Автореферат Куттыбаева


УДК  628.517.2:669                                                                 На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

КУТТЫБАЕВ САНСЫЗБАЙ КУТТЫБАЕВИЧ

 

 

Снижение шума  направляющих труб токарных автоматов

 

 

05.26.01 – Охрана труда

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2008

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан.

 

 

Научный руководитель:           академик НАН РК, доктор технических наук

                                                       Сулеев Д.К.

 

Официальные оппоненты:       доктор технических наук

                                                        Шакиров А.Т,

                                                        кандидат  технических наук

                                                        Касенов К.М.

                                                      

 

Ведущая организация:              Институт горного дела имени Д. А. Кунаева

 

 

 

Защита состоится «30» октября 2008 года в  14.30  на заседании диссертационного совета Д 14.61.25 при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева по  адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, корпус НК, 1 этаж, конференц-зал.

 

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева.

 

 

 

 

Автореферат разослан «___» ____________ 2008 г.

 

 

 

 

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук                                                               М.Т.Жараспаев 

 

Введение

 

Актуальность исследований. Снижение шума в жизнедеятельности человека становится актуальной проблемой. Среди всех шумов, оказывающих воздействие на человека выделяется шум производственного происхождения. Уровень производственного шума существенно подрос. Это вызвано использованием высокопроизводительных машин и механизмов, возрастанием рабочих скоростей. Одним из самых распространенных видов производственного шума является механический шум. Уровни этого  шума достигают 120 дБ. Во многих отраслях промышленности преобладают шумы импульсные и ударные, которые выделяются как весьма вредные. Неожиданные и ударные шумы могут вызвать реакцию испуга и неадекватность поведения. Своеобразное негативное действие шума ударного происхождения может вызвать повышение кровяного давления, частоты дыхания, синусовую аритмию и снизить умственную работоспособность.

Шум наносит вред не только здоровью людей, но и экономике страны. Так люди, занятые трудом умственной напряженности, делали на фоне шума в 70 дБ почти в два раза больше ошибок, чем в тишине. Работоспособность занятых умственным трудом падает примерно на 60%, а физическим - на 30%.

Шум ударного происхождения наиболее характерен для промышленности (металлообработка, машиностроение, станкостроение) и обуславливает соударение машин и механизмов в процессе работы. В металлообработке одними из самых производительных станков являются токарные автоматы. Однако шум этих станков превышает санитарные нормы на 20-25 дБА. К сожалению, страдает рабочий персонал этих цехов. В некоторых цехах количество шумящих токарных автоматов достигает нескольких десятков, что еще более усугубляет условия труда. Основным источником повышенного шума этих станков является направляющие трубы токарных автоматов, внутри которых обрабатываемый вращающийся пруток совершает интенсивные ударные процессы по стенкам трубы.

В этой  связи исследования, направленные на  снижение  шума  ударного  происхождения  направляющих труб токарных автоматов,  являются  весьма  актуальными.

Целью работы является снижение шума ударного происхождения в направляющих трубах токарных автоматов.

Основная идея работы заключается  в оценке уровней шума, излучаемого направляющими трубами токарных автоматов и разработке новых конструкций малошумных направляющих труб токарных автоматов за счет демпфирующих свойств металлических материалов.

Задачи исследования:

- оценить акустические, демпфирующие свойства известных направляющих труб токарных автоматов (НТТА)

- разработать новые конструкции НТТА, обладающие повышенными демпфирующими свойствами:

- разработать новые демпфирующие сплавы на основе железа, из которых можно изготовить элементы НТТА, обеспечивающие снижение шума и вибрации;

- осуществить опытно – промышленную проверку результатов исследования.

Предметом исследования являются направляющие трубы токарных автоматов, генерирующие при работе шум повышенного уровня.

Объектом исследования являются металлообработка, машиностроение, станкостроение, характеризуемые повышенным уровнем шума, из-за эксплуатации направляющих труб токарных автоматов.

Метод исследований. В диссертации использована методика исследований, включающая аналитический обзор литературы, патентный поиск, обобщение международного опыта создания малошумных НТТА и демпфирующих сплавов, физическое моделирование, экспериментальные исследования, статистические методы обработки результатов исследований.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

- экспериментально установлено, что направляющая труба токарного автомата (НТТА-С), состоящая из наружной         цилиндрической трубы и внутренней трубы, в форме усеченного конуса, (между ними- виброизолирующий сыпучий материал плотностью не менее 1200 кг/м3), обеспечивает снижение шума соударений на 8-13 дБА при обработке пруткового материала при условии, что соотношение диаметров конуса большого и малого диаметров внутренней трубы составляет 1:2,2, а конструкция внутренней конической трубы представляет двухслойный металлический материал с пределом прочности (sв) не менее 500 МПа;

 - научно установлено, что направляющая труба токарного автомата (НТТА-К), внутри которой установлены демпфирующие втулки из демпфирующего сплава на основе железа (0,09% С; 1,48% Сr; 0,45% Mn; 0,51% ванадия) обеспечивает снижение производственного шума ударного происхождения на 5-10 дБА при условии, что расстояние между втулками состовляет (1-2) l 2000, где l 2000 – длина продольной звуковой волны в воздухе на частоте 2000 Гц, а втулки имеют односторонние конические поверхности для свободного прохождения прутка;

