автореферат диссертации по , 05.06.02, диссертация на тему:Акустическая диагностика технического состояния лесопильных рам

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Исходные положения

1.2. Существующие методы определения и оценки технического состояния лесопильных рам

I.2.I. Критерии технического состояния лесопильных рам и их оценка.

1.3. Теоретические и экспериментальные исследования виброакустических характеристик лесопильных рам

1.3.1. Оценка виброакустических сигналов кинематической структуры лесопильных рам

1.3.2. О возможности использования виброакустических методов диагностики технического состояния

1.4. Выводы.

1.5. Задачи исследования.34;

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К АКУСТИЧЕСЮЙ ДИАГНОСТИКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЙ ЛЕСОПИЛЬНЫХ РАМ.

2.1. Основные теоретические положения акустической диагностики.

2.2. Акустическая структура лесопильных рам

2.3. Теоретические предпосылки моделирования звуковых колебаний лесопильных рам

2.3.1. Общие уравнения колебаний лесопильной рамы под воздействием внешней нагрузки.

2.3.2. Продольные колебания пильной рамки

2.3.3. Поперечные колебания пильной рамки

2.3.4. Крутильные колебания пильной рамки

2.3.5. Энергия колебаний пильной рамки.

2.4. Характеристика виброакустических сигналов лесопильных рам как информативных признаков.6Е

2.5. Представление акустических сигналов лесопильных рам и их анализ.

2.6. Теоретическое определение связи акустических сигналов с параметрами технического состояния лесопильных рам.

2.6.1. Зазоры в узле ползун-направляющие.

2.6.2. Слабина в подшипниковых узлах шатуна

2.7. Выводы.

3. МЕТОДИКА. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Выбор метода планирования экспериментов

3.1.1. Дополнительная оценка параметров диагностирования.

3.1.2. Количественная оценка диагностических признаков лесопильных рам.

3.1.3. Планирование экспериментальных исследований

3.2. Селекция виброакустических сигналов лесопильных рам.

3.3. Методика определения виброакустических характеристик лесопильных рам.

3.4. Выбор измерительной аппаратуры

3.5. Экспериментальная установка и подготовка ее к работе.

3.6. Оценка диагностического тракта частот

3.7. Анализ точности обработки результатов акустических испытаний с использованием вероятностных представлений о природе шумообразования

4. РЕЗУЛЬТАТЫ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ЛЕСОПИЛЬНЫХ РАМ И ИХ ОБОБЩЕНИЕ.

4.1. Проверка акустической структуры лесопильных рам

4.2. Определение формы связи акустических сигналов с диагностируемыми параметрами технического состояния лесопильных рам

4.3. Тесты локальной системы акустической оценки технического состояния лесопильных рам

4.3.Г. Амплитуда колебаний направляющих пильной рамки.

4.3.2. Смазка н узле ползун-направляющие

4.3.3. Ь&диальный зазор в подшипниковых узлах шатуна и их смазка.

4.3.4. Перекосы направляющих и вертикальность перемещения пильной рамки

4.3.5. Ослабление крепления крышек подшипниковых узлов шатуна и ползунов пильной рамки

4.4. Оценка шумообразования при изменении скорости вращения коренного вала.

4.5. Общая система акустического диагностирования лесопильных рам и ее автоматизация.

4.6. Выводы.

5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ

АКУСТИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ЛЕСОПИЛЬНЫХ РАМ.

5.1. Е&счет полного экономического эффекта от внедрения системы акустического диагностирования лесопильных рам.

5.2. Б&счет эффективности применения системы акустического диагностирования лесопильных рам

ЗАКЛШЕНИВ.

В материалах ХХУ1 съезда КПСС перед наукой и. техникой ставится задача ". повышение качества, надежности, экономичности и производительности, снижения шума и вибрации машин, оборудования и других изделий машиностроения, снижение их. материалоемкости и энергопотребеленияЭта задача в полной мере относится к* лесопильно-деревообра-батывающей промышленности и, в частности, к лесопильным рамам - преобладающему типу бревнопильного оборудования.

