автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Снижение уровня шума и вибраций в гидроприводе технологического оборудования

Реферат

Введение.

Перечень условных обозначений.

1. Современное состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Анализ параметров гидравлических приводов технологического оборудования, определяющих уровень шума и вибраций.

1.2. Влияния шума и вибраций на человека и промышленное оборудование.

1.3. Анализ причин возникновения шума и вибраций в гидроприводе . 21 Выводы.

2. Методика экспериментальных исследований.

2.1. Цели экспериментальных исследований

2.2. Объект исследований.

2.3. Методика определения шума в характерных точках гидропривода

2.4. Методика определения вибраций в характерных точках гидропривода.

2.5. Обработка экспериментальных данных.

Выводы.

3. Экспериментальные исследования шума и вибраций в гидроприводе технологического оборудования.

3.1. Оценка источников шума и вибраций в характерных точках гидропривода.

3.2. Определение уровня шума и вибрации в характерных точках гидропривода.

3.2.1. Насосная станция.

3.2.2. Гидроаппаратура.

3.2.3. Трубопроводы.

3.3. Превалирующие факторы шума и вибраций в характерных точках гидропривода.

Выводы.

4. Математическая модель гидродинамического шума.

4.1. Обоснование математической модели шума.

4.2. Разработка математической модели гидродинамического шума с учетом влияния газовой фазы в рабочей жидкости.

Выводы.

5. Проектирование гидропривода с низким уровнем шума.

5.1. Классификация способов и устройств снижения уровня шума в гидроприводе.

5.2. Разработка способов и устройств снижения шума в гидроприводе технологического оборудования.

5.3. Методика расчета устройств снижения уровня шума в гидроприводе.

Выводы.

Актуальность работы. Гидравлический привод получил самое широкое распространение в оборудовании различного технологического назначения. Он используется для привода инструмента и движения обрабатываемых деталей, зажима деталей на станке и их транспортировки по цеху, смены инструмента, смазки и охлаждений обрабатываемых поверхностей и др. Для повышения производительности современных станков в гидроприводе стали применять более высокое давление жидкости и подачу насосов, увеличилась скорость обработки материала и возросла частота реверсирования движения. Все это повысило вибрацию и шум гидроэлементов технологического оборудования. >

Известно, что повышение вибрации и уровня шума приводит к снижению точности изготовления обрабатываемых деталей, ухудшению качества поверхностей обработки. Кроме того, вибрации и шум, возникающие в технологическом оборудовании ухудшают условия работы оператора, повышают его утомляемость и способствуют развитию производственных заболеваний. Все это становится одной из причин снижения общей производительности системы «человек-машина».

Следует отметить, что параметры гидропривода технологического оборудования как компонента общего виброакустического фона не нашли должного отражения в технической литературе.

Поэтому изучение вибраций и шума гидропривода технологического оборудования, разработка методов и средств их снижения являются весьма актуальной проблемой для современного машиностроения.

Цель работы. Разработка методов оценки, способов и устройств снижения вибраций и шума в гидроприводе технологического оборудования.

Задачи исследования.

1. Анализ источников шума и вибраций гидропривода технологического оборудования.

2. Экспериментальные исследования влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на снижение уровня шума и вибраций в гидроприводе технологического оборудования.

3. Математическое моделирование с учетом конструктивных и технологических особенностей гидропривода.

4. Разработка методов, способов и устройств снижения вибрации и шума в гидроприводе технологического оборудования.

5. Разработка способов расчёта уровня шума в гидроприводе на стадии проектирования.

Научная новизна.

1. Получена эмпирическая зависимость оценки уровня шума от количества газовой фазы в рабочей жидкости в виде экспоненциального уравнения регрессии.

2. Разработана и реализована математическая модель гидродинамического шума, обусловленная срывом вихрей с рабочих кромок устройств гидропривода, пульсациями давления, демпфирующими свойствами рабочей жидкости, поглощающей способностью корпусных деталей, позволяющая оценить уровень шума гидропривода технологического оборудования.

Практическая ценность.

1. Предложена классификация способов и устройств снижения уровня шума в гидроприводе по характеру гашения акустических возмущений, реализующая принципы борьбы в источнике возникновения и изоляции всего объекта.

