автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Снижение шума ударного происхождения в источнике возникновения

РГ6 од

- з ¡¡0:1 г^Ь

На правах рукописи 1.1

I

УТЕПОВ ЕРКАСЫН БАЛАПАНОВИЧ

УДК 628.517

СНИЖЕНИЕ ШУМА УДАРНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В ИСТОЧНИКЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Специальность 05.26.01 - охрана труда

Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1996

Работа яьдислиЕ.-^сь с Мош>зсесм ¡сгуд^рстгегню.^ кистктуте стала к сплавов (техиологеческий уиззерситет)

Научный консультант — доктор технических наук, профессор Л .С.Стрижко

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор О. Н.Русак доктор технических наук, с.н.с. Л.ФЛаотюв

дохтор технических наук, профессор Ю.В.Пнгузов

Ведущие организация:

• Институт горного дела им. Д.А.Кунаева Министерства науки и Академии наук Республики Казахстан;

• АО "Феррохром" /г. Актюбинск/.

А

Зашита состоится "__ " __199 * г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д.021.03.01 в Научном Центре социально-производственных проблем охраны труда но адресу: 119829, Москва, Оболенский пер., 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научного Центра социально-производственных проблем охраны труда.

Автореферат разослан " 199 ^т.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Б.Н.Рахманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Диссертация выполнена на основе исследований автора, опубликованных в 1983-1995 гг. Поставленные в диссертации задачи решаются в основном на примере металлургической, машиностроительной и горнорудной отраслей промышленности.

Шум ударного происхождения является наиболее распространенным и вредным производственным фактором. Оборудование, генерирующее шум ударного происхождения характерно для многих видов производств, а особенно для металлургической (молотковая дробилка, пластинчатый конвейер, ковочный молот, блюминг, трубозаготовочный стан, рольганг, дисковая пила, летучие ножницы, ножницы холодной резки, приемные карманы, правильная машина, агрегаты поперечной и продольной резки, листоукладчик, делительный ролик, дрессировочный стан и др.), машиностроительной (кузнечно-прессовое оборудование, зубчатые передачи, редукторы, кулачковые механизмы, цепные передачи, металлобрабатывающие станки и др.), горнорудной (горная машина, погрузочная машина, машина ударного действия для разрушения горных пород, перфораторы, дробильно-измельчительная вибрационная горная машина, пневматический бурильный молоток, вибрационное обогатительное оборудование, грохот, добычная машина с вибрационными рабочими органами, конусные и щековые вибрационные горные дробилки, горные виброударные устройства и др.).

Если шум монотонный, без чрезмерных импульсов, повреждение человеческого уха соответствует общей дозе шума, которому подвергался работник в течении рабочего дня. При этом особенно страдает нервная система человека. При коротких импульсах шума резко возрастает опасность потери слуха. Неожиданные и импульсные шумы могут вызвать реакцию испуга и неадекватность поведения. Поэтому актуальной задачей является развитие новых научно-обоснованных мероприятий по снижению шума соударяющихся металлических материалов.

Наряду с известными методами снижения шума ударного происхождения (звукоизоляция, звукопоглощение), получил развитие метод снижения шума в источнике возникновения за счет использования металлических материалов с повышенными демпфирующими свойствами. Однако, еще недостаточно изучены демпфирующие характеристики железоуглеродистых сплавов при ударном нагружении, из которых изготавливаются корпусные узлы машин и механизмов. Отсутствует оценка характеристик звукоизлучения при соударении наиболее распространенных конструкционных сталей. Недостаточно разработано сталей с повышенными демпфирующими свойствами. Металлурги в основном ставят целью разработать составы сталей и сплавов с оптимальными прочностными, механическими и технологическими свойствами, не учитывая при этом, что данный материал зачастую работает в режиме циклического нагружения и генерирует повышенный уровень шума.

Исследователи при изучении характеристик звукоизлучения соударяющихся деталей упускают важнейшие моменты:

• длительность соударения и ее связь с уровнем звукового давления (УЗД);

• величину пластической деформации при соударении и ее связь с УЗД;

• влияние структуры на распространение звука в металле после удара;

• амплитудную зависимость звукоизлучения.

До сих пор специалистами не разработана математическая модель колебаний соударяющихся деталей.

Таким образом, актуально проведение теоретического и экспериментального исследования процесса соударения металлических материалов с целью разработки мероприятий по снижению шума подобного происхождения.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является снижение шума ударного происхождения путем использования материалов с повышенными демпфирующими свойствами.

Для достижения этой цели необходимо было решить ряд научных задач:

• разработать методы исследования характеристик ударного шума с учетом влияния пластической деформации и структуры материала на процесс звукообразования;

• разработать математическую модель колебания упругого образца при ударе;

• оценить влияние структурных составляющих металлических материалов (на основе железа) на характеристики звукоизлучения;

• установить зависимости уровня звука и демпфирующих свойств материалов от параметров соударения;

• осуществить на производстве опытно-промышленную проверку разработанных конструкций и материалов для гашения шума ударного происхождения.

Методы исследования. При выполнении работы использовались экспериментальные и теоретические методы исследования, включающие системный анализ, математическое и физическое моделирование, натурные испытания.

Исследования, положенные в основу диссертации, выполнены непосредственно автором или под его руководством в период с 1983 до 1995 года в Московском институте стали и сплавов по планам важнейших работ Госкомобразования РФ, а также в соответствии с заданиями целевых и комплексных программ.

Научкую новизну работы составляют:

• методы исследования параметров соударения (длительности соударения, величины пластической деформации при ударе, амплитудной зависимости звукоизлучения);

• закономерности влияния параметров соударения и демпфирующих свойств материалов на звукоизлучение;

• количественная оценка воздействия легирующих элементов в железоуглеродистых сплавах на затухание генерируемого ударного шума.

На защиту выносятся новые научные данные о влиянии параметров ударного шума /длительность соударений, величина пластической деформации при ударе, амплитудная зависимость звукоизлучения/ на эффект формирования импульсного звука; "разработанные металлические материалы и конструкции с повышенными демпфирующими свойствами, обеспечивающие снижение шума ударного происхождения в источнике возникновения.

Достоверность н обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждены:

• корректностью постановки теоретических задач, принятыми допущениями, достаточным объемом исходных данных и инструментальных исследований;

• совокупностью и удовлетворительной сходимостью результатов (расхождение 5 " 7%) аналитических, лабораторных, промышленных исследований характеристик демпфирования и звукоизлучения;

• положительными результатами опытно-промышленных испытаний на предприятиях с повышенным уровнем ударного шума.

Практическая денность работы:

• разработаны новые методы исследования шума соударяющихся деталей;

а разработаны новые металлические материалы для борьбы с шумом в источнике возникновения, обладающие достаточными прочностными характеристиками;

• оценены акустические и демпфирующие характеристики известных марок сталей.

Реализация работы. В производственных цехах с высоким уровнем шума внедрены конструкции и материалы с повышенными демпфирующими свойствами, позволившие снизить уровни шума на рабочих местах от 5 до 18 дБА.

В частности, шумозащитные конструкции внедрены с использованием разработанных сплавов повышенного демпфирования на следующих предприятиях:

• Новолипецкий металлургический комбинат;

• Муромский радиозавод;

• ПО "Муромский машиностроительный завод";

• Владимирский завод "Электроприбор";

• Владимирский завод "Автоприбор";

• Алматинский центр эксплуатации и ремонта авиационной техники;

• Алматинское АО 'Теплоэнергооборудование".

Алвобаяия работы. Результаты проведенных исследований и основное содержание опубликованных работ докладывались и получили одобрение на Всесоюзной научно-технической конференции с международным участием "Акустическая экология — 90" /Ленинград, 1990/, Международной конференции по борьбе с шумом и вибрацией "NOISE—93" /Санкт-Петербург, 1993 г./, 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", "Дыбыс-95" /Актюбинск, 1995 г./, Всесоюзном совещании по проблеме улучшения акустических характеристик машин /Звенигород, Московской обл., 1988 г./, 5-ой научно-технической конференции "Демпфирующие металлические материалы" /Киров, 1988 г./, 5-ой научной конференции по проблеме охраны труда /Рубежное, 1986 г./, 8-ом межотраслевом семинаре "Виброакусшческие исследования" /Москва, 1987 г./, научно-техническом семинаре "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" в Доме научно-технической пропаганды им. Ф.Э.Дзержинского /Москва, 1981 г., 1989 г./, научно-технических семинарах "Новые средства звуко-виброизоляции в промышленности" и "Применение вибропоглощения в промышленности и на транспорте" в Ленинградском Доме научно-технической пропаганды /Ленинград, 1989-1990 гг./, восемнадцати региональных, областных, городских, институтских конференциях /Москва, Тула, Владимир, Актюбинск, Муром, 1983-1995 гг./.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 94 печатных трудах, в том числе 25 статьях, 19 тезисах докладов конференций, 11 изобретениях, 1 экспонате выставки, 38 информационных листках. Кроме того, результаты диссертационной работы отражены в 11 отчетах по законченным научно-исследовательским работам.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, содержащих 420 страниц машинописного текста, включая иллюстрации, 28 таблиц, список использованных источников литературы из 316 наименований и приложений на -U сгр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы диссертации, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту, показана актуальность, научная новизна и практическая ценность решаемых проблем.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ путей снижения производственного шума ударного происхождения.