- демпфирующие втулки НТТА-К представляют собой «сэндвич» металл-неметалл и имеют соотношение толщины слоев (0,1-0,2) l 2000, что обеспечивает снижение шума соударений и улучшает условий труда рабочих автоматного цеха.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана направляющая труба токарного автомата конфигурации «труба в трубе» с виброизоляцией из сыпучего материала, обеспечивающая снижение шума соударений на 8-13 дБА;

       - разработана направляющая труба токарного автомата модели НТТА-К, снабженная внутри демпфирующими элементами из сплава с повышенными демпфирующими свойствами (0,09% С; 1,48% Сr; 0,45% Mn; 0,51% V, остальное - железо);

- демпфирующие втулки к НТТА-К имеют конструкцию «сэндвич», что способствует гашению шума соударений токарного автомата.

Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается использованием теоретических положений демпфирования в металлических материалах; теории звука и затухания; материаловедения; достаточной сходимостью расчетных и экспериментальных данных звукоизлучения, диссипации; многочисленными фактами тугоухости у работников автоматных цехов; положительными результатами опытно-промышленной проверки в реальных производственных условиях на участках токарных автоматов.

Практическая значимость работы заключается в разработанных рекомендациях по улучшению условий труда на участках токарных автоматов; в исследовании акустических характеристик известных модификаций НТТА, характеризующихся пониженным уровнем шума при соударениях.

         Реализация результатов работы. Результаты исследования внедрены на промышленных предприятиях и обеспечено снижение шума на 8 – 12 дБА с экономическим эффектом 750255 тенге в год.

         Апробация работы. Работы доложена на VII Международной научно – практической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности» (октябрь, 2005 г), VIII Международной научно – технической конференции «Новое в БЖД» (октябрь 2006 г), XI Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита в ЧС, токсикология, экономические правовые и психологические аспекты БЖД, логистика). На научно – технических семинарах кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Казахского национального технического университета имена К.И. Сатпаева 2005-2008 гг.

Связь диссертации с планами НИР. Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева. Результаты работы были использованы при выполнении:

- гранта МО и Н РК по теме 6.636П.02 (срок 2002-2006гг., объем финансирования – 700000 тенге) «Разработка новых конструкционных материалов с повышенными демпфирующими свойствами для использования в технике борьбы с шумом»;

- гранта HAH PK по теме 6.649Ф.03 (срок 2003-2005 гг., объем финансирования 2630000 тенге) «Ис­следование процессов дефектообразования и структурно-фазовых превраще­ний в демпфирующих сплавах на основе железа»;

- программы фундаментальных исследований 19.02 по теме: «Исследование структурно-фазовых превращений в демпфирующих спеченных порошковых сплавах» (2006-2008 г.г., объем финансирования 9 000 000 тенге).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованной литературы из 112 наименований, содержащий 120 страниц компьютерного набора, в том числе 42 рисунка, 45 таблиц, 5 приложений.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

Шум большинства металлорежущих станков имеет средний или вы­сокочастотный характер. Наиболее высокие уровни звука создаются при работе токарных, револьверных, фрезерных, карусельных станков. Источ­никами шума в этих станках являются приводы, электродвигатели, режу­щий инструмент, обрабатываемый пруток.

Среди вышеназванных станков выделяются токарные автоматы. Эти станки отличаются высокой производительностью, надежностью и не требуют затрат на обслуживание, однако создаваемый при их работе шум ударного происхождения достигает 100-115 дБА. Основным источником шума являются удары обрабатываемого прутка по внутренним стенкам направляющих труб.

В настоящее время разработано не так много малошумных направ­ляющих труб токарных автоматов. Наиболее известные из них:

-         трубы Новочеркасского станкостроительного завода с использованием пружины переменного диаметра (НСЗ);

-         трубы Горьковского автомобильного завода с ребристыми полиэтиленовыми втулками (ГАЗ);

-         труба ВНИИОТ с двумя соосно располагающимися трубами (ВНИИОТ);

-         трубы с боковыми деревянными накладками (ТБДН);

-         трубы конструкции Утепова Е.Б. (12 модификаций У1-У12).

Однако использование этих НТТА ограничено из-за следующих недостатков:

-         трудности, связанные с заменой пружин при ее износе (НСЗ);

-         при обработке многогранных прутков сбиваются грани (НСЗ; У-1);

-         сложность конструкции (НСЗ; ГАЗ);

-         недостаточная эффективность гашения шума (У-7);

-         возможность повреждения станка из-за попадания песка в шпиндель
(1В116П);

-         снижение производительности труда из-за необходимости осуществления операций завинчивания крепёжных винтов (У-2, ТБДН);

-         сложность крепления подпружиненных подшипников (У-5);

 - невозможность обрабатывать прутки разных диаметров (У-6; У-1;
ГАЗ; ВНИИОТ; НСЗ; У-9);

-         возможность загрязнения рабочих узлов станка солидолом (У-8);

-         недостаточная прочность демпфирующих элементов (ГАЗ; У-10).

