого упрочнения деталей узлов колёсных
пар, позволяющие идентифицировать источники шума, создающие превышения
уровней звукового давления в рабочей зоне операторов над санитарными
нормами.
-
Установлена взаимосвязь между спектральным составом вибраций и шума с параметрами технологического процесса, способом установки узлов колесных пар, их геометрическими и физико-механическими характеристиками.
-
Получены аналитические зависимости уровней звукового давления, создаваемых элементами узлов колёсных пар и упрочнителем, что позволяет на этапе проектирования технологического процесса шарико-стержневого упрочнения теоретически обосновать конструкцию системы шумозащиты в соответствии с предельными спектрами в рабочей зоне операторов.
Теоретическая значимость работы заключается в создании комплекса теоретических моделей формирования шумовых характеристик, на основе которых разработана методика обеспечения акустической безопасности и конструкция устройств для снижении шума как за счет звукоизоляции зоны обработки, так и за счет увеличения диссипативных характеристик самих источников.
Практическая значимость работы. Предложены и теоретически обоснованы конструкции системы снижения шума при шарико-стержневом упрочнении деталей узлов колёсных пар. Конструкции систем снижения шума разработаны для двух вариантов компоновки специальных станков. Эффективность в снижении шума обеспечивается как звукоизоляцией зоны обработки, так и увеличением диссипативных характеристик самих источников.
Научные результаты, выносимые на защиту:
1. Модели виброакустической динамики при процессе шарико-стержневого упрочнения деталей узлов колёсных пар
-
Аналитические зависимости уровней звукового давления, создаваемых при обработке ШСУ общей акустической системой узла и его отдельными элементами, а также упрочнителем.
-
Результаты экспериментальных исследований спектров шума.
-
Результаты экспериментальных исследований распределения вибраций несущей системы специальных станков, на которых реализуется технологический процесс.
5. Конструкции систем снижения шума, их акустическая эффективность.
Методологической базой исследований является определение
закономерностей формирования акустических характеристик при шарико-стержневом упрочнении деталей узлов колесных пар.
Теоретической базой исследований являются теоретические основы промышленной акустики, теория колебания технологических систем с распределенными параметрами.
Эмпирическая база исследований основана на современных методах исследований процессов формирования шума и вибраций, методике специальной оценки условий труда на рабочих местах, а также статистических методах оценки достоверности полученных экспериментальных результатов.
Достоверность результатов. Достоверность приведённых 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, а также результатами промышленной апробации устройств для снижения шума до нормативных значений. 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.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международной научной конференции «Механика и трибология транспортных систем», г. Ростов-на-Дону, 2016 г. и XIV Международной научно-практической конференции «Современные технологии: актуальные вопросы, достижения и инновации», г. Пенза, 2018 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Общий объем работ составляет 39 страниц, в том числе доля соискателя 27 страниц.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы из 104 наименований, имеет 37 рисунков, 19 таблиц и изложена на 111 страницах машинописного текста. В приложение вынесен акт испытаний в Вагонном ремонтном депо Батайск АО «ВРК-1».