Анализ характеристик производственого шума ударного происхождения

показывает, что в последнее время накоплен большой опыт по борьбе с шумом производственного характера /звукоизоляция, звукопоглощение, увеличение жесткости конструкции, применение демпфирующих устройств, использование сплавов с повышенными демпфирующими свойствами, рациональное расположение оборудования и т.д./. При этом практически самым радикальным и целесообразным способом защиты от шума ударного происхождения является использование конструкционных материалов, демпфирующие свойства которых исключают генерирование шума высокой интенсивности при работе механизмов, выполненных целиком или частично из данных материалов. Приведены фактические значения уровней звуковой мощности промышленного оборудования, демпфирующие свойства некоторых металлов и сплавов при комнатной температуре /магний, никель, железо, чугун, сталь, алюминий и др./. Наиболее приемлемым методом снижения шума является гашение его в источнике возникновения за счет конструкционных металлических материалов на основе железа из-за повышенной прочности, низкой стоимости, широкого распространения.

Большинство экспериментаторов при поиске малощумных металлических материалов отдали предпочтение сплавам на основе цветных металлов и достигли определенных успехов. Наиболее широкое распространение получили сплавы на основе марганца, меди, магния, никеля, титана, и др. металлов. Однако, следует отметить, что эти металлы и сплавы применяются ограниченно ввиду их низкой стойкости в отношении интенсивного износа, особенно при высоких температурах, и из-за высокой стоимости. Особенно дорого применять эти металлы и их егшавы в металлоемких отраслях промышленности /металлургия, машиностроение, горнорудное производство/. Поэтому актуальным остается проектирование сплавов на основе железа, обладающих высокой способностью рассеивать энергию звуковых колебаний.

Существенное влияние на демпфирующую способность сплавов оказывает термическая обработка. Проведен анализ влияния термообработки на демпфирующую способность цветных сплавов и сплавов на основе железа.

Однако исследователи до сих пор не обнаружили четкой функциональной связи между демпфирующими характеристиками и содержанием основных легирующих элементов большинства конструкционных сталей.

При исследовании демпфирующих свойств металлических материалов для использования их в технике борьбы с шумом ударного происхождения, в качестве критерия оценки часто принимается значение УЗД, однако существующие устройства для исследования звукоизлучения сплавов страдают существенными недостатками, главным образом низкой точностью измерения. Кроме того, известные методы исследования акустических характеристик сталей и сплавов не учитывают пикового значения УЗД и динамику изменения этого сигнала в период протекания процессов диссипации энергии звуковых колебаний в исследуемом материале.

Известные крайне редкие математические модели изучения процесса диссипации энергии непригодны для исследования соударения металлических материалов.

Исследователями при изучении характеристик ударного шума не учитывались такие важнейшие параметры, как длительность соударения, величина пластической деформации при ударе, амплитуда удара. Много неясного при оценке механизмов демпфирования ударного шума.

Не изучено влияние распространенной составляющей структуры сплавов — неметаллических включений на эффект демпфирования. Крайне редко используются демпфирующие сплавы при гашении шума.

На основе анализа современного состояния проблем исследования шума соударяющихся металлических деталей, поставлена цель углубленного исследования процесса соударения и создания металлических материалов и конструкций, обеспечивающих гашение ударного шума.

Для достижение поставленной цели определены следующие задачи исследования:

— разработать высокоэффективные конструкции и металлические материалы с повышенными демпфирующими свойствами с использованием математической модели колебания упругого образца при ударном возбуждении и аппарата МПЭ;

— разработать методики исследования длительности соударения, измерения величины пластической деформации ударного процесса, определения амплитудной зависимости звукоизлучения;

— на основе разработанных методик и усовершенствованной установки для исследования характеристик соударения выявить закономерности изменения демпфирующих свойств созданных сплавов;

— оценить влияние неметаллических включений на изменение демпфирующих свойств сплавов и выявить основные механизмы демпфирования в разработанных сплавах;

— осуществить опытно-промышленную проверку разработанных сплавов.

Во второй главе изложена методика теоретических и экспериментальных исследований, описана аппаратура для проведения экспериментов. Эксперименты проводились на установках, разработанных автором. В качестве объекта исследования были выбраны сплавы с содержанием углерода до 0,52%, т.е. доэвтектоидные стали. Содержание легирующих элементов /л.э./ в сталях планировалось в соответствии с методом МПЭ. Количественное содержание л.э. определялось после теоретического исследования диаграмм: железо-углерод; железо-марганец; железо-кремний, железо-хром; железо-никель; железо-ванадий; железо-ниобий; железо-молибден; железо-титан; железо-бор; железо-кобальт; железо-церий; железо-лантан; железо-кальций.

При этом учитывалась практика легирования сталей, их прочностные характеристики, демпфирующие свойства. Опытные сплавы выплавляли в тигельной индукционной печи емкостью 6-12 кГ с основной футеровкой. Исходным материалом служило армко-железо. Сплавы отливали в металлические изложницы размером 210x115x111 мм. Из отливки отрезали образцы, из которых изготавливали пластины размерами 50x50x5 мм для исследования звукоизлучения при соударении, стержни размером 3x3x100 мм для исследования внутреннего трения, образцы для исследования плотности 10x10x10 мм. Металлографическое исследование проводили на пластинах после изучения звукоизлучения. Исследование характеристик звукоизлучения после соударения с ударником /шарик из стали ШХ-15, диаметром 7,9; 8,0; 8,7; 9,5; 10,3; 11,1; 12,7 мм проводили на созданной установке, отличающейся от аналогов более высокой точностью измерения, возможностью определения длительности удара. Характеристиками звукоизлучения являлись уровень звука, измеренный по характеристике, шумомера "Импульс" Дл/, уровень звука, измеренный по характеристике шумомера "Пиковый" /Ьп/, уровни звукового давления /УЗД/ в октавных полосах частот в диапазоне от 250 до 16000 Гц. Уровень звуковой мощности Ьпг рассчитывали по формуле:

где, Ьт — уровень звуковой мощности, дБ; 1м — УЗД на измерительной поверхности в данной октаве исследуемой пластины, размерами 50x50x5 мм;

в) — площадь , равная 1 м2;

Б — площадь пластины, равная 0,0025 м2 .

Звуковой сигнал воспринимался микрофонным капсюлем МК-102. Этот сигнал преобразуется в электрический сигнал, усиливается предусилителем и подается на вход точного импульного шумомера модели 00017 фирмы IIКГ. С помощью самописца типа Р5С-101 осуществляли запись скорости затухания звука. Звуковой сигнал записывался запоминающим осциллографом, который затем фиксировался на

фотопленку. Звуковой генератор ЗГ-10 использовали для калибровки производимых измерений звукового сигнала. Поправку на изменение силы звука от атмосферного давления осуществляли с помощью пистонфона марки РР-101. Перед началом работы настройку измерительной акустической аппаратуры осуществляли проверкой УЗД эталлонного образца.

Характеристики демпфирования /внутреннее трение, логарифмический декремент, относительное рассеяние/ определяли исходя из данных осциллограмм звукового импульса. Кроме того, эти характеристики измеряли на установках внутреннего трения Тульского и Воронежского политехнических институтов /методы изгибных и крутильных колебаний/.

В работе удалось разработать методику измерения длительности соударения пластина-образец и ударника-шара. Суть метода и установки заключается в том, что в момент соударения шара и пластины происходит замыкание электрической цепи. Бросок тока вызывает падение напряжения на резисторе. Это падение напряжения в виде импульса напряжения, пропорциональное времени контакта соударяемых шара и пластины, измеряется электронным секундомером /электронный частотомер с блоком измерения интервалов времени/. Напряжение источника питания подобрано экспериментально для предотвращения возникновения эффекта сваривания.