Наиболее перспективным методом снижения шума ударов прутка о направляющую трубу является использование металлических материалов на основе железа (стали и сплавов), обладающие повышенными диссипативными характеристиками. Преимущества использования железоуглеро­дистых сплавов с повышенными диссипативными свойствами для сниже­ния шума в НТТА следующие:

-         высокая износостойкость;

-         нет потребности в изменении габаритов станка;

-         невысокая стоимость этих сплавов по сравнению с цветными металлами;

-         в отличие от неметаллических материалов, эти сплавы инертны к воз­-
действию масла и высокой температуры.

Исследования шума НТТА осуществляли на установке УШНТЕ-1. Характеристики УШНТЕ-1 приближены к реальным токарным автоматам.

Схема установки представлена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

1- токарный автомат 1В116П; 2- направляющая труба; 3- стойки направляющей трубы; 4- обрабатываемый пруток; 5- хомут крепежный; 6- виброизолирующие опоры; 7- шумомер; 8- осциллограф; 9- самописец; 10- микрофон; 11- соединительные провода; 12- демпфирующие элементы; 13- пол цеха; 14- шпиндель станка; 15- винты крепления.

 

 

Рисунок 1 - Установка для исследования шума направляющих труб токарных автоматов УШНТЕ-1

 

 

В качестве токарного автомата выбрали две модели: 1В116П и 1Е140.

Демпфирующие элементы (втулки) изготавливали из стандартных сталей 10, 15Х, 45 и выплавленных опытных сталей КС-1, КС-2, КС-3, КС -4, КС-5, КС-6. Демпфирующие элементы  направляющей трубы токарного автомата показаны  на  рисунке  2.

Опытные стали показанные в таблице 1 выплавляли в тигельной индукционной печи емкостью 12 кг с основной футеровкой. Исходным материалом служил металлический лом. Сталь разливали в кокиль размером 210х115х115 мм.

 

 

 

 

 

 

Д1 - наружный диаметр демпфирующего элемента, соответствую­щий внутреннему диаметру направляющей трубы; Д2 - внутренний диаметр демпфирующего элемента, восприни­мающий удары обрабатываемого прутка; L1- цилиндрическая часть демпфирующего элемента воспринимающая удары прутка (размер с); L2- цилиндрическая наружная часть демпфирующего элемента

 

Рисунок 2 - Демпфирующий элемент (втулка) направляющей трубы токарного автомата

 

После отливки и охлаждения, слитки подвергали ковке при температуре 1100-1150°С.

После горячей ковки из заготовки изготавливали демпфирующие втулки (элементы) для направляющей трубы токарного автомата. Термообработка втулок заключалась в нагреве до Асз+500С, выдержка 0,5 часа; охлаждение c печью (отжиг); нагреве до Асз+50 выдержка 0,5 часа, охлаждение на воздухе (нормализация); нагреве до Асз+50, выдержка 0,5 часа, охлаждение в масле (закалка), нагрев закаленной втулки до 2000 С, охлаждение (низкий отпуск).

Исследовали как известные направляющие трубы токарных автоматов, так и вновь созданные. В результате экспериментальной работы были разработаны две модификации направляющих труб токарных автоматов (НТТА-С и НТТА-К), отличающиеся конструктивно и обладающие повышенной диссипацией звуковых колебаний вращающегося обрабатываемого прутка.

Направляющая труба токарного автомата модели НТТА-С представляет собой металлическую цилиндрическую трубу, внутри которой установлена внутренняя металлическая труба в виде усеченного конуса. Между трубами засыпан песок речной плотностью 1200-2500 кг/м3 для виброизоляции. Торцы трубы заварены шайбами. Одним из недостатков направляющих труб токарных автоматов с виброизоляцией из песка – возможность попадания песка в токарный автомат (после износа внутренней трубы от ударов прутка), поэтому необходимо было исключить это. Для этого внутренняя труба НТТА в виде усеченного конуса имеет двухслойную стенку с пределом прочности не ниже 500 МПа. При этом учтено, что при конической форме внутренней трубы (при соотношении диаметров 1:(2,2÷2,5) существенно сокращаются соударения обрабатываемого прутка и НТТА. При этом больший диаметр внутренней трубы (усеченного конуса) располагается ближе к шпинделю, для того чтобы высокоамплитудные колебания прутка  демпфировались малым диаметром НТТА, а при приближении к шпинделю прутка с низкоамплитудными колебаниями прутка по мере выработки, соударения отсутствуют из-за удаления НТТА от прутка. Низкоамплитудные колебания прутка при вращении недостают стенок трубы.

Направляющая труба токарного автомата модели НТТА-К показанная  на  рисунке  3  состоит из цилиндрической металлической трубы и установленными внутри демпфирующими элементами (втулками). Демпфирующие элементы могут крепиться как посредством электросварки, так и резьбой. Имеется возможность менять расстояние между демпфирующими втулками, но оптимальное расстояние между ними равно 17-34 см или (1-2) l2000,    где l 2000 – длина продольной звуковой волны в воздухе на частоте 2000 Гц, равная 0,17 м. При таком расстоянии вращающийся обрабатываемый пруток или не касается направляющей трубы, или кратковременно входит в соударение с внутренними стенками НТТА.

 

 

 

а - для случая пруток длиннее трубы

б- для случая пруток короче трубы

 

1 - обрабатываемый пруток; 2-5 - демпфирующие металлические втулки из СВД; 6 - направляющая металлическая труба токарного автомата

 

Рисунок 3 – Схема малошумной направляющей трубы токарного автомата с демпфирующими элементами (втулками)

 

Определенный интерес представляло исследование затухания звуко­вых волн в сталях с закаленной структурой и сравнение этих данных с за­туханием в тех же сталях после нормализации и отжига.