2. На основании полученной классификации разработано устройство снижения шума и вибраций в гидроприводе.

3. Разработан способ расчёта уровня шума устройств на стадии проектирования нового и модернизации существующего гидропривода технологического оборудования.

Апробация работы. Диссертационная работа докладывалась на научно-технических конференциях и семинарах в КГТУ, научно-техническом совете Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-производственное предприятие «Радиосвязь», на заседаниях кафедр «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» и «Технология машиностроения» в течение 1999-2002 г.г.

Публикация результатов исследования. По результатам исследований опубликовано 4 научные работы и получено положительное решение о выдаче патента Российской Федерации.

Реализация результатов исследований.

Полученные в диссертации результаты приняты к внедрению на Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-производственное предприятие «Радиосвязь». Кроме того, материалы диссертации используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов по специальностям машиностроительного профиля.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы из 102 наименований, в том числе 9 зарубежных авторов. Диссертация содержит 116 страниц машинописного текста, 43 рисунка.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получены экспериментальные данные и их аналитическое представление уровня шума и вибраций в зависимости от изменения температуры и количества газовой фазы в рабочей жидкости элементов гидропривода технологического оборудования, обусловленные преодолением местных сопротивлений в процессе эксплуатации, что позволяет установить степень их влияния на виброшумовую активность.

2. На основе регрессионного анализа получена эмпирическая формула оценки уровня шума в зависимости от расхода газовой фазы в диапазоне 0,001 - 0,004 м /мин, что позволяет оценить степень его влияния на виброшумовые характеристики элементов гидропривода.

3. Предложена математическая модель для оценки основных спектральных составляющих гидродинамического шума, учитывающая -срывы вихрей, пульсации давления, а также коэффициент демпфирования рабочей жидкости.

4. Предложено устройство снижения пульсаций давления, реализующее в себе активные и пассивные принципы снижения шума в источнике и демпфирующие свойства рабочей жидкости в упругих элементах гидропривода (патент Р Ф №2199050).

5. Разработан метод и алгоритм расчёта ожидаемого уровня шума устройств на стадии проектирования нового гидрооборудования и модернизации существующего, позволяющий оценить основные спектральные составляющие, производить анализ и принимать решения по применению необходимых способов виброшумовой изоляции.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

86

1. Батрак А. П. Классификация способов снижения пульсаций давления / Е. М Щеглов, А. П.Батрак // Вестн. Краснояр. гос. техн. ун-та. Вып.18. Гидропривод различного назначения - Красноярск, 2000. с. 59-63.

2. Батрак А. П. Классификация шума в объемном гидроприводе / А. П. Батрак // Вестн. Краснояр. гос. техн. ун-та. Вып. 21: Системы приводов - Красноярск, 2001. с. 46-49.

3. Батрак А. П. Методика расчета вихревого шума в пластинчатых насосах низкого давления / А. П. Батрак, Е. М Щеглов. //Вестн. Краснояр. гос. техн. ун-та. Вып. 29: Системы приводов - Красноярск, 2002. с. 27 - 31.

4. Батрак А. П. Снижение шума в гидроприводе станков / А. П. Батрак. //Тез.докл.науч. техн. конф: Гидравлические машины, гидроприводы, гидропневмоавтоматика - М: издательство МЭИ, 2002 г. с. 6.

5. Патент №2199050 РФ. Устройство снижения пульсаций давления / А.П.Батрак, Е.М. Щеглов. - № 2001119877; Заявлено 17.07.2001; Опубл. 20.02.2003, Бюл.№5. с. 46.

87

1. Абрамов В.В. Газовая фаза рабочих жидкостей гидрофицированных машин - влияние на гидропривод и способы дегазации/ТВестник Красноярского государственного технического университета/КГТУ, Вып.7, Сер. "Машиностроение, транспорт", Красноярск, 1997. С.61-65.

2. Адлер Ю. П., Грановский Ю. В., Маркова В. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1971, 280 с.

3. Азуманов Э.И. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. М.: Энергия, 1978 302 с.

4. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод / под ред. В.Н. Прокофьева. М.: Машиностроение, 1969. - 496 с.

5. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М., 1974, -430 с.