Одной из задач исследования являлось определение зависимости демпфирующих свойств разработанных сплавов от амплитуды удара. Для этого использовали два способа — первый: ударник одного и того же диаметра и массы совершал свободное падение на образец с разных высот, вызывая шум соударения; второй: ударник разной массы /а значит и разного диаметра/ совершал свободное падение с одной и той же высоты.

Исследователи шума соударяющихся деталей зачастую не изучали величину пластической деформации при ударе. Автором разработана методика исследования величины вмятины после удара и установлена закономерность изменения уровня звука от глубины лунки на образце-пластине.

С целью исследования механизма демпфирования в разработанных сплавах была использована методика измерения шумов Баркгаузена. Суть метода измерения шума Баркгаузена заключается в том, что в качестве физического параметра используют шумы Баркгаузена, возникающие в материале при перемагничивании.

В настоящем исследовании, когда из тысяч марок сталей необходимо было определить оптимальные составы, обладающие повышенными демпфирующими свойствами при соударении, был использован метод МПЭ — метод крутого восхождения Бокса-Вилсона. Этот метод позволил резко сократить объем необходимых опытов и задать четкую логическую схему для всех операций. Если говорить о количественной стороне, то применение метода планирования эксперимента дало возможность в несколько тысяч раз сократить число исследуемых вариантов.

Исследование физико-механических, металлографических характеристик сплавов /модуль Юнга, плотность, удельное электросопротивление, твердость, прочностные свойства и др./ осуществляли стандартными методами.

Обработку результатов эксперимента производили с использованием алгоритмического языка Фортран-Р/ , реализованного на ЕС-1022.

Расчеты ошибок при определении относительного затухания колебаний по осциллограммам, а также результата измерений декремента показали, что ошибка при обработке осциллограмм не превышает 3-5%. Точность измерения шумомером составляла ± 0,5 дБ уровней звука и УЗД; длительности соударения ± 1 мке; глубины вмятины ± 1 мкм; скорости затухания звука ± 1 дБА/с. Для выяснения ошибки, происходящей в процессе измерений из-за неточности показаний аппаратуры, проводили предварительную градуировку измерительного тракта с определением доверительного интервала.

В главе третьей представлены результаты математического моделирования колебании упругого образца при ударном нагружении. Автором используется формально-математический метод моделирования колебаний упругого образца в виде пластины при соударении.

Структура модели /черного ящика/ имеется в виде линейной динамической модели дискретной по времени:

Х(К + 1) = АХ(К) + BU(K) (1)

Y(K) = CX(K), K=l,2...

где, X — вектор состояния системы; U(K), Y(K) — скалярные величины.

Такой выбор модели диктуется характером экспериментальных данных. Испытуемая пластина подвергалась серии экспериментов, состоящих в возбуждении колебаний образца ударом шара в момент времени t=0 и последующем измерении реакции на отрезке времени [0,Т]. Таким образом, можно считать, что на вход системы (1) подается импульсное воздействие: U(I) = 1, U(I) = 01 = 2,... N

Из системы (1) следует что при импульсном воздействии на выходе системы получается последовательность:

Y(I) = Si, где Si = CA'"1 В, i = 1,2... (2)

Задача идентификации состоит в определении матриц А, В, С, удовлетворяющих соотношению (2) по известной последовательности

{SiíT-K

Размерность системы (1), т.е. порядок матриц А, также неизвестен и находится в ходе решения задачи идентификации.

В данной задаче это соответствует тому, что число модулируемых колебаний в процессе Y(t) заранее неизвестно.

Выбран подход, основанный на методах пространства состояний, т.е. представлены системы этого класса в виде (1) и соответствующий класс алгоритмов. Алгоритмы этого класса позволяют построить систему минимальной размерности и обладают высокой разрешающей способностью, т.е. позволяют различить близкие собственные частоты, что является существенным моментом моделирования упругих колебаний прямоугольного образца. Применяя модификации алгоритма идентификации детерминированных систем /скользящее усреднение, прямоугольная матрица Ганкеля/ , из одной выборки данных можно получить целое семейство моделей. В нем содержатся некоторые хорошо известные алгоритмы, такие как, метод наименьших квадратов, тотальный метод наименьших квадратов и др.

Из системы (1) видно, что матрицы /А,В,С/ определяются неоднозначно, а с точностью до вырожденного преобразования пространства состояний. Можно показать, что моделируемый сигнал имеет вид:

Y(t)=Yj ехр(—Ы t/&t){Ai-cos coi t/&t+Bi sin (üit/&t)

где, К — число различных модулируемых колебаний /различных частот/, 5 i = -In |A,i|, coz = argX

Амплитуды Ai и Bi вычисляются:

Ai = B2iB2i-l +C2iC2i—l; Bi-B2i'C2i—l—C2iB2i—1

Количество мод К будет всегда равно (п -1)/2, а одна из частот будет основная, что следует из способа измерений. Таким образом, данный метод позволяет определить число и величину частот колебаний; коэффициенты затухания; амплитуды колебаний и фазы смещений. Были проведены расчеты по результатам 24 испытаний различных сплавов.

Установлено, что импульсные реакции образцов представляют собой сумму 1,2

или трех колебаний, как правило, близких частот и частотой малых декрементов колебаний, одна из мод колебаний, а именно с частотой COj —ТС/At является доминирующей, ее амплитуда на несколько порядков превосходит амплитуды других мод. Тем не менее, учет побочных мод позволяет в большинстве случаев добиться большей точности моделирования.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований. С применением метода МПЭ выплавлены сплавы на основе железа, легированные кремнием, марганцем, никелем, хромом, ванадием, ниобием, молибденом, титаном, алюминием, бором, кальцием, лантаном, церием. Кроме того, были выплавлены силумины, легированные редкоземельными металлами.

Задачей исследования являлось разработка сплавов с повышенными демпфирующими свойствами при ударных нагрузках.

Демпфирующие и акустические характеристики /уровни звука, УЗД, скорость затухания звука при соударении, внутреннее трение, логарифмический декремент, относительное рассеяние, длительность соударения/ были определены по методикам, разработанным автором.

Уровни звука при соударении изменяются в широком диапазоне /от 72 до 96 дБА/ в зависимости от химического состава. Метод МПЭ позволил оценить влияние каждого легирующего элемента на эффект демпфирования.

Коэффициенты регрессии, характеризующие влияние л.э. на уровень звука при ударе, показывают, что наибольшее влияние на уровень звука La в сторону повышения оказывают: ванадий /К = 6,47/, алюминий /К = 2,50/, кремний /К = 2,32/, никель /К = 0,52/. Снижают уровень звука: титан /К = -7,52/, марганец /К = -2,56/, хром /К = -1,08/, ниобий /К = -0,75/.

На рост логарифмического декремента оказывают влияние: бор /К = 0,074/, титан /К = 0,061/, углерод /К = 0,056/, никель /К = 0,029/. Снижают логарифмический декремент: алюминий /К = -0,026/, кремний /К = 0,024/, ниобий /К = -0,022/, марганец /К = -0,011/.

Скорость затухания звука при ударе снижают: алюминий /К = -302/, ванадий /К = -272/, ниобий /К = -260/, кремний /К = -132/. Повышают: углерод /К = 1065/, титан /К = 722/, марганец /К = 485/, бор /К = 716/.

Анализ микроструктуры исследованных сплавов позволил выявить причины повышения демпфирующих свойств. Сплавы подвергались термической обработке /отжиг, закалка, низкий отпуск/.

Сплав 133 характеризуется следующими свойствами: уровень звука при соударении La = 83,6 дБА, скорость затухания звука V = 700 дБА/с, 8= 3 • 10". Сплав является сложнолегированным /1,5% Мп; 1,0% Ni, 1,5% Сг, 1,5% V, 0,5% Nb, 0,5 Mo, 0,5 Ti, 1,0 Al, 0,5% В, 0,5% Си, остальное — железо/. Микроструктура литого состояния сплава представляет феррит с перлитом. Полный отжиг литого образца приводит к измельчению зерна, т.к. произошла перекристаллизация. Образовалось новое зерно. Из-за измельчения перлито-ферритного зерна произошло снижение демпфирующих свойств. После закалки структура сплава представляет тростомартенсит.