Как видно из результатов исследований, закаленная структура сплава КС-3 генерирует шум минимального уровня (75 дБА) по сравнению с отожженной (80 дБА) и литой (78 дБА). Причина повышенного затухания шума заключается в структурных превращениях сплавов, из которых изготовлены демпфирующие элементы (втулки).

Превраще­ние аустенита в мартенсит резко отличается от других процессов. Это бездиффузионный процесс. Однако свойства мартенсита зависят от многочисленных факторов, не го­воря уже о структурном состоянии сплава после закалки, когда в зависи­мости хотя бы от 2-х основных факторов – скорости охлаждения и степе­ни легирования, могут образоваться и другие промежуточные структуры в сплаве.

Таким образом, изученные акустические свойства сталей после закал­ки позволяют сделать вывод о влиянии закаленной структуры на демпфи­рующую способность стали. В целом, если судить по уровню звука, за­калка обеспечила повышение демпфирующих свойств исследованных сталей. В отдельных случаях звукоизлучение закаленной структуры сни­жалось    на

5-10 дБА по сравнению с исходным состоянием (после литья). Если при закалке, наряду со структурой мартенсита, образуются промежуточные структуры, что свидетельствует о недостаточной скоро­сти охлаждения, то демпфирующие свойства при этом снижаются.

Встречающиеся в эксперименте аномалии при сравнении звукоизлучения закаленной и незакаленной структур объясняются сложным строе­нием мартенсита, которое зависит от многочисленных факторов, меха­низма образования мартенсита и в конечном итоге его формы и способно­сти к последующему распаду.

 

 

Таблица 1 - Химический состав и механические свойства исследованных сталей

 

Марка стали

Химический состав, % вес

Механические свойства

С

Si

Mn

Cr

V

Другие

Элементы

sв,

МПа

d5

y

ан,

Дж/см2

sт,

МПа

%

15Х

0,12-0,18

0,17-0,37

0,4-0,7

0,7-1,0

-

≤0,035 S; 0,035 P; 0,30 Cu; 0,3 Ni

 

700

12

45

70

500

10

0,07-0,14

0,17-0,37

0,35-0,65

0,15

-

340

33

60

60

210

45

0,42-0,50

0,17-0,37

0,5-0,8

0,25

-

610

16

40

50

360

КС-1

0,08

0,45

0,52

0,7

0,5

330

30

55

80

210

КС-2

0,06

0,20

0,9

1,4

0,5

0,035 S; 0,035 P; 0,35 Cu;

0,4 Ni

310

35

60

70

200

КС-3

0,35

0,18

0,99

1,1

0,42

500

20

45

75

350

КС-4

0,09

0,25

0,51

1,21

0,46

320

35

50

75

220

КС-5

0,09

0,30

0,45

1,48

0,51

310

35

45

70

250

КС-6

0,1

0,38

0,30

0,30

0,3

320

30

40

75

220

Таблица 2 – Уровни звука и уровни звукового давления НТТА с демпфирующими элементами из разработанных сплавов после литья и термообработки

 

п/п

№ сплава трубы

 

 

УЗД, дБ в октавных полосах со среднегеомет­рическими частотами, Гц

Уровень звука, дБА

Состояние материала

 

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

1

БП

65

63

68

70

70

69

64

63

72

-

2

КС-1

68

72

80

86

85

78

77

75

82

Литое

3

КС-1

69

71

77

82

81

77

76

76

85

Отожженное

4

КС-1

67

73

79

87

86

79

78

74

89

Нормальное

5

КС-2

63

67

70

74

75

73

67

64

77

Литое

6

КС-2

65

68

70

72

72

71

67

65

75

Отожженное

7

КС-2

63

67

71

75

77

74

69

65

79

Нормальное

8

КС-3

65

69

71

75

75

73

70

68

78

Литое

9

 

КС-3

64

71

71

77

77

73

72

70

80

Отожженное

10

КС-3

67

68

70

72

73

71

71

69

75

Закаленное

11

КС-4

67

72

76

74

75

74

73

69

77

Литое

12

КС-4

68

71

73

74

77

76

75

71

80

Отожженное

13

КС-4

67

73

74

75

74

74

75

72

76

Нормальное

14

КС-5

68

73

74

76

78

75

71

68

80

Литое

15

КС-5

67

71

72

75

75

74

71

69

78

Отожженное

16

КС-5

67

73

75

77

77

76

72

70

80

Нормальное

17

КС-6

72

76

82

87

88

78

78

72

90

Литое

18

КС-6

70

73

78

83

85

77

77

70

86

Отожженное

19

КС-6

68

75

83

89

90

82

83

71

92

Нормальное

 

В таблице 2 представлены уровни звука и уровни звукового давления направляющих труб токарных автоматов с демпфирующими втулками из выплавленных сталей КС-1, КС-2, КС-3, КС-4, КС-5, КС-6 после литья и различных видов термической обработки (отжиг, нормализация, закалка). Эксперименты показывают, что звукоизлучение при соударении изменяется существенно. Например, уровень звука НТТА-С с демпфирующими втулками из стали КС-1 после литья в кокиль составляет 82 дБА, а после отжига – 79 дБА, если же литой образец подвергнуть нормализации, то уровень звука соответствует 80 дБА. Сталь КС-3 (0,35% С) после литья в кокиль при соударении генерирует шум на уровне 80 дБА; после отжига – 77 дБА; закалка снижает шум до 74 дБА.