Отличительной особенностью лесопильных рам является возможность их применения для массовой распиловки пиловочного сырья разных древесных пород и размеров. В промышленности установлено более 100 тыс. лесопильных рам, в том числе около 8 тыс. двухэтажных. Однако, несмотря на возможность замены их другим брев-нопильным оборудованием, по производительности и качеству распиловки лесопильные рамы занимают ведущее место.

Эффективность применения лесопильных рам, как: и другого деревообрабатывающего оборудования, во многом зависит от их надежности. Последняя определяется техническим состоянием узлов, механизмов и конструкции машины в целом. Указанное влечет за собой необходимость контроля технического состояния лесопильных рам и обеспечения на этой основе их высокой эксплуатационной надежности.

Основными методами определения технического состояния лесопильных рам в настоящее время являются субъективные методы оценки необходимости вывода их в ремонт, или методы, основанные на статистическом исследовании износа в конструктивных узлах. Используемые методы и приемы приводят к значительным простоям иаварийным поломкам. По данным эффективность использования лесопильных рам из-за простоев снижается на 30.40 %. Кроме того, согласно[Л, 4] норматив межремонтного обслуживания на одного рабочего в смену составляет 200.350 единиц ремонтосложности. Указанное свидетельствует, что надежность; этих методов не высока, значительна их трудоемкость. Отсюда возникает необходимость разработки более эффективных методов оценки технического состояния. Такими методами могут быть виброакустические методы диагностики технического состояния, ранее не применявшиеся при; эксплуатации лесопильных рам.

Изучение и анализ акустического режима лесопильных рам убеждает в правомерности постановки такой задачи и в необходимости проведения специального исследования с разработкой методов акустической диагностики их технического состояния и его автоматизации, что обеспечило бы непосредственно практический результат. Основанием к этому служит достаточно высокая мощность акустических сигналов лесопильных рам, а также их связь с кинематикой отдельных механизмов, возможностью разделения составляющих общего шума машины.

Установление связи между уровнем акустической мощности и усилиями взаимодействия в кинематических парах при различных нагрузках явится дополнительным материалом к диагностике.

Практическая реализация работы предполагает разработку алгоритмов для определения технического состояния лесопильных рам на основании установленных виброакустических характеристик.

4.6.* Выводы

1. Экспериментально подтверждена акустическая структура лесопильных рам, установлена неравнонаправленность, акустических: излучений (ПН= -2.+3,5 дБ), определена однородность среды распост ранения.

2. Доказано, что связь параметров технического состояния лесопильных рам с акустическим сигналом корреляционная. Линейность этой зависимости указывает на возможность использования для постановки акустического диагноза, кроме коррелограмм шума, уравнения регрессии. О существенности силы связи, значительном превышении сигнала над помехой, указывают коэффициенты корреляции, равные 0,66.О,99. Определен вклад параметров технического состояния в общий шум лесопильной рамы (0,4.0,98).

3. Идентичность условий шумообразования, отсутствие новых частотных проявлений на спектрограммах, механическая природа шумообразования служат основанием для акустической аналогии, источни ков лесопильных рам РД и ЕЕ.

4. !&зработана общая система акустического диагностирования лесопильных рам. Диагноз технического состояния рекомендуется осуществлять сравнением коррелограмм шума при нормативных, значениях параметров технического состояния с текущими их. значениями. Критериями оценки, технического состояния лесопильных рам при ускоренном спотбе представления акустической информации, является соответствие приростов интенсивности акустических сигналов при фиксации, начальных их величин от нормативных и текущих значений параметров технического состояния.