Сплав 134 содержит незначительное количество легирующих элементов, характеризуется самым низким La, средними значениями скорости затухания звука и декремента / по сравнению с другими сплавами/. Низкое значение La вызвано наличием неметаллических включений крупных размеров, которые оказались препятствием распространению звуковой волны. Структура сплава в литом состоянии представляет феррит с ледебуритной эвтектикой. Легирование способствовало появлению перлита. В отожженном состоянии зерно измельчилось, в основном превалирует феррит. После закалки структура тростомартенсита. Сгрукгура сплавов 133 и 134 очень похожи, но звукоизяучение существенно различается. Основной причиной является содержание неметаллических включений. В процентном отношении неметаллических включений у сплава 133 : 3,9 • 10"2%, у сплава 134: 12,3 • 102 %. У сплава 134 превалируют неметалличесие включения крупных размеров.

Сплав 172 содержит 1,10% Si; 3,30% Мп, 0,075% Ni, 1,11% Сг, 0,92% V, 0,84%

, Мо, 0,93% Т], 1,5% А1,1,0% Ьа. Сплав характеризуется очень высокими демпфирующими свойствами /скорость затухания звука, декремент логарифмический/, но при этом звукоизлучение составляет 83 дБ А, что не относит сплав к малошумным. Причиной высоких демпфирующих свойств сплава является высокое содержание неметаллических включений /9,8 • 10"2 %/.

Сплав 174 /0,10% С; 1,05% 81; 1,0% МЬ, 1,5% А1; 0,7% Ьа/ характеризуется следующими демпфирующими свойствами: 1л=84 дБА, скорость затухания звука / СЗЗ/ — 140 дБА/с, б =0,0116. Содержание неметаллических включений у сплава очень высокое /7,5 х 10" /, но анализ характера этих включений показывает, что это в основном очень мелкие по размеру включения, которые обеспечивают средние демпфирующие свойства.

Сплав 132 /2,26% Мп, 1,78% Мо, 1,0% А1/ характеризуется следующими демпфирующими свойствами: Ьа = 74 дБА, СЗЗ = 628 дБА/с, 5 =0,0228. Содержание неметаллических включений очень высокое /7,3-10'2 %/, что гарантировало низкое звукоизлучение /неметаллические включения среднего размера/.

В общем случае неоднородность рассеивает упругие волны, если она отличается по модулю иди по плотности от окружающей среды, поэтому повышенное содержание неметаллических включений является причиной диссипации звуковой энергии.

Термическая обработка оказывает существенное влияние на демпфирующие свойства сплавов. Закалка снизила уровень звука при соударении разработанных сплавов на 5-12 дБА.

Высокая демпфирующая способность непосредственно после закалки обусловлена тетраганальносгью структуры мартенсита. Дополнительную диссипацию обеспечивают внутренние напряжения.

Разработанная методика измерения длительности соударения позволила провести обширные исследования этой характеристики по всем сплавам и установить зависимость между демпфирующими свойствами и временем контакта соударяющихся деталей.

Силумины и железоуглеродистые сплавы резко различаются друг от друга характеристикой длительности соударения /X /• Так, если длительность соударения сплава 133 колеблется от 5 до 40 мкс, тоХсилуминов изменяется от40 до 410 мкс. Особенно заметна разница X при соударении силуминовых образцов с ударниками больших диаметров и масс. Можно сделать вывод, что измерив 1 , можно производить качественную маркировку металлических материалов. Следует отметить, что для каждого металлического материала X имеет свои характеристики при соударении с ударниками определенной массы.

При сравнении X ударника с низколегированными сплавами 614 и сложнолегированным сплавом 172 видно, что кривая зависимости Т=£(с1ш) , где

— диаметр ударника, резко отличны друг от друга. Дополнительное легирование сплава 172 хромом /1,11%/, ванадием /0,92%/, ниобием /0,7%/, молибденом /0,84%/, титаном /0,93%/, алюминием /1,5%/, бором/0,5 %/, кальцием /1,0%/, лантаном/1,0%/ по сравнению со сплавом 614, вызвало существенное изменение 1рафика зависимости т= Шш) • Д®1 сплава 172 характерно монотонное увеличение X с ростом от 40,5 до 47,5 мкс. У сплава 614 при с!ш =/7,9; 11,1; 12,7 мм/ также X растет с увеличением с1ш , но характерны для этого сплава скачкообразные изменения X при соударении с с1иг8,7 мм /максимум при 47,5 мкс/ и с1ш='0.3 мм /минимум при X =18 мкс/, что говорит о скрытых моментах процесса удара.

Изменение химического состава меняет прочностные, упругие, демпфирующие свойства и поэтому меняются значения X • Можно сказать, что характеристика длительности соударения является самостоятельным свойством материала, несущим информацию о металлическом материале.

С ростом 1 растет Ьа /аномалия закономерности, выявленной В.И.Заборовым,

Л.Н.Клячхо, Г. С.Роенным /3-К-Р/. Хотя вполне объяснимая — чем сильнее улар и выше 1л, тем продолжительнее контакт образца и ударника-шара. У сплава 122 со снижением X растет 1л. При соударении ударника =19 мм, уровень 1л растет до максимума — 63 дБА, а X снижается до минимума X =15 мкс/.

С увеличением массы ударника, растет Ъа от 36,5 до 63 дБА, при этом X снижается от 35 до 11 мкс.

Результаты этих экспериментов совпадают с точкой зрения "3-К-Р", согласно которой рост продолжительности удара сужает спектр возбуждающих частот, отсюда основная часть звуковой энергии излучается на более низких частотах, что обеспечивает существенное снижение шума ударного происхождения на опасных для человека высоких частотах.

Если исходить из предположения, что чем тверже поверхность образца, тем скоротечнее процесс соударения, то конечно зависимость X от вида термообработки должна выглядеть однозначно: после закалки образец будет иметь X минимальную, после отжига — максимальную, а в литом состоянии — промежуточную. Действительно, подобную закономерность можно наблюдать у сплава 131:

47 /литое/ < X 8,7 /отожженное/ '

Тц,1 /отожженное/ > Т11,1 /закаленное/^

где Т> 8,7 /литое/ — длительность соударения ударника диаметром 8,7 мм с образцом-пластиной в литом состоянии.

Однако, следует отметить, что исследуемые сложнолегарованные сплавы в литом и закаленном состоянии по твердости отличаются незначительно:

^ 11,1 /закаленное/ > ^ 11,1 /литое/

При соударении с ударником с = 9,5 мм:

Т X

* 9,5 /литое/ » 9,5 /отожженное/

В данном случае, так же как и в случае:

( ^ 12,7 /отожженное/ = ^ 12,7 /закаленное/ ] < ^ 12,7 /литое/

можно предположить, что на длительность соударения оказывает влияние собственное колебание образца, а также изменение твердости образца на его поверхности /пятнистая твердость/.

Влиянию конструкции образца на X посвящена гл.4.3.4. Исследовали плоский образец размерами 50x50x5 мм; Т-образный образец /перпендикулярно закрепленные у торцов два плоских образца размерами 50x50x5 мм каждый; П-образный образец / перпендикулярно закрепленные три плоских образца тех же размеров/. Это исследование показало:

— X в диапазоне иш = /7,9 — 10,3 мм/ у образцов плоского и Г-образного существенно не различаются;

— при соотношении массы образца и ударника 1:49 и 1:12 разница X составляет 3-4 мкс;

— Ьа на обоих образцах при соотношении масс 1:49; 1:36 совпадают, а при соотношении массы образца /Мо/ и массы ударника-шара /Мш/ — Мо/Мш = 1:28; 1:12 различаются существенно /разница составляет 8-10 дБА/.

В случае, когда соотношение Мо/Мш = 1:28, объяснить повышение несложно: изменяется собственная частота пластины в сторону высоких частот:

Р собст./плоск/= = 250 Гц

Б собст./Г—обр./= -= 178,5 Гц

TI-образный образец при соударении с ударником =/9,5; 11,1; 12,7/характе-ризуется значениямиТ и La, связанными обратно пропорциональной зависимостью.

При соударении ударника разного диаметра с образцом, длительность соударения должна соответствовать следующей последовательности:

Т 12,7 > ^ 11,1 >Т 10,3 >^9,5 8,7 > ^ 7,9

Этому условию у сплава 121 соответствует:

^ 8,7 < ^ 9,5 < Т11,1 < ^ 12,7

Низкое значение X ударника диаметром 12,7 мм объясняется скорее всего быстрым отскоком от поверхности образца из-за большой кинетической энергии массивного ударника. Следует отметить, что при соударении образца с ударником dm=12,7 мм, наиболее часто проявляется амплитуднозависимое демпфирование. При этом амплитуднозависимое демпфирование сопровождается следующей зависимостью: от увеличения амплитуды деформации La снижается от 50 до 48 дБА, при этом снизилась длительность соударения с 54,5 до 51,5 мкс, т.е. снижение длительности соударения должно гарантировать рост La, но перемещение дислокаций в сложнолегиро-ванном сплаве 130 обеспечило гашение уровня звука.