         Процессы затухания звука в сплавах связаны с поведением дефектов кристаллической структурой. Поликристаллический материал в данном случае сталь, пред­ставляет собой не просто конгломерат зерен, а сложное образование с многочисленными свойствами. Исследуемые сплавы находились в состоянии после горячей пластической деформации с последующим охлаждением на воздухе. Кроме чисто рекристаллизационных процессов, когда температура конца пластической деформации была выше температуры критических точек, будет иметь место фазовая перекристаллизация и выделение избыточных фаз. И все же, несмотря на сложность процесса взаимодействия поликристаллического тела со звуко­вой волной, можно отметить, что при этом наблюдается определенная за­кономерность диссипации энергии звука.

Затухание звуковой волны связано с рассеиванием энергии на зернах, которое приводит к потерям энергии распространяющейся волны. Так как поликристаллическое тело представляет собой упруго анизотроп­ную среду, то это будет сказываться и на скорости распространения звуковой волны. Рассеянная мощность будет зависеть от диаметра зерна и  отно­шения длины волны к размеру зерна. Структурные превращения в разработанных сталях обеспечивают повышение демпфирующих свойств, что гарантирует снижение шума при работе этих деталей, механизмов.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

         Диссертация является квалификационной научной работой, которая содержит новые научно-обоснованные результаты, использование которых обеспечивает решение важной прикладной проблемы снижения производственного шума в направляющих трубах токарных автоматов за счет создания демпфирующих сплавов и модернизации конструкции НТТА.

         В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи снижения шума в источнике возникновения – в направляющих трубах токарных автоматов за счет создания демпфирующих сплавов на основе железа, легированных хромом и ванадием, а также за счет конструктивных решений.

         Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

         - выплавлены сплавы на основе железа, легированные хромом и ванадием КС-1, КС-2, КС-3, КС-4, КС-5, КС-6, из которых КС-3 и КС-6 обладают повышенными демпфирующими свойствами, что обеспечивает пониженное звукоизлучение при соударениях обрабатываемого прутка на 5-10 дБА;

         - сконструирована направляющая труба токарного автомата НТТА-С, состоящая из двух труб: наружной цилиндрической, внутренней – в виде усеченного конуса; между ними виброизоляционный слой из сыпучего материала, плотностью не менее 1200 кг/см3; эффективность шумогашения этой трубы составляет 8-13 дБА;

         - внутренняя труба в форме усеченного конуса направляющей трубы токарного автомата НТТА-С отличается от аналогов соотношением диаметров конуса 1:2,2, что обеспечивает минимальное соударение обрабатываемого прутка;

         - смоделирована направляющая труба токарного автомата НТТА-К, имеющая внутренние демпфирующие втулки из демпфирующего сплава на основе железа, при этом расстояние между втулками составляет (1-2) l 2000, где l 2000 – длина продольной звуковой волны на частоте 2000 Гц, а втулки имеют односторонние конические поверхности для свободного прохождения прутка внутри трубы;

- термообработка демпфирующих втулок (закалка, низкий отпуск) обеспечивает демпфирование колебаний (снижение шума на 6-14 дБА) за счет создания мартенситной структуры;

- исследованы акустические свойства стандартных сталей 10, 15Х, 35, из которых изготавливают детали направляющей трубы токарного автомата;

       - осуществлена опытно-промышленная проверка акустических свойств направляющих труб токарных автоматов моделей НТТА-С и НТТА-К на ТОО «Серако» и ТОО «Актан Батыр», подтвердившая демпфирующие свойства сконструированных направляющих труб токарных автоматов;

       - получен ожидаемый экономический эффект 750255 тенге в год от внедрения направляющих труб токарных автоматов.

Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель работы достигнута, задачи исследования решены, результаты исследования доведены до внедрения.

Разработка рекомендации исходных данных по конкретному использованию результатов. Результаты исследования необходимы для технологов, конструкторов машиностроительных, металлообрабатывающих предприятий, специалистам по охране труда для снижения шума направляющих труб токарных автоматов.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Годовой экономический эффект (ожидаемый) от внедрения малошумных направляющих труб токарных автоматов  составил 750255 тенге в год.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. В работе получены демпфирующие сплавы КС-3 (0,35% С; 1,5% Сr; 0,4% Mn; 0,42% Si, остальное - железо), КС-6 (0,1% С; 0,3% Сr; 0,3% Mn; 0,38% Si, 0,3% V, остальное - железо) изготовленные, из которых демпфирующие втулки обеспечивают снижение шума при обработке прутка на токарном автомате. Смоделированы две конструкции НТТА с повышенными диссипативными свойствами. По результатам этих исследований готовятся материалы на патенты. Аналогичные работы в Казахстане не проводятся.

 

 

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

 

1 Утепов Т.Е., Куттыбаев С.К., Турлыбекова М.Р., Болатбаева Т.А., Серикбаев М.А. Снижение шума соударений. Алматы: КазНТУ, 2008 – 134 с.