5i РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ. СИСТЕМЫ АКУСТИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ. ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ. ЛЕСОПИЛЬНЫХ ММ

5?,1. Вючет полного экономичестго эффекта от внедрения системы: акустического, диагностирования лесопильных, рам

Внедрение системы акустического диагностирования направлено на снижение трудозатрат при кантроле технического состояния лесопильных. рам, сс&здание: более приемлимых: для. работающих, акустических условий работы, уменьшение уровня профессиональной заболеваемости. Поэтому экономический эффект достигается снижением себестоимости продукции; лесопиления за счет повышения производительности труда в результате улучшения санитарно-гигиенических условий в цехе, а снижение вредного воздействия шума на.:рабояих. является основой социального эффекта.

Исходными документами для расчета величины социально-экономического эффекта являются действующие, санитарные и гигиенические нормы ССН 245-75, ГН 1004-73), а также [ W3] .

Использование системы акустического диагностирования на предприятии 769 г.Львова МО СССР позволило снизить сибщий уровень шума от работы лесопильной рамы на 6 Д)БА, в результате чего сократились потери рабочего; времени по временной нетрудоспособности и повысилась производительность труда.

Исходные данные для расчета : I. Уровень производственного шума до внедрения системы, акустического диагностирования 98 дЕА.

2. Среднесписочная численность работающих, чел. 804 в т.ч. в лесопильном цехе, чел. 1X9 из них на участка работы у лесопильных рам, чел. 15,

3. Потери рабочего времени по временной нетрудо;-способности в связи с; травматизмом и профессиональной заболеваемостью за расчетный период:

- до внедрения, дни 65

- после внедрения, дни 50

4. Годовой фонд рабочего времени, работающего, дни 229

5. Продолжительность смены, мин 48Q

6. Удельный вес продукции, данного цеха в общем сибьеме продукции предприятия, % ЕЕ,6

7. Себестоимость годового выпуска продукции, руб 960 800

8. Удельный вес условно-постоянных расходов в себестоимости, % 8

9. Среднегодовая зароботная плата рабочего; без учета выплат из ФМП, руб 1748,4

10. Текущие затраты на разработку и внедрение акустических средств диагностирования, руб 2900

11. Выработка товарной продукции в смену на одного рабочего, руб 24,33

12. Относительный размер прибыли на один рубль товарной продукции 0,1

13. Исходы профсоюзной организации на восстановление здоровья работников, руб 500

Экономия рабочего времени определяется выражением.:

Зт -[[-1гЙо1° >ЛТ]РС1< од) где и 22 - нормативное время на отдых, выраженное в %% от оперативного времени, соответственно до и после внедрения; Ьо - оперативное время за смену в мин; Ьй - непроизводительные затраты рабочего времени: в смену в связи с. повышенным уровнем шума, час;

Фф - фактический годовой фонд рабочего времени одного рабочего;, дней; - сокращение целодневных, потерь времени по временой нетрудоспособности в расчете на I рабочего, дней; Т - продолжительность смены, час;

Тем - численность рабочих, для которых, данные непроизводительные затраты сокращены, чел.

Зт=isfl10'8-3 435 + 0,5) 229 + 81 =3690 час=512 смен

U 100^60 / 60 J

Всгожагательные расчеты сведены в таблицу 5.1,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты выполненной работы позволяют сделать основные выводы и дать практические рекомендации,

1. Установлено, что существующие методы определения технического состояния лесопильных рам сложны, обладает трудоемкостью,, невысок кой надежностью, требуют остановки машины. ]&нее акустическая оценка технического состояния лесопильных рам не проводилась.

2. Определены интенсивность шума, основные причины и источники, вибро- и шумоактивности лесопильных рам. Их оценка и анализ критериев технического состояния позволили в качестве механизма, в основном определяющего техническое состояние лесопильной рамы принять механизм резания.

3. Исследованиями доказано, что оценка параметров технического состояния лесопильных рам акустическими методами возможна. В качестве акустической характеристики и режима работы рекомендуется уровень звукового давления при работе лесопильной рамы вхолостую.