Амплитудная зависимость звукоизлучения исследована в гл. 4.4.

Разработанная методика исследования амплитудной зависимости звукоизлучения позволила оценить демпфирующие свойства сплавов. С увеличением диаметра ударника от 7,9 до 12,7 мм /разумеется с одновременным ростом массы ударника/ в целом растут уровни импульсного звука /La/ и пикового уровня звука /Ln/. При нарушении этой закономерности можно констати-ровать ам плитуднозависимое демпфирование при ударе.

Например, у сплава 173 резкий скачек La при dm =11,1 мм показывает повышенную диссипацию звуковой энергии при этих колебаниях.

У сплавов 135, 136 эффект амплитуднозависимого демпфирования /АЗД/ наблюдается при соударении с dm =10,3 мм.

Изменения уровня звука при соударении в зависимости от высоты падения ударника представляет сложную зависимость.

Амплитуднозависимое демпфирование при соударении наблюдается у сплавов 630,122,124,125,169,134,135,170,172. Из стандартных марок сталей АЗД наблюдается у сталей Сг.З, Сг.15.

Исследования амплитуднозависимого звукоизлучения показали, что повышенный уровень демпфирования при возрастающих амплитудах /за счет увеличения массы ударника и высоты падения ударника/ обусловлен перемещением легкоподвижных дислокаций и перемещением границ доменов при приложении механических напряжений /удар/.

Разработанные железоуглеродистые сплавы обладают повышенными демпфирующими свойствами при соударении и не уступают по этим свойствам даже порошковым и биметаллическим материалам.

Для использования в практике борьбы с шумом ударного происхождения рекомендуются сплавы 123, 131, 132, 134, 138, 169 /металлургия, машиностроение, горнорудное производство/.

Исследованиям контактных явлений при соударении /геометрические параметры вмятины после соударения/ посвящена гл. 4.5.

Работы, посвященные исследованию звука соударяющихся деталей, не учитывали контактные явления. В настоящей работе это исследование реализовано.

Исследовали зависимость пластической деформации от энергии ударника.

Пластическая деформация образца в результате соударения с ударником / dm=l 0,3 мм/ имеет следующие параметры: диаметр лунки дл =/1,20 - 1,85 мм/; глубина

отпечатка JjOTn=/28-48 мкм/. Высота падения шара =500 мм, кинетическая

энергия шара в момент удара Wrn =22,04 г -м"2/с2

Удар^нанесенный у края пластины ^триводит к повышенной пластической деформации: h о™- =6,7 мкм.

Повышенная пластическая деформация характеризуется повышением уровня звука с 58 до 64 дБА.

Увеличение силы удара приводит к резкому снижению длительности контакта / Т =5 мкс; X =85 мкс/, при этом глубина лунки увеличилась незначительно: с 5,2 до 5,6 мкм.

Увеличение глубины лунки на 0,7 мкм соответствует увеличению длительности соударения на 30 мкс. 22 г г

Увеличение кинетической энергии ударника от 13,18 г- м /с до 24,23 г- м /с , вызывает сокращение длительности соударения с 90 до 30 мкс. Рост глубины лунки на 0,3 мкм вызывает снижение La на 3-4 дБА.

Исследованию влияния неметаллических включений на демпфирующие свойства посвящена гл. 4.6.

Содержание неметаллических включений в сплавах колеблется от 1,23-10" до 12,32-10-2%.

Сплавы, содержащие максимальное количество неметаллических включений — сплав 134 /12,3 • 10~2 %/ и сплав 172 /9,8-10" %/, обладают повышенными демпфирующими свойствами — низкий уровень звука при ударе и высокие значения логарифмического декремента и скорости затухания звука.

Форма неметаллических включений оказывает существенную роль на диссипацию звуковой энергии: чем "ветвистее" форма неметаллических включений, тем эффективнее гашение уровня звука при ударе.

При интенсивном скоплении мелких и средних /ai = 1; 3; 5; 9/ неметаллических включений /сплав 172/. создается локальное сопротивление звуковой волне. В то же время, при сравнительно высоком содержании неметаллических включений /7,6-10"2%/ —сплав 174, демпфирующие свойства невысоки из-за того, что размеры включений малы /ai = 1; 3; 5/. Наиболее эффективное снижение шума достигается при условии, когда неметаллические включения содержатся в количестве /9—13/ • 10"2%.

Размеры включений, эффективно снижающие звук при ударе: ai = 9.

Прочностные свойства сплавов, обладающих повышенными демпфирующими характеристиками за счет неметаллических включений: О =830 МПа /сплав 134/, С =702 МПа /сплав 172/.

В гл. 4.7. рассмотрена зависимость звукоизлучения от эффекта Баркгаузена.

Разработанные, выплавленные и исследованные сплавы с повышенными демпфирующими свойствами после оценки диссипативных характеристик были исследованы по значениям шумов Баркгаузена.

Образцы исследовались после литья, полного отжига, закалки и низкого отпуска. Задачей исследования являлось определение механизмов демпфирования в разработанных сплавах.

Было исследовано несколько групп сплавов /низкоуглеродистые, средне-углеродистые, низколегированные и сложнолегированные/.

С ростом значений ЭДС шумов Баркгаузена повышаются демпфирующие свойства у сплавов — снижается уровень звука при соударении и растет скорость затухания звука. Подтверждено существование механизма демпфирования доменного характера в разработанных сплавах.

В гл.4.8. и 4.9. приведены результаты исследования физико-механических характеристик сплавов /твердость, предел прочности при растяжении, плотность, модуль Юнга, жесткость и др./. Временное сопротивление при растяжении разработанных сплавов находилось в пределах 370-1130 МПа; НВ — в пределах 163-300;

плотность — в пределах 6,9-7,8 г/см3 ; модуль Юнга — в пределах (18,0620 - 21,4317) х Ю10 Па.

Результаты эксперимента показали, что однозначной зависимости между демпфирующими и механическими характеристиками не наблюдается. Можно сказать, что имея сведения только о механических свойствах сплавов, невозможно гарантировать определенные значения демпфирующих характеристик.

Экспериментально было показано, что упругие свойства, так же как и инерционные свойства сплавов оказывают влияние на УЗД в начальный момент соударения /первичный звук удара/, характеризующийся длительностью максимального звукового импульса X =10 мкс. УЗД через X =35 мс зависит от химического состава стали. УЗД через X =10 мкс зависит исключительно от модуля Юнга, жесткости и массы образца. Термообработка и химический состав в этом случае не влияют на уровень звука.

В гл.4.11. приведены теоретические аспекты звукоизлучения и демпфирования исследуемой металлической пластины, подвергнутой ударным нагрузкам.

Результаты исследования процесса соударения пластины с ударником /шаром/ показали следующее:

— отражение звуковых волн от границ пластины возбуждают резонансные моды, тем самым усиливая звук;

— затухание звуковой волны при соударении вызвано следующими причинами: пластической деформацией при ударе, потерями излучения при генерировании звука, внутренними потерями, обусловленными превращением акустической энергии в тепловую;

— частотный спектр излучаемого звука при соударении определяется д лительностью контакта соударяющихся деталей: Г = /2500 - 200 000/ Гц;

— на ударный звук оказывает влияние импульсная сила /масса шара, энергия шара, собственные изгибные колебания пластины/;

— звук соударения можно разделить на две фазы: первичный звук удара и вторичный звук удара; первичный звук удара обладает свойствами плоской волны и определяется величиной скорости колебаний поверхности пластины в направлении, перпендикулярном ее поверхности в результате удара; вторичный звук после удара состоит из собственных колебаний пластины, частоты которых лежат в диапазоне 2500 - 200 000 Гц;

— можно представить следующий механизм возникновения звука соударения: во время удара шара о пластину, возникает импульсное силовое воздействие ударника, в результате происходит мгновенная деформация пластины в направлении, перпендикулярном ее поверхности, следствием чего является возникновение импульсного звука, при этом импульсное силовое воздействие содержит частотные составляющие из полосы, ширина которой обратно пропорциональна длительности соударения;

— одним из способов снижения шума ударного происхождения является изменение критической частоты за счет изменения массы детали;

— УЗД через 35 мс после соударения характеризует диссипативные свойства соударяемых деталей;

— УЗД через 10 мкс после соударения является наиболее опасным и вредным импульсным звуком д ля работающих.