2 Утепова А.Б., Мединский А.И., Болатбаева Т.А., Куттыбаев С.К., Заликанова И.П. Применение демпфирующих сплавов для снижения шума механического происхождения. Алматы: КазНТУ, 2008 – 109 с.

3 Турлыбекова М.Р., Куттыбаев С.К., Садвакасов Е.Е., Минжасаров Б., Абдиев К.И., Серикбаев М.А. Разработка демпфирующих сплавов для изготовления труб. //Вестник КазНТУ имени К.И. Сатпаева,  Алматы, 2007, №1 (58).  С. 161-167

4 Сулеев Д.К., Утепов Е.Б., Куттыбаев С.К., Мукашулы А., Утепова Г.Е., Уразбахова А.,Нюсупова А.Б., Жумадилова Ж.О., Болатбаева Т.А. Малошумная направляющая труба. //Труды восьмой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, логистика) Часть 1,  Алматы: КазНТУ, 2006. – С. 28-29

5 Утепов Т.Е., Куттыбаев С.К. Устройство для гашения шума токарного автомата //Труды восьмой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, логистика). Часть 1 Алматы: КазНТУ, 2006.- С. 38-39

6 Утепов Е.Б., Сулеев Д.К, Куттыбаев С.К., Тыналина Г.Б., Абдрасилова Ж.Х., Жумадилова Ж.О., Ерконыр А.К., Қалдыбаева С.Т., Тусупкалиева Э.А. Актаева Ж.У. Теміркөміртекті құймалардың акустикалық қасиеттерін зерттеу //Труды девятой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, логистика) Часть 1, Алматы: КазНТУ,  2007г.   С. 231-235

7 Сулеев Д.К., Утепов Е.Б., Дуйсенбаева А., Курылев В.В., Куттыбаев С.К., Тыналина Г.Б. Исследование акустических и демпфирующих свойств стандартных рессорно-пружинных сталей. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в ЧС, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, экологии). Сборник научных публикаций Выпуск 3. – Алматы: Каз НТУ, 2007. С.58-61.

8 Утепов Е.Б., Утепова Г.Е., Заликанова И.П., Куттыбаев С.К., Урикбаева Г.А., Алимбетова А.Ж. Изучение акустических и диссипативных свойств новой демпфирующей стали марки КК – 4. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в ЧС, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, экологии): Сборник научных публикаций. Выпуск 3. – Алматы: Каз НТУ, 2007. – С.49-52

 

 

Түйін

 

Құттыбаев Сансызбай Құттыбаевич

 

Жону  автоматтарының  бағыттаушы  құбырларының  шуын  төмендету

 

Өндірістік шу еңбек үрдісінің зиянды факторларының бірі болып табылады. Оның есту мүшелеріне, жүйке жүйелеріне адамның басқа өмірлік маңызды  жүйелеріне әсері белгілі.

Соққылы негіздегі шу өндіріске тән (металлөңдеу, машина жасау, станок жасау) және еңбек үрдісінде машиналар мен механизмдер  соққысына себепкер болады. Бұл мәселе қазіргі заман  құрал-жабдықтарын қарқынды импульсті жүктемелер шарттарында пайдалануда бөлінетін әр түрлі конструкцияларды бағалаумен байланысты.

Темір кесетін станоктардың басым бөлігінің шуы орта және жоғары жиілікті сипатқа ие. Дыбыстың жоғары деңгейлері жону, револьверлі, фрезерлі, каруселді станоктар жұмысы кезінде бөлінеді. Бұл станоктарда шу көздері  жекетер,  электрқозғалтқыштары,  кесу  құралы,  өңделетін  сым.

Жоғарыда айтылған станоктар арасында жону автоматтарын бөліп қарау керек. Бұл станоктар жоғары өнімділікке ие, сенімді, қызмет көрсету шығындарын қажет етпейді, бірақ бөлінетін шу 100 – 115 дБА құрайды. Шудың негізгі көзі бағыттаушы құбырлардың ішкі қабырғаларында өңделетін  сым  соққысы.

Осы себептен жону автоматтарының бағыттаушы құбырларының соққылы  шуын  төмендету  өзекті  болып  табылады. 

Жұмыстың мақсаты жону автоматтарының бағыттаушы құбырларының (ЖАБҚ) соққылы  шуын  төмендету болып  табылады.

Зерттеу объекті машина  жасау  цехтарының  жону  автоматтары.

Зерттеулерді жүргізу әдісі: жұмыста ғылыми әдеби мәліметтер мен патенттік  іздестіруді, физикалық модельдеуді, қазіргі  заман  аппаратурасын пайдалану (Октава – 101 А бірінші дәлдік класты шуөлшер) жолымен дыбыс бөлуді тәжірибелік зерттеу, зертханалық жағдайда дыбыс бөлуді тәжірибелік зерттеу, сонымен қатар, математикалық статистиканы қолданатын кешенді зерттеулер әдістемесі пайдаланылды.