4. Составлена акустическая структура лесопильных рам. Определены аналитические выражения поперечных, продольных и крутильных колебаний пильной рамки. На их основе получена и апробирована на ЗВМ акустическая модель лесопильной рамы.

5. Установлена неравнонаправленность и оценена информативность акустического излучения лесопильных рам. Исходя из вероятностных закономерностей шумообразования акустическая информация представлена в виде корреляционных функций и уравнений регрессии. Доказано, что процесс шумообразования лесопильной рамы носит периодический, импульсный и стационарный характер, а распределение акустических сигналов подчиняется нормальному закону. Осуществлен выбор времени диагностирования с) и времени фиксации акустического сигнала (0,25 с), обоснован частотный диапазон работы диагностической аппаратуры (IQ0.3I50 Гц). При этом теснота связи параметров технического состояния с акустиг-ческим сигналом составляет 0,66.0,99, при доле их шумоактивности 0,4.0,9.Превышение сигнала над помехой находится в пределах 66.99 %, Обнаружен сдвиг времени проявления акустических сигналов на коррелограммах, характеризующий отклонение параметров технического состояния от их нормативного значения.

6. Дисперсионным анализом установлено влияние зазора в направляющих пильной рамки и смазочного материала на шумоактивность лесопильной рамы. Наиболее эффективными по признаку шумоглуше-ния (до 5 дБ) являются машинные масла СУ и С. Увеличение зазора в направляющих характеризуется ростом интенсивности шума на 8.10 дБ.

7. Установлена закономерность связи параметров технического состояния с амплитудными значениями и огибающими акустического спектра. Так, увеличение перекоса верхних направляющих по направлению подачи приводит к росту интенсивности шума на 12.67$. Смазка (ЦИАТИМ-201) верхнего подшипника шатуна при нормативных радиальных зазорах снижает уровень шума до 14 %. Увеличение радиального зазора нижнего подшипника приводит к росту уровня звукового давления на 66 %. Интенсивность: шума нижнего подшипника шатуна выше верхнего.

7. Доказана акустическая аналогия лесопильных рам различных типов. Варьированием частоты вращения коренного вала выявлена механическая природа шумообразования, а отсутствием новых частотных проявлений на спектрограммах шума доказана однородность, среды его распространения. Максимумы интенсивности шума при т

П =150; 335; 600 мин соответствуют частоте вращения коренного вала.

8, В результате исследований разработана общая система акустического диагностирования технического состояния лесопильных рам, составлен и апробирован пакет начальных тестов диагностирования их технического состояния, алгоритм расчета значений корреляционных функций.

Предложены конструкции нового типа лесопильной рамы с пониженной шумоактивностью, устройства для балансировки валов, роторов . Экономический эффект от внедрения системы диагностирования составил 7,3 тыс.руб. при сокращении времени контроля технического состояния в 10 раз.

1. МАТЕРИАЛЫ ХХГС СЪЕЗДА КПСС. Киев.: Политиздат Украины,1981. 262 с.

2. АНИКИН И.В. Показатели, использования оборудования в лесопильном производстве. 1.: ЛЛТА имени С.М.Кирава, 1965, - 62 с

3. Сбавочник; механика лесопильно-деревообрабатывакщего предприятия. Под ред. Иваншцева Ю.П. М.: Лесная промышленность, 1980, - 328 с.

4. Единая система планово-предупредательного ремонта технологического оборудования лесопильных и деревообрабатывающих предприятий. М.: ВНИИДМАШ, 1974.

5. Справочник по технической акустике. Пер. с нем. Под ред. М.Хекла и Х.А.Мюллера. Л.: Судостроение, 1980. - 440 с.

6. АРТОБОЛЕВСКИЙ И.И., ВОБРОВНИЦКИЙ Ю.И., ГЕНКИН М.Д. Введение в акустическую динамику машин. М.: Шука, 1979. - 296 с.