6. А.с. СССР № 1686246. Демпфер /В.Д. Хорунжий, В.Г. Вдовенко, А.Н. Татаренко и В.Ю. Россинский. Опубл. в Б. И. 1991, № 39.

7. А.с. СССР № 1760229. Гаситель колебаний давления./В.П. Шорин, А.Г. Гимадиев, Е.В. Шахматов и А.Н. Крючков. Опубл. в Б. И. 1992, № 33.

8. А.с. СССР № 1772510. Устройство для гашения колебаний давления/М.П.Левицкий Опубл. в Б. И. 1992, №40.

9. Барышев В.И. Пути повышения надежности гидросистем тракторов.

10. М.: ЦНТИТЭИтракторсельхозмаш, вып. №10,1984. 48 с.

11. Батрак А.П Классификация шума в объёмном гидроприводе. Вестник Красноярского государственного университета. Вып.18. г. Гидропривод машин различного технологического назначения / Под ред. С.В. Каверзина, Ж. Жоржа. Красноярск: КГТУ, 2000.С. 59-63.

12. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971.- 672с.

13. Башта Т.М. и др. Надежность гидравлических систем воздушных судов. М.: Транспорт, 1986. - 279 с.

14. Берестнев О.В. зубчатые колёса пониженной виброактивности Минск: Наука и техника, 1978. 120 с,

15. Бирюков С.В. Акустические волны в неоднородных средах М.: Наука,1989- 150 с.

16. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука, 1981. -208 с.

17. Борис Ю.А. Влияние нагрузки на частотные характеристики и переходные процессы бустера. М.: ЦАГИ, 1979.

18. Борьба с шумом на производстве: Справочник под.ред Е.Я. Юдина М.: Машиностроение 1985. 400 с.

19. Борьба с шумом: Справочник под.ред Е.Я. Юдина М.: Стройиздат, 1964.- 104 с.

20. Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. Том 1 / под. ред В.В Болотина. М.: Машиностроение, 1978- 352 с.

21. Вибрация в технике. Справочник Том 3 М.: Машиностроение, 1980. -544 с.

22. Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. Том 6 / под. ред В.В Болотина. М.: Машиностроение, 1978 444 с.23 .Виброакустические поля сложных объектов и их диагностика./Сборник научных трудов АН СССР.М.: Институт прикладной физики, 1989 -150 с.

23. Врученичь Е. К., Обрадович Д.К. Гидравлический удар в реальных условиях эксплуатации. JI.:1973 305 с.

24. ГимлерС.Р. К вопросу об уменьшении шума гидравлических насосов. Перевод статьи из журнала Olhydraulik und Pneumatik, voe 14 1970 № 4, 137-141.M. 1974.

25. Гликман Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем. М.: Наука, 1986-365 с.

26. Горский В.Г., Адлер Ю.П., Талалай A.M. Планирование промышленных экспериментов (модели динамики). М., "Металлургия", 1978. 112 с.

27. Гряник Г.Н. Защита от шума, вибрации и других колебаний: Лекции Московского института инженеров сельхозпроизводства. им. В.П.Горячкина. М.: МИИСП, 1987 22 с

28. Гуков Б.Ф., Порхомов Д.А., Рабинович. М. Экспериментальное исследование волновых процессов в гидросистеме и их влияние на динамику гидропривода. М.: Труды центра аэро-гидродинамики института им Жуковского №1356, 1971.

29. Динамика гидравлических систем / Сборник научных трудов .№115.под.ред МорозоваИ.И., Палея Г.Э. Челябинск: 1972 185 с.

30. Дьякин В.И. Разработка способов измерения и измерительной аппаратуры для исследования кавитации гидромашин акустическим методом. Харьков: 1970 125 с.

31. Ефимцов Б. М. Моделирование колебаний и акустического излучения пластин в турбулентном пограничном слое. — Труды ЦАГИ. М.: 1974, вып. 1539, с. 64—73

32. Ильящук Ю.М. Измерение и нормирование производственного шума. М.: Машиностроение, 1964 352 с.

33. Исакович М. А. Общая акустика. М.: Наука, 1973 496 с.

34. Каверзин С. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учебное пособие. Красноярск: ПИК "Офсет", 1997. - 384 с.

35. Каверзин С. В. Методы повышения работоспособности и эффективности гидропривода самоходных машин // Вестник КГТУ. -Красноярск, 1996,-С. 16-19.