Жұмыстың нәтижиелері бойынша жону автоматтарының бағыттау құбырларының модификациялары  конструкциясы жасалынды: ЖАБҚ – С моделді жону автоматының бағыттаушы құбыры, құрамында сыртқы цилиндр қабаты мен ішінде кесілген конус түрінде ішкі құбыры бар, сусымалы материалы бар бағыттаушы құбырлы, тығыздығы 1200 кг/м3, конусты  құбыр диамерлері  ара  қатынасы 1:2,2, ал  конустық  ішкі  құбыр беріктік шегі 500 МПа кем емес екі металл қабатынан  тұрады; екінші бағыттаушы  құбыр ЖАБҚ -К, бәсеңдету қорытпа (0,09% С; 1,48% Сr; 0,45% Mn; 0,51% V, қалғаны - темір) втулкалары бар цилиндр металл құбырынан тұрады.

- демпферлеу втулкаларының термооөңделуі дыбыс энергиясы диссипациясына әсер  етеді және  күйдіру  мен  төменгі  босаңдату шуын  6-9 дБА төмендетуге мүмкіндік береді, мысалы КС-1 қорытпасы құюдансоң соққы дыбысы деңгейі 82 дБА, егер бұл қорытпаны күйдірсе (8700Сқыздырып, пеште суыту), дыбыс деңгейі 3 дБА  төмендейді және 79 дБА құрайды. КС-1 құю қорытпасының қалыптандыруы ДҚД 2 дБА төмендетеді. КС-2 қорытпасының  термоөңделуі  шуды 5 дБА төмендетеді (күйдіруден соң 75 дБА, құюдан соң - 80 дБА). КС-3 күйдірілген қорытпасы шуды 74 дБА төмендетеді, бұл 6 дБА төмен, ал құйылған қорытпада күйдірілген  қорытпаға  қарағанда 3 дБА  төмен;

- ЖБАҚ-К құбырының  бәсеңдету  втулкалары «сэндвич» түрінде 2000 Гц жиілікте көлденең дыбыс  толқынның  ауадағы  мәнінен  қалыңдықтары ара  қатынасы (1-2) l2000, тең.

- ЖБАҚ бар мекемелерде нәтижелерді тәжірибелік-өндірістік зерттелуі жүргізілді, бұл дайындалған ЖБАҚ жоғары бәсеңдету қасиеттерін дәлелдейді.

Негізгі конструктивті,  технологиялық және  технико-эксплуатациялық мінездемелері: ЖБАҚ – С цилиндрлі  және конусты  құбырлары  қабырғасы арасындағы сусымалы материалдың діріл оқшаулау қабаты (тығыздығы) жұмыс кезінде зиянды  шуларды өшіруге  мүмкіндік  береді; ішкі  құбырдың кесілген конусы диаметрінің ара қатынасы дыбыс оқшаулаудың тиімді қабатын құрап, сым мен құбырдың соққысының алдын алады; сымды өңдеуде ішкі құбырдың істен  шығуын  болдырмау  үшін  конусты құбырдың екі қабаты конструкциясы қарастырылған; ЖБАҚ-К келесі конструктивті сипаттамаларға ие: бәсеңдету втулкалары құбыр  ішінде белгілі  қашықтықта орналасқан бұл кезде втулкалар сымның құбыр ішінде еркін өтуі үшін конустық беттерге ие болады; бәсеңдету втулкалары «сэндвич» пішініне ие металл – бейметалл қабаттарына ие (1-2) l2000; шуды төмендету үшін втулкалар құрамы өзгеше бәсеңдету қорытпасынан жасалған (0,09% С; 1,48% Сr; 0,45% Mn; 0,51% V, қалғаны - темір).

Ғылыми-зерттеу жұмыстарын енгізу дәрежесі:

Зерттеу нәтижелері «Серако» ЖШС және «Ақтан батыр» ЖШС-де тәжірибелік-өндірістік тексеруден өткен. Жоғары диссипативті сипаттағы демпферлік втулкалы металды құбырдан тұратын жону автоматтың бағыттаушы құбырының шу деңгейіне зерттеулер жүргізілген. Шудың төмендеу эффектісі 10-12 дБА құрады.

Қолдану саласы: машина жасау зауыттарының жону автоматты цехтары.

Жұмыстың экономикалық тиімділігі. Жону автоматтың бағыттаушы құбырын ендіру нәтижесінде экономикалық тиімділігі жылына 750255 (жеті жүз елу мың екі жүз елу бес теңге) теңгені құрады. Экономикалық тиімділігі автоматты цехтың өндірістік жұмысшыларының ауыру санының төмендеу ықтималдығымен алынды.

Зерттеу нысанын дамыту туралы болжамдық ұсыныстар: жасалған аз шулы демпферлік қорытпалардан жасалған втулкалы жону автоматтың бағыттаушы құбырлары жеткілікті беріктілік және дисспативті қасиеттерге ие және жону автоматтар цехында қолданылуы мүмкін. Құбырлар жұмыс орнында шуды төмендетумен байланысты тек қана еңбек жағдайын жақсартып қана қоймай, сонымен қатар бағыттаушы құбырдың жұмыс қызметінің мерзімі жоғарылайды, зиянды діріл деңгейі төмендейді. Жасалған демпферлік қорытпалар тек жону автоматтың бағыттаушы құбырларында емес, сонымен қатар циклді соққылы жүктеме режимінде жұмыс істейтін басқа да тораптар мен бөлшектерде қолданылуы мүмкін.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Resume

 

Kuttybaev Sansysbayi Kuttybaevich

 

Noise reduction in directing pipes of turning automatic devices.