7. АМАЛИЦКИЙ В.В., КОМАРОВ Г.А. Монтаж и эксплуатация деревообрабатывающего оборудования. М.: Лесная промышленность,1982. 336 с.

8. МИХАЙЛОВ А.П., ДРУЖИН. И.С. Надежность двухэтажных лесопильных рам. Деревообрабатывающая промышленность, 1983, №11.

9. БАБУШКИН И.Н., СЕРОВ А.В. Техническая эксплуатация и ремонт оборудования лесопромышленных предприятий. М.: Лесная промышленность, 1971. - 264 с.

10. ГОСТ 16415-70. &мы лесопильные вертикальные двух этажные для распиловки бревен и брусьев. Нормы точности.

11. ЛАШМАЯОВ В.И., ПЛАСТОВ Е.§. Выверка лесопильных рам. М.: Лесная промышленность, 1971. - 65 с.

12. КУЧЕРОВ И. К. Ремонт лесопильных рам. М.: Лесная промышлвннасть, 1963. 172 с.

13. ЛАПИН П.И. Справочник: по монтажу, эксплуатации и. ремонту оборудования лесопильных и деревообрабатывающих, предприятий.- М.: Гослесбумиздат, 196!. 480 а.

14. ВЫЗОВ В.И., ИВАНИЩЕВ Ю.П. Надежность лесопильного оборудования. М.:Лесная промышленность, 1972. - 128 с.

15. АМАЛИЦКйЕ В.В. Шжежность деревообрабатывающего оборудования. М.: Лесная^ промышленность, 1974. - I6Q с.

16. ШЕЙНОВ И.И. Технический брак и предельно-долустимые износы лесопильного оборудования (лесопильные рамы). Научный отчет ЛЛЖ им.С.М.Кирова, 1965.

17. Вибрации в технике: Справочников бгти т./Вэд. совет1: Челомей В.Н. Спред.). М.: Машиностроение, 1981.

18. ГОСТ 23941-79 /СТ С SB 541-77/ Шум. Методы определения шумовых характеристик. Общие требования.

19. ГРИНЬКОВ В.П. О шумообразовании лесопильных рам. Деревообрабатывающая промышленность, I97E,

20. ЧИЖЕВСКИЙ М.П., ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Снижение шума при, механической обработке древесины. М.: Лесная промышленность, 1975. - 152 с.

21. ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Причины возникновения шума при работе лесопильных рам. Тезисы доклада, ВНИИДМАШ-УкрНИИМОД, 1973.

22. ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Акустическая мощность двухэтажных лесопильных. рам. Лесной журнал, 1974, №3.

23. ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Исследование причин и закономерностей шумообразования леоопильных рам. Труды УЛТИ, вып.29.

24. ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Улучшение шумовых характеристик лесопильных рам. (Обзорная: информация). М.: 1975. - 32 с.

25. ЧЕРЕМНЫХ Е.Н. Акустический расчет лесопильных, рам. Деревообрабатывающая промышленность, 1975, №10.26* ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Возникновение ударного шума в узлах, ползун-направляющие лесопильной рамы. Сборник НИИМАШ. М.: 1976,, №9.

26. ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Глушители шума для лесопильной рамы. Сборник НИИМАШ. М.: 1976, №9.

27. ЧЕРЕМНЫХ Н.Н. Совершенствование конструкций двухэтажных лесопильных рам с целью снижения шума. Дис.к.т.н.- Львов.: 1980.

28. САННИКОВ А.А. Пути снижения колебаний лесопильного оборудования. М.: Лесная промышленность, 1980. - 16.0 с.

29. Филькевич В.Д. Динамика лесопильных рам. М.: Хесная промышленность, 1968. - 240 с.

30. МАЛАХОВ И.К. 1&счет, конструирование, производство и эксплуатация лесопильных рам. М.: Лесная промышленность, 196.5.- 4.40 с.

31. ЗАХАРОВА Е.И. Исследование пильных, рамок двухэтажных, лесопильных рам. М.: Го.слесбумиздат, 1962. - 72 о.