36. Кавитационные автоколебания и динамика гидравлических систем. /Сборник трудов АН УССР. Киев.: Наукова думка, 1977 - 120 с.

37. Кадо X. Экспериментальное исследование энергии в закрученном турбулентном потоке.// Хэмедзи когё дайгаку кэнюо хококу, 1979, №32.а, с23 30.

38. Катковский Е.А., Полетаев Г.Н. Волновые процессы в гидросистемах. М.: Институт атомной энергий, 1975 400 с.

39. Кельберт И.Я., Сазонов И.А. Распространение импульсов в жидкостях./ Сборник научных трудов АН СССР. М.: Акустический институт, 1985 -с 24-25

40. Киреев В.Е. Обоснование и разработка принципиальной схемы газоотделителя для одноковшовых экскаваторов // Гидропривод и системы управления строительных, тяговых и дорожных машин: Сб. науч. тр. ОмПИ, 1985. - С. 54-59.

41. Колесников А. А, Нестационарные двухфазные газожидкостные течения в каналах. Минск. Наука и техника, 1986.

42. Комияяма М. Аномальные явления в рабочих жидкостях и улучшение качества таких жидкостей // Юацука секкей, 1969, т. 7, № 11, С. 98106.

43. Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических систем станков. М.: Машиностроение, 1976.

44. Котух В.Г. Создание малошумных комплектных гидроприводов на давление до 31 мПа: Исполнительные рекомендации. М.: НИИ Машиностроения, 1984 48 с.

45. Кравчун П.Н. Генерация и методы снижения шума и звуковой вибрации: Некоторые аспекты состояния проблемы. М.: МГУ, 1991 — 182 с.

46. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: Мир, 1985 519 с.

47. Лагунов Л.Ф., Осипов Г.Л. Борьба с шумом в машиностроении. М.: Машиностроение 1980 148 с.

48. Лангош О. Борьба с шумом при работе гидравлических машин. // Olhydraulik und Pneumatik, 1972, у. 16, № 9, S. 393-396.

49. Лейзер И. Г. Исследование звукоизоляции ограждений на моделях. Вопросы звукоизоляции в архитектурной акустике. Сборник/Под ред. В. Н. Никольского. М.: Госстройиздат, 1959 с. 29 — 46.

50. З.Ляпидевский В.Ю., Тешуков В.М. Математические модели распространения длинных волн в неоднородной жидкости. Новосибирск.: 2000- 419 с.

51. Материалы семинара борьба с шумом и звуковой вибрацией. М.: МДНТП, 1991 106 с.

52. Миткович И.Я. Гидродинамические источники звука. Л.: Судостроение, 1972- 420 с.

53. Морз Ф. Колебания и звук. М.: ГИТТЛ, 1949. 496 с

54. Мунин А. Г.,Кузнецов В.М. Аэродинамические источники шума. М.: Машиностроение, 1981 248 с.5 8. Никифоров А. С. Акустическое проектирование судовых конструкций.Л.: Судостроение, 1990 200 с.

55. Попкова В.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. JL: Судостроение, 1983 496 с.

56. Попов Д. Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М.: Машиностроение, 1982, - 240 с.

57. Ребел Й. Конструктивные мероприятия для уменьшения шума гидроагрегатов. // Olhydraulik und Pneumatik, 1974, v. 18, № 10, S. 741744.

58. Сасаки Т., и др. Регенерация гидравлического масла путем удаления частиц воды, воздуха и твердых механических примесей с целью продления срока его годности // Юацу гидзюцу, 1978, т. 2, № 15, с. 44-53.

59. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение. 1988.

60. Седов JI. И. Методы размерности и подобия в механике. М.: Гостехтеориздат, 1957 375 с.

61. Скворчевский Е.А., Жернняк А.И. Снижение шума аксиально поршневых насосов. М.: Машиностроение, 1981 20 с.

62. Скворчевский Е.А.,Пеккер Ю.И. Проектирование и изготовление гидроприводов машин с учётом обеспечения минимального уровня шума. М.: Мосстанкин, 1979. 120 с.

63. Скрицкий В. Я., Рокшевский В. А. Эксплуатация промышленных гидроприводов. М.: Машиностроение, 1984 —176 с.