 

Industrial noise is one of harmful factors of labour process. Its influence on ears, nervous system, other vital systems of the person are well-known.

Noise of impulse origin is the most typical for the industry (metal working, mechanical engineering, machine-tool construction), it also causes impact of machines and mechanisms during work. This problem concerns the most actual problems connected with an estimation of behaviour of various designs in conditions of influence of intensive impulsive loadings which arise while modern equipment working. Noise of the majority of metal-cutting machine tools has average or high-frequency character. The highest levels of a sound are created at turning, turret lathe, milling, turnabout machine tools. Sources of noise in these machine tools are drives, the electric motors, the cutting tool, processable cane.

Among the above-mentioned machine tools turning automatic devices are allocated. These machine tools differ by high efficiency, reliability and demand small expenses for the service, however noise of a impulse origin created at their work reaches 100-115 dBA. The basic sources of noise are impacts of processable cane on internal walls of directing pipes. In this connection the researches directed on decrease of noise of impulse origin in directing pipes of turning automatic devices, are rather actual.

The purpose of work is decrease of noise of impulse origin in directing pipes of turning automatic devices. Turning automatic devices of machine-building and metal cutting manufactory are chosen as object of research.

Method of work: work uses complex method of scientific researches including the state-of-the-art review and scientific generalization of literary data and patent search, physical modeling of process of impact in laboratory conditions, an experimental research of sound generation with use of the modern equipment (set for impulse measurement, the first class of accuracy the Octave-101), use of statistical methods in processing of results of experiment.

By results of work it is possible to note the following:

Updating directing pipes of turning automatic devices-are designed: the directing pipe of the turning automatic device of model, consisting of an external cylindrical pipe and an internal pipe in the form of the truncated cone with vibro isolated  loose material layer, density not below 1200 kg/m3, thus makes a parity of diameters of a conic pipe 1:2,2, and the conic internal pipe consists of two layers of metal with strength not less than 500 mPA , the second directing pipe of the turning automatic device consists of a cylindrical metal pipe with the damping alloyed plugs established inside of it (0,09%С, 1,48%Cr, 0, 45%Mn, 0, 51%V other-iron)

Heat treatment of damping plugs essentially influences on dissipation of sound energy and allows to lower noise after training and low vacation on 6-9 dBA, for example, alloy KS-1 after moulding has a level of a sound after impact 82 dBA, if this alloy exposed to annealing (heating up to 870ºC, with the furnace) that the level of a sound falls on 3 dBA and corresponds to 79 dBA. Normalization of cast alloy КS-1 reduces noise level on 2 dBA. The heat treatment of KS-2 reduces noise on 5 dBA (after annealing 75 dBA, after moulding 80 dBA). Tempered alloy КS-3 is characterized by noise level 74 dBA that is 6 dBA below the cast and 3 dBA below the annealing.

Damping plugs of a pipe represent metal-nonmetal “sandwich” with a parity of thickness 1-2λ, where λ is the length of a longitudinal sound air wave on frequency of 2000 Hz. Trial check of results of research at the enterprises having directing pipes of turning automatic devices, confirmed high damping properties of developed designs.

The basic constructive, technological and technical –working characteristics: vibro isolated loose material layer, (density not below 1200 kg/m3) between walls of cylindrical and conic pipes allows to extinguish  harmful noise at work, a parity of diameters of the truncated cone of an internal pipe creates an optimum layer of vibration and reduces impact of cane  and pipes; the two-layer design of a conic pipe is stipulated for wear prevention of an internal pipe at processing cane ; the pipe has following constructive characteristics: damping plugs are established inside of a pipe on the certain distance (1-2λ), at the same time plugs have conic surfaces for free cane work  inside, damping  plugs have the “sandwich” shape with a parity of thickness metal-nonmetal (1-2λ), for reduction of noise of the plugs are made from damping alloy of original structure (0,09%С, 1,48%Cr, 0? 45%Mn? 0? 51%V other-iron).

Degree of introduction of research work. Trial check of results of research is carried out at LTD “Seraco” and LTD “Aktan batyr”. Noise levels of directing pipes of the turning automatic devices representing a metal pipe with damping plugs from an alloy with raised dissipation  characteristics and two pipes with vibro isolated layer is examined. The effect of reduction of noise has made 10-12 dBA.

The sphere of application: turning automatic in machine-building manufactures.

Economic efficiency of work: by results of introduction of directing pipes of turning automatic devices expected economic benefit of 750255 tenge per year is received. Economic efficiency is received from probable reduction of number of diseases of industrial workers of automatic manufactures.

Offers on development of object of research. The developed quiet directing pipes of turning automatic devices with plugs from damping alloys possess sufficient strength and dissipative properties and can be used in turning automatic devices manufactures. Pipes not only improve working conditions in communication with reduction of noise on a workplace, but also raise service life of work of directing pipes as levels of harmful vibrations decrease. Developed damping alloys can be used not only in directing pipes of turning automatic devices, but also in other units and details working in a mode of cyclic impulse loads.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 26.09.2008

Формат 60х84 1/16. Бумага ксероксная

Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз.

 

__________________________________________________________

 

Издание Казахского национального технического

университета имени К.И. Сатпаева

Издательский центр КазНТУ им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, ул. Ладыгина, 32