В пятой главе приведены результаты опытно-промышленной проверки результатов исследований, социальная и технико-экономическая эффективность от внедрения мероприятий по снижению шума.

Опытно-промышленная проверка результатов исследований была осуществлена на следующих предприятиях:

— Владимирский завод "Электроприбор";

— Владимирский завод "Автоприбор";

— Муромское ПО "Муроммашзавод";

— Алматинский центр технической эксплуатации и ремонта авиационной техники /АЦТЭРАТ/;

— Новолипецкий металлургический комбинат;

— Муромский радиозавод;

— Алматинский завод КВОиТ /АО "Теплоэнергооборудование"/. Внедренные демпфирующие сплавы и конструкции могут быть использованы и

на других предприятиях металлургии, машиностроения и горнорудного производства.

На заводах "Автоприбор", "Электроприбор", ПО "Муроммашзавод", Муромский радиозавод /АО "Муромский радиозавод"/ источником повышенного уровня шума являются токарные автоматы, в которых происходит соударение вращающегося обрабатываемого прутка с неподвижной направляющей трубой.

В автоматных цехах вышеперечисленных предприятий уровни звуковой мощности превышают нормированные характеристики на 10 - 20 дБА.

В настоящее время разработано и испытано немало малошумных направляющих труб токарных автоматов:

а/ конструкции Новочеркасского станкостроительного завода;

б/ конструкции Горьковского автомобильного завода;

в/ конструкции ВНИИОТ ВЦСПС /гЛенинград/;

г/ конструкции В.Д.Коровичева;

д/ для станков типа 1П16;

е/ с боковыми деревянными накладками;

ж/ с роликовым механизмом подачи прутка;

з/ с гидравлическим устройством подачи прутка;

и/ с пластиковым покрытием.

Однако проблема снижения шума в направляющих трубах токарных автоматов остается актуальной, т.к. вышеперечисленные конструкции грешат следующими недостатками:

— недолговечность /а, б, в, д/;

— сложность конструкции /а, б, в, г, ж, з, и/;

— неремонтопригодность /а/;

— недостаточная эффективность гашения шума /в/;

— высокая стоимость /а, б, в, г, е, ж, з, и/.

Автором были разработаны несколько конструкций малошумных направляющих труб токарных автоматов, как для одношпиндельных, так и для шестишпиндельных.

На Владимирском заводе "Электроприбор" были внедрены малошумные направляющие трубы, состоящие из наружной металлической трубы и демпфирующих втулок из сплава с повышенными демпфирующими свойствами. Втулки устанавливались внутри наружной трубы на определенном расстоянии. Внутренняя поверхность втулок имела коническую поверхность, которая обеспечивала свободное прохождение прутка при установке. Для повышения эффекта демпфирования между втулками и наружной трубой устанавливали виброизолирующий материал. Эта конструкция выгодно отличается от аналогов повышенной долговечностью и сравнительно высокой эффективностью шумоглушения.

На Муромском радиозаводе в атоматном цехе автором была внедрена труба простой конструкции, несколько похожая на известную модель: между наружной и внутренней трубами засыпался сухой песок. В отличии от аналогов, внутренняя труба имела утолщенные стенки для предотвращения быстрого износа, а также была тер-мообработана /закалка, высокий отпуск/, что дополнительно обеспечило эффект демпфирования. Для одношпиндельных токарных автоматов эффективным является устройство для гашения звуковых колебаний, состоящие из демпферов, установлен-

ных внутри трубы и способных проворачиваться вокруг своей оси для исключения возможности выскакивания прутка через продольную щель. Фиксацию демпферов осуществляют с помощью винтов крепления. Это устройство может быть использовано в тех случаях,когда затруднена установка прутка в направляющую трубу. Так, если длина некоторых труб достигает 7 - 8 м, установка прутка такой же длины потребует увеличения длины производственного участка до 14 - 16 м. В данном устройстве установка прутка осуществляется через продольную щель в трубе. Новизна этого решения защищена авторским свидетельством на изобретение № 1183755 / СССР/. Отличительным в малошумной трубе является автоматически открывающаяся и закрывающаяся крышка продольного паза наружной трубы, использование сплава с повышенными демпфирующими свойствами, применение демпфирующих элементов типа "сэндвич".

При обработке прутков на токарных автоматах имеется одна сложность. Некоторые прутки имеют небольшую деформацию и при вращении внутри трубы могут заклиниваться, что ограничивает внутренний диаметр демпфирующих элементов. Д ля решения этой проблемы автором была разработана конструкция малошумной направлящей трубы с демпфирующими элементами переменного диаметра /а.с. 1539828, СССР/. Отличительным в этой конструкции янляется то, что демпфирующий элемент состоит из двух полуцилиндрических поверхностей, имеющих возможность под действием пружин изменять расстояние между собой.

Одним из самых шумных станков является шестишпиндельный токарный автомат. Для демпфирования ударов при обработке прутка в этих станках используются пружины переменного диаметра /малошумная направляющая труба Новочеркасского станкостроительного завода/. Однако, частые поломки пружины, недостаточные демпфирующие характеристики этой конструкции ограничивают применение этих труб. Производственники вынуждены самостоятельно искать пути повышения демпфирующих свойств этих труб. В автоматном цехе Владимирского тракторного завода пошли по пути восстановления этих пружин на специальном станке /весьма трудоемкая операция/.

Автором была разработана конструкция малошумной трубы для шестишпиндель-ного токарного автомата и внедрена на Муромском заводе ПО "Муроммашзавод" в автоматном цехе № 114.

Конструкция этой трубы содержит наружную трубу и демпфирующие элементы из сплава с повышенными демпфирующими свойствами, между которыми установлены были капроновые втулки для фиксации металлических демпфирующих элементов на определенном расстоянии. Основную нагрузку по депмфированию ударов обеспечивают эти металлические элементы. За счет этого долговечность этой трубы выше, чем аналогичных труб, использующих неметаллические материалы, пружины и т.д.

Автором дополнительно разработано шесть модификаций малошумных направляющих труб токарных автоматов.

Малошумная направляющая труба с подпружиненными подшипниками уникальна тем, что она демпфирует удары разных прутков разных диаметров за счет подпружинивания.

Для токарных автоматов, обрабатывающих прутки одного диаметра, предлагается малошумная труба для определенного размера прутка. Это устройство отличается высокой демпфирующей способностью из-за использования неметаллических материалов.

Малошумная направляющая труба с наклонными роликами также может быть использована при обработке прутков разного диаметра. При этом ролики можно изготавливать из неметалла — повысится эффективность шумогашения.

Весьма эффективна труба, использующая для демпфирования солидол. Конические поверхности у сальников обеспечивают свободное прохождение прутка внутри трубы.

Направляющая труба с демпфирующими роликами отличается от других конструкций наличием звукопоглощающего материала. Здесь так же используется система подпружинивания.

Оригинальна конструкция трубы с ленточными волнообразными пружинами. Здесь роль демпферов выполняют расположенные вдоль трубы пружины. При установке прутка внутренний диаметр будет как бы саморегулироваться за счет передвижения фиксаторов.

На Новолипецком металлургическом комбинате в ТЭЦ внедрена шумозащитная конструкция. Кабина машиниста, представляющая собой шумовиброизолирующую кабину из металлических несущих конструкций, которые были подвергнуты термообработке /двойной отжиг при 970 - 1100° С/, обеспечившей дополнительное снижение шума и вибрации.

В Алматинском центре технической эксплуатации и ремонта авиационной техники автором решены вопросы снижения шума и улучшения условий труда в цехах 1,2 и ОГМ.

В Алматинском АО "Теплоэнергооборудование" была проведена работа по снижению шума импульсного характера в ваграночном отделении цеха минваты.

Разработка и внедрение мероприятий по снижению шума имеет целью достижение социального и экономического эффекта. Эффект при этом достигается вследствие улучшения условий труда на рабочих местах, что способствует росту производительности труда, снижению условных трудовых потерь /каковыми являются дополнительные выплаты по больничным листам, пенсии, расходы на подготовку новых кадров и на лечение профессиональной тугоухости/, а также снижению потерь общества, возникающих вследствие понижения трудоспособности рабочих с поврежденным слухом после перехода их на другую работу или даже предприятие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации теоретически обобщена и решена крупная научная проблема исследования ударного шума и разработки металлических материалов и конструкций с повышенными демпфирующими свойствами.