64. Скучик Е. Основы акустики. Т. 1. М.: Мир, 1976 520 с.

65. Скучик Е. Основы акустики. Т. 2. М.: Мир, 1976 544 с.

66. Тейлор Р. Шум . М.: Мир 1978 -307 с.

67. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М: Государственное издательство физико-математической литературы. 1959. с.439.

68. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / И.Г Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А.Бнатов и др.; Под ред. В.М. Школьникова. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Издательский центр Техинформ, 1999. - 596 с.:ил.

69. Трена Г. Окисление рабочих жидкостей гидравлических систем -причина многочисленных неисправностей // Энерджы флюиде, 1982, -С. 32-34.

70. Тур В.П. Борьба с шумом на пути его распространения. Киев, Наукова думка 1974- 140 с.

71. Усов А. А. Рыбкин Е. А., Шестеренные насосы для металлорежущих станков. М.: Машгиз, 1960, - 188 с.

72. Федосеева А.А. Механика импульсных процессов. М.: Наука 1987 -66с.

73. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкости. М.: Мир 1991 -287 с.

74. Фомичёв В.М. Работа электрогидравлических усилителей мощности в условиях внешних механических вибраций. // Вестник машиностроения. 1975, №5, с10 13.

75. Харазов А. М. Техническая диагностика гидропривода машин. М.: Машиностроение, 1979 112 с.

76. Хархус М. Уменьшение колебаний давления в жидкостных трубопроводах. Перевод статьи из журнала Olhydraulik und Pneumatik, voe 25 1981 № ю, 802; 804-806. М. 1982.

77. Холодов A.M. Основы динамики землеройно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1968, 156 с.

78. Хорошев Г.А., Петров Б.И. Шум судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха . Л.: Судостроение, 1974 198 с.

79. Чупраков Ю.И. Гидравлические системы защиты человека от общей вибрации. М.: Машиностроение, 1987,- 153 с.

80. Шевченко О.И., Герасимова Н.Н. Причины возникновения шума и вибрации шарикоподшипников / Обзор. М.: ВНИПП, 1968, - 89 с.

81. Шёллер К. Уменьшение шума гидравлических станков. Olhydraulik und Pneumatik, 1976, v. 20, № 6, S. 387-390.

82. Якименко Я.Я. Снижение вибрации гидросистем. М.: Машиностроение, 1968 80 с.

83. Kleinbreuer W. Kavitationserosion in olhydraulischer Systemen II VDI -Nschrichten, 1980,v. 34, № 31,-S. 10.

84. Lipphardt P. Kompression von dispergierter Luft in Hydrauliksystemen und deren Auswirkungen auf das Druckubertragungsmittel // Industrie -Anzeiger, 1976, vol. 98, № 51, -S. 883-887.

85. Lohrentz H.-J. Micro-Dieseleffect als Folge der Kavitation in Hydrauliksystemen // Olhydraulik und Pneumatik, 1974, v. 18, № 3, S. 175-180.

86. Theissen H Volumenstrompulsation von Kolbenpumpen// Olhydraulik und Pneumatik. 1980. N8. S. 588-591.95

87. Wolff P. Bemerkungen zum Problem der Luftausscheidung und Kavitation in olhydraulischen Systemen // Kavitation, 1977, -S.l 70-188.

88. Alam M., Arakeri V.H. Observations on transition in plane bubble plumes // J.Fluid Mech., 1993, vol.254, pp.363-374.

89. Delnoig E., Kupers J.A M.,SWAAIJ W.P.M. Dynamic simulation of gasliquid two-phase flow: effect of column aspect ratio on the flow structure //Chemical Engineering Science, 1997, vol. 52, №21/21, pp.3759-3772.

90. Kleinbreuer W. Kavitationserosion in olhydraulischer Systemen //VDI -Nschrichten, 1980, v.34, №31, S.10.

91. Prasad A.K., Koseff J.R.,1989, Reynolds number and-wall effects on a lid-driven cavity flow // Physics of Fluid, 1989, №2, pp.208-218.

92. Zang Y.Z., Street R.L., Koseff J.R. A dynamic mixed subgrid-scale model and its application to turbulent recirculating flow //Physics of Fluid, 1993, №5, pp. 3186-3196.96