32. АФАНАСЬЕВ П. С. Конструкции, и расчеты деревообрабатывающего оборудования. М.: Машиностроение, 1970. - 400 с.

33. ФОНКИН В.§. Ласопильные станки и линии. М.: Лесная промышленность, 1980. - 320 с.

34. МАШВСКИЙ. Н.В., АМАЛИЦКИЙ В.В., КОМАРОВ Г.А., КУЗНЕЦОВ В.М. Теория и конструкции, деревообрабатывающих, машин.- М.: Лесная промышленность, 1975. 528 с.

35. ШАБАЛИН Л.А., САННИШВ А.А., ГОЛОВАННИКОВ А.А., ЗЯЗИН В.В. О нагруженности ползунов пильной рамки лесопильной рамы Щ 75-6. Деревообрабатывающая промышленность, 1972, №1.

36. ПАВЛОВ Б.В. Акустическая диагностика механизмов.- И.: Машиностроение, 1971. 223 с.

37. Научные труды. Сибирский филиал ВЙМа, 1966, вып.З.

38. ШАЕАЛИН А.А., ЗЯЗЙНВ.В. О долговечности шатунных роликоподшипников двухэтажных лесопильных рам. Деревообрабатывающая промышленность, 1972, №4.

39. ПОСТНИКОВ O.K. Основные принципы виброакустической диагностики и ее автоматизации при; борьбе со звуковой вибрацией и шумом полиграфического оборудования. Дис. . . . д.т.н. - М.: 1973.

40. ПЕТРОВ А.Д. Техническое диагностирование автомобилей.- М.: Высшая школа, 1979. 45 с.

41. BEPSAKOB Г.§. и др. Введение в техническую диагностику.- М.: Энергия, 1968. 224 с.

42. ЩРГЕР И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

43. КУЗЬМИН Р.В. Техническая диагностика на судоремонтном заводе. Л.: Судостроение, 1979. - 60 с.

44. КУЗЬМИН Р.В. Техническое состояние и надежность судовых механизмов. Л.: Судостроение, 1974. - 334 с.

45. ПАВЛОВ Б.В. Принципы построения системы акустической диагностики; механизмов. Новосибирск, 1967. - 105 с.

46. ПАНОВЫ) ft.П. Основы прикладной теории колебаний и удара.- Л.: Машиностроение, 1976. 320 с.

47. ПАРХОМЕНКО П.П., С0Г0М0НИН Е.С. Основы технической диагностики: Оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства. М.: Энергия, 1981. - 320 с.

48. ВИБГОАКУСТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАШИНАХ И ПРИСОЕДИНЕННЫХ ДОНСТРУЩИЮС. Отв. ред. М.Д.Генкин. М.: Наука, 1974. 154 с.

49. ПОПКОВ В.И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов. 1.: Судостроение, 1974.- 218 с.

50. БОРЬБА С ШУМОМ. Под ред. Юдина Е.Я.-М.: Из'д-boj литературы поз строительству, 1964. 700 о.

51. П0СКР0БК0 А.А., ФОМИН Ю.А., ЧУВИЛИН В.Г. Шум преобразовательных. агрегатов и методы борьбы с нам. М.: Энергия., X97I. - 112 с.

52. КАРПУШЙНВ.Б. Виброшумы радиоаппаратуры. М.: Советское радио, 1977. - 320 с.

53. БЛОХИШЩВ Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды.- М.: Наука, 1981. 208 с.

54. ГолдстеЙн МэрвшиЕ. АЭРОАКУСТИКА. Пер. с англ. Под ред. А.Р.Мунина. М.: Машиностроение, 1981. - 294 с.

55. ПУГАЧЕВ B.C. Статистические методы теории управления.- М.: Наука, 1978. 345 с.

56. ЗШЮВСШ В.Н., МАНУЙЛОВА A.M. Спектральный анализ и