1. Аналитический обзор литературы и патентный поиск позволили выявить следующее:

— шум ударного происхождения является одним из самых распространенных и вредных производственных факторов для многих отраслей народного хозяйства, а особенно для металлургии, машиностроения, горнорудного производства;

— шум ударный, обычно длительностью 1 мс, не вызывает защитной реакции мускулатуры слуха и таким образом, полностью воздействует на незащищенный орган слуха;

— для гашения шума ударного происхождения среди многочисленных методов наиболее эффективен метод снижения шума в источнике возникновения за счет сплавов с повышенными демпфирующими свойствами;

— известные разработанные демпфирующие сплавы на основе цветных металлов страдают недостатками: низкие механические характеристики, высокая стоимость;

— среди работ, посвященных проблеме разработки металлических материалов на основе железа с повышенными демпфирующими свойствами не выяснено:

а /совместное влияние легирующих элементов углерода, кремния, марганца, никеля, хрома, ниобия, молибдена, алюминия, титана, церия, кальция, лантана, ванадия, бора, меди на демпфирующие свойства сплавов;

б /изменение демпфирующих свойств сложнолегированных сплавов при различных видах термообработки;

в /влияние неоднородностей структуры /неметаллические включения/ на демпфирующие свойства;

г /причины затухания звука в легированных сплавах на железной основе, подвергнутых ударным наргузкам;

— известные методы исследования процессов соударения металлических материалов характеризуются следующими недостатками: невозможно измерять важнейшие параметры процесса соударения, такие как длительность контакта при ударе, величина пластической деформации при соударении, амплитудная зависимость зву-коизлучения; неточность при проведении „ эксперимента из-за несовершенства пускового механизма; отсутствие контроля натяжения образца при ударе.

2. С использованием метода математического планирования эксперимента были спланированы, разработаны, выплавлены и исследованы три группы слож-нолегированных сплавов с целью поиска сплавов с повышенными демпфирующими' ; свойствами /всего 70 сплавов/, т.е. дана оценка демпфирующим свойствам большой группе металлических материалов и при этом выявлено количественное влияние л.э. на эффект демпфирования.

3. В разработанных сплавах зафиксированы следующие механизмы демпфирования: амплигуднонезависимое демпфирование /соответствует диапазону относительной деформации 10" — 10" /. В этом диапазоне находится взаимодействие образца /Мо/ и ударника-шара /Мш/, при соотношении масс Мо/Мш=27,9. Амплигуднонезависимое демпфирование обусловлено несовершенствами структуры сплавов. В разработанных сплавах такими несовершенствами являются неметаллические включения крупных размеров /12,4 10"2 %/, которые являются локальными областя-ми,препятствующие распространению звука в металле. Повышенный уровень демпфирования при значительных амплитудах обусловлен перемещением дислокаций / амплитуднозависимое демпфирование/. Магнитомеханический гистерезис связан с перемещением границ доменов при перемагничивании /шумы Баркгаузена/.

4. Термическая обработка в разработанных сплавах оказывает влияние:

— при отжиге после перекристаллизации образуется новое зерно, значительно меньше исходного, это приводит к росту уровня звука при ударе и снижению демпфирующих характеристик;

— закалка сплавов, приводящая к образованию мартенситной и тросто-мартенситной структур, резко снижает уровень звука при ударе по причине взаимодействия дислокационной структуры мартенсита, как препятствие звуковым волнам.

5. Разработаны сплавы с повышенными демпфирующими свойствами, обладающие оптимальными прочностными и технологическими свойствами, которые могут быть использованы для изготовления оборудования металлургического, машиностроительного и горнорудного производства. Самыми оптимальными сплавами с повышенными демпфирующими свойствами являются: сплавы 134,169,123,132,131,138. В качестве легирующих элементов в этих сплавах были использованы марганец, хром, ниобий, молибден, алюминий, бор, лантан, титан.

Сравнение разработанных сплавов со стандартными сталями показало, что, например, скорость затухания звука стали 15 втрое ниже, чем у сплавов 123, 135, 172, 173.

6. Разработаны методики:

— измерения длительности соударения образца и ударника, отличающаяся высокой точностью и простотой реализации;

— исследования зависимости звукоизлучения от значений шумов Баркгаузена;

— определений амплитудной зависимости звукоизлучения;

— исследований зависимости звукоизлучения от величины пластической деформации при соударении.

Эти методы позволили установить закономерности изменения характеристик

звукоизлучения от длительности соударения, величины пластической деформации при ударе, амплитуды удара, значения шумов Баркгаузена.

7. Используя математическую модель колебания упругого образца при ударе, определены коэффициенты затухания, собственные частоты и амплитуды колебаний пластины.

8. Автором разработано двенадцать конструкций малошумных направляющих труб токарных автоматов, три из которых защищены авторскими свидетельствами на изобретения, пять из них внедрены на производстве.

9. Разработаны шумозащитные конструкции:

для токарных автоматов — применение малошумных сплавов, уменьшение амплитуды удара, виброизоляция, увеличение длительности соударения дает снижение шума на 5 - 11 дБА;

шумовиброизолирующая кабина машиниста ТЭЦ обеспечивает снижение шума на 6 дБА;

шумозащитная кабина компрессорщика обеспечивает снижение шума на 6 дБА;

шумозащигная кабина диспетчера аэропорта обеспечивает снижение шума на 8 дБА;

шумозащитный экран вагранщика обеспечивает снижение шума на 6 дБА.

При этом прочностные характеристики разработанных конструкций не снизились по сравнению с известными, а в ряде случаев даже повысились из-за уменьшения амплитуды удара, снижения вибрации и т.д.

10. Разработанные шумозащитные конструкции и демпфирующие сплавы внедрены на следующих предприятиях:

Новолипецкий металлургический комбинат;

Муромский радиозавод;

ПО "Муромский машиностроительный завод";

Владимирский завод "Электроприбор";

Владимирский завод "Автоприбор";

Алматинский центр эксплуатации и ремонта авиационной техники;

Алматинское АО "Теплоэнергооборудование".

11. Экономический эффект от внедрения разработанных сплавов и конструкций с повышенными демпфирующими свойствами составил: 88 618 ООО руб. /1990-1993 гг./ , а также 52 846 тенге /1995 г./.

Список основных работ по теме диссертации

1. Утепов Е.Б. Применение демпфирующих сплавов для борьбы с шумом. // Металлург, 1994, № 2 с. 26.

2. Утепов Е.Б. Исследование характеристик демпфирования и звукоизлучения конструкционных сталей и сплавов. //Материалы краткосрочного семинара 22-23 марта 1990 года ."Применение средств вибропоглощения и виброгашения в промышленности и на транспорте". - Л.: Ленширадский ДНТП, 1990, с. 83-86.

3. Бринза В.Н., Москалева Л.Н., Утепов Е.Б. Исследование акустических характеристик конструкционных сталей. //Известия вузов. Черная металлургия. 1981, № 7, с. 94-96.

4. Утепов Е.Б. Исследование характеристик ударного шума сплавов с повышенными потерями. //Материалы семинара "Борьба с шумом и звуковой вибрацией". - М.: Моск. Дом научно-технической пропаганды им. Ф.Э.Дзержинского, 1981, с. 83-86.

5. Бринза В.Н., Москалева Л.Н., Утепов Е.Б. Влияние отжига на звукоизлучеше некоторых сталей. //Известия вузов. Черная металлургия. 1982, № 5. - с. 149-150.

6. Утепов Е.Б. Производственный шум ударного происхождения и меры борьбы

с ним. /Тез. докладов 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", "Дыбыс-95". - Актюбинск.: АЦНТИ, 1995. с. 28-34.

7. Муравьев В.А., Утепов Е.Б. Влияние конструкционных материалов на акустические характеристики машин. //Всесоюзное совещание по проблеме улучшения акустических характеристик машин. - М.: Институт машиноведения им. А.А.Благо-нравова АН СССР, 1988, с. 47.

8. Парфенов А.А., Утепов Е.Б. Сравнительная оценка демпфирующей способности чугунов и сталей. //Сб. "Проблемы инженерной охраны труда". Науч. тр. Моск. ин-та стали и сплавов. - М.: Металлургия, 1987, с. 55-59.

9. Утепов Е.Б., Муравьев В.А., Залазинский М.Г. Разработка низколегированных конструкционных сталей с повышенными демпфирующими свойствами. //Всесоюзное научное совещание по проблеме улучшения акустических характеристик машин. Материалы. - М.: Институт машиноведения им. АА.Благонравова АН СССР, 1988, с. 160-161.

10. Utepov Е.В Use of Damping alloys to fight noise. //Metallurgist translated from Russian consultants Bureu, New York. № 1-2, 1994.

11. Utepov E.B., Varenkov AN., Fevraleva R.G. Use of alloys with good damping properties in the fight against noise. //Metallurgist translated from Russian consultants Bureu, New York. Vol. 7-8, 1994.

12. Каширин Б.Л., Москалева Л.Н., Утепов Е.Б. Использование метода математического планирования эксперимента для выбора конструкционной стали с повышенными демпфирующими свойствами. //Сб. "Проблемы инженерной охраны труда". Науч. тр. Моск. ин-та стали и сплавов, № 151. - М.: Металлургия, 1983. с. 5663.

13. Утепов Е.Б., Бринза В.Н., Утепова И.И. и др. Аналитическое и экспериментальное обоснование наличия высокочастотных максимумов уровней звукового давления опытных сплавов при ударном возбуждении. //Материалы 1-ого Акпобинского научно-технического семинара "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", 9-10 октября 1990 г. -Актюбинск 1990, с. 11-13.

14. Утепов Е.Б. Влияние формы и размеров конструктивных элементов деталей машин и механизмов на характеристики шумообразования. //Материалы 1-ого Акпобинского научно-технического семинара "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", 9-10 октября 1990 г. -Актюбинск: АЦНТИ, 1990, с. 17-19.

15. Утепов Е.Б., Блурцян Д.Р. Исследование характеристик ударного шума. // Материалы 1-ого Акпобинского научно-технического семинара "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", 9-10 октября 1990 г. -Актюбинск: АЦНТИ, 1990, с. 20-21.

16. Утепов Е.Б., Муравьев В.А Взможность создания конструкционных материалов пониженного звукоизлучения. //Материалы 1-ого Акпобинского научно-технического семинара "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", 9-10 октября 1990 г. -Актюбинск: АЦНТИ, 1990, с. 23-25.

17. Утепов Е.Б., Кобзев В.Ф., Утепова И.И. Конструкции малошумных направляющих труб. //Материалы 1-ого Акпобинского научно-технического семинара "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", 9-10 октября 1990 г. -Актюбинск: АЦНТИ, 1990, с. 25-26.

18. Утепов Е.Б., Сарсенбаева Р.К., Айбасова А.Б. К вопросу теории звукоизлучения металлов. //Тез. докл. региональной научной конференции молодых ученых. -Актюбинск: АПИ, 1990, с.25-26.

19. Утепов Е.Б., Талалова Т.П., Овсиенко А.С. Затухание звуковых колебаний. / Дез. докл. региональной научной конференции молодых ученых. -Актюбинск: АПИ, 1990, с. 13.

20. Utepov Е.В., Varenkov AN. Fevraleva R.G. New higheffeciency sound suppressor. //Metallurgist translated from Russian consultants Bureu, New York. Vol. 5-6, 1994.

21. Направляющие малошумные трубы для токарных автоматов. //Выставка средств защиты от шума (организации и предприятия СССР). Перечень экспонатов выставки. Всесоюзная научно-техническая конференция с международным участием "Акустическая экология-90". -Л.: ДДНТП, 1990, с. 3.

22. Утепов Е.Б., Муравьев В.А., Фань Юй, Борисова Л.П. Как снизить шум? // Металлург, 1993, № 1, с. 28.

23. Utepov T.B. Reduction of noise. //International noise and vibration contra-conference "Noise-93". -St. Petetbuig, Russia, May 31 - June 3, 1993.

24. Utepov T.B. Reducting percussive noise. //Metallurgist translated from Russian consultants Bureu, New York. Vol. 38, № 3-4, 1994.

25. Утепов Е.Б., Варенков A.H., Февралева Р.Г. Применение сплавов с повышенными демпфирующими свойствами в технике борьбы с шумом. //Металлург, 1994, № 7, с. 28.

26. Бринза В.Н., Москалева Л.Н., Утепов Е.Б. Пути снижения производственного шума. //Тез. докл. научно-практической конференции "Охрана окружающей природной среды - источник повышения эффективности производства". -Владимир, 1984, с. 28-30.

27. Бринза В.Н., Москалева Л.Н„ Утепов Е.Б. Исследование акустических свойств констрз^ионных сталей. //Тез. докл. научно-практической конференции "Охрана окружающей природной среды - источник повышения эффективности производства". -Владимир, 1985, с. 31-32.

28. Парфенов A.A., Утепов Е.Б. Влияние технологии обработки конструкционных сталей на формирование их демпфирующих свойств. //Тез. докл. 5-ой научно-технической конференции "Демпфирующие металлические материалы". -Киров, 1988, с. 32-33.

29. Утепов Е.Б., Лидгке В.Ю., Хохлов П.П. Исследование длительности соударения железоуглеродистых сплавов и связь ее с демпфирующими свойствами. //Тез. докладов 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" "Дыбыс-95". -Актюбинск.: АЦНТИ, 1990, с. 2-4.

30. Киричек A.B., Соколик Н.Л., Утепов Е.Б. Малошумные упрочняющие технологии. /Дез. докладов 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" "Дыбыс-95". -Актюбинск.: АЦНТИ, 1995, с. 13-15.

31. Утепов Е.Б., Муравьев В.А., Хохлов П.П, Лидгке В.Ю. Проблема снижения шума соударяющихся деталей. //Тез. докладов 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" "Дыбыс-95". -Актюбинск.: АЦНТИ, 1995, с. 25-26.

32. Утепов Е.Б. Методы исследования демпфирующих характеристик металлических материалов, используемых в технике борьбы с шумом ударного происхождения. /Дез. докладов 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" "Дыбыс-95". -Актюбинск.: АЦНТИ, 1995, с. 26-27.

33. Москалева Л.Н., Парфенов A.A., Утепов Е.Б., Григоркин О.В. Влияние технологии обработки конструкционных сталей на формирование их акустических свойств. //Тез. докл. 8-ого Межотраслевого семинара "Виброакустические исследования". -М.: Акустический институт им. Н.Н.Андреева АН СССР, 1987, с. 32.

34. Утепов Е.Б. Металлические материалы с повышенными демпфирующими свойствами в технике борьбы с шумом. /Дез. докладов 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" "Дыбыс-95". -Актюбинск.: АЦНТИ, 1995, с. 38-51.

35. A.c. № 952996 /СССР/, МКИ С 22 С 38/60. Сталь./ Бринза В.Н., Москалева Л.Н., Утепов Е.Б. и др. // Бюлл. изобр. - 1982. - № 31.

36. A.c. № 952997 /СССР/, МКИ С 22 С 38/60. Сталь./ Бринза В.Н., Москалева Л.Н., Утепов Е.Б. и др. // Бюлл. изобр. - 1982. - № 31.

37. A.c. № 972167 /СССР/, МКИ F16 F15/00. Устройство для гашения звуковых гебаний./ Бринза В.Н., Москалева JI.iI., Утепов Е.Б. и др. // Бюлл. изобр. - 1982. is 41.

38. A.c. Nä 1142521 /СССР/, МКИ С 22 С 38/46, 38/00. Сталь./ Бринза В.Н., хжалева JI.H., Утепов Е.Б. и др. // Бюлл. изобр. - 1985. - № 8.

39. A.c. № 1183755 /СССР/, МКИ F 16 F 15/00. Устройство Утепова Е.Б. для ижения шума вращающегося прутка //Утепов Е.Б.// Бюлл. изобр. - 1985. - Ма 37.

40. Ас. № 1263722 /СССР/, МКИ С 22 С 38/60, Сталь./ Бринза В.Н., Москалева HL, Утепов Е.Б. и др. //Бюлл. изобр. - 1987. - № 38.

41. A.c. № 1382871 /СССР/, МКИ С 22 С 38/42, Сталь./ Бринза В.Н., Москалева Н., Утепов Е.Б. и др. // Бюлл. изобр. - 1986. - № 11.

42. A.c. № 1539826 /СССР/, МКИ G 10 К 11/00, Устройство для снижения /ма вращающегося прутка Еркасына Балапановича.//Утепов Е.Б., Утепова И.И.// олл. изобр. - 1990. - № 4.

43. A.c. № 1534088 /СССР/, МКИ С 22 С 38/16. Демпфирующая сталь./ Утепоз Б., Утепова И.И.// Бюлл. изобр. - 1990. - № 4.

Утепов Еркасыя Балзпанович

Снижение шума ударного происхождения в источнике возникновения. Специальность 05.26.01 - Охрана труда

Сдано в (табор 6\И.96 Заказ 2.98

Подписано к печати Z4.-iO.9B Объем 2.¡к п..ч.

Формат бумаги Д5(б0х8АТираж Н00