Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ источников динамических возмущений пневматического производственного оборудования и инструмента. Существующие математические модели источников шума и средства его снижения
1.1 Источники шума технологического оборудования и инструмента
1.2 Анализ математических моделей динамических процессов в пневматических системах и средств снижения шума производственного оборудования и инструмента 13
1.3 Методы и средства снижения динамических нагрузок и шума пневматического производственного оборудования и инструмента 13
1.4 Анализ конструкций глушителей шума выхлопа пневматического оборудования и инструмента
2. Разработка математических моделей динамических процессов в пневматических системах производственного оборудования и инструмента 56
2.1 Математическая модель процессов движения сжатого воздуха в элементах пневмосистемы 56
2.2 Математическая модель источников шума пневмосистемы с установленным глушителем 67
2.3 Математическая модель для расчета динамических характеристик пневматического производственного оборудования с учетом установки глушителя шума 77
2.4 Математическая модель для расчета динамических характеристик пневматического привода инструмента 80
3 Исследование динамических характеристик пневматического производственного оборудования и инструмента и разработка средств снижения их шума .
3.1 Расчет шума выхлопа и исследование влияния установки глушителя шума на быстродействие пневмосистемы 97
3.2 Расчет динамических характеристик пневматического гайковерта 106
3.3 Анализ влияния различных конструктивных параметров на динамические характеристики пневмогайковерта 117
3.4 Разработка конструкций глушителей шума выхлопа пневмосистем производственного оборудования
3.5 Разработка мероприятий для снижения шума пневматического гайковерта 139
4 Экспериментальные исследования динамических характеристик разработанных средств снижения шума 144
4.1 Требования, предъявляемые к испытаниям глушителей шума выхлопа пневмосистем 144
4.2 Описание экспериментального оборудования 151
4.3 Экспериментальные исследования акустических характеристик импульсной выхлопной струи 158
4.4 Экспериментальные исследования глушителей шума выхлопа производственного оборудования 166
4.5 Экспериментально - аналитическая доводка глушителя шума выхлопа производственного оборудования 174
4.6 Экспериментальные исследования акустических характеристик пневмогайковерта и эффективности разработанных мероприятий 182
Основные результаты и выводы 191
Список использованных источников 192
Приложение 204
- Анализ математических моделей динамических процессов в пневматических системах и средств снижения шума производственного оборудования и инструмента
- Математическая модель источников шума пневмосистемы с установленным глушителем
- Анализ влияния различных конструктивных параметров на динамические характеристики пневмогайковерта
- Экспериментальные исследования акустических характеристик импульсной выхлопной струи
Введение к работе
Развитие машиностроения неизбежно влечет за собой рост мощности используемого промышленного пневматического оборудования и инструмента. В настоящее время пневматические устройства получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Так, например, в кузнечно-прессовом и металлургическом производстве машиностроительных предприятий широко используются клапана системы пневмоуправления пресса, пневматические муфты включения, клапана пневмоприводов, средства автоматизации и механизации пресса, а также станочные приспособления, питающиеся от сети сжатого воздуха и обеспечивающие высокую производительность труда, например, устройства для установки заготовок при механической обработке. Кроме того, в механических и сборочных цехах крупных промышленных предприятий, на предприятиях автосервиса, в строительстве, горном деле все чаще используется ручной механизированный инструмент (РМИ), также питающийся от сети сжатого воздуха. Повышение энергоемкости и быстродействия пневматических устройств привело к резкому увеличению интенсивности шумов, сопровождающих различные производственные процессы. Все это снижает надежность технологических систем в связи с наличием в них вибрационных процессов, которые являются следствием колебаний рабочей среды в пневматической системе. Поэтому снижение колебаний и шума в пневматических системах имеет актуальное значение. Кроме того, снижение шума до санитарных норм является одним из требований по обеспечению охраны труда.
Реализацию мероприятий по снижению шума зачастую начинают с установки глушителей, которые вносят дополнительное гидравлическое сопротивление и, следовательно, снижают мощность системы, в ряде случаев нарушают ее нормальное функционирование. Необходим рациональный подбор параметров глушителей таким образом, чтобы не снизить
5 работоспособность систем. В связи с наличием масла и загрязнений в промышленной сети сжатого воздуха при конструировании глушителей необходимо подбирать такой звукопоглощающий элемент, чтобы не забивались перфорации и не ухудшились эксплуатационные характеристики оборудования в целом. Досрочная выработка межремонтного ресурса глушителя приводит к нежелательному останову и простою оборудования.
В связи с этим диссертация посвящена улучшению эксплуатационных характеристик пневматического оборудования и инструмента за счет создания средств снижения колебаний и шума, обеспечивающих требуемую эффективность шумоглушения и заданные динамические характеристики производственных пневмосистем.
Основные научные положения выносимые на защиту:
Полуэмпирическая математическая модель глушителя шума выхлопа пневмосистем производственного оборудования, описывающая влияние установки глушителя на быстродействие пневмосистемы;
Математическая модель пневматического инструмента, с учетом выхлопной системы, позволяющая на стадии проектирования анализировать влияние различных конструктивных параметров на динамические характеристики РМИ;
Методика выбора рациональных конструктивных схем глушителя шума выхлопа пневмосистем производственного оборудования, с точки зрения акустических параметров, гидросопротивления, габаритно-массовых и эксплуатационных характеристик;
Программы для расчета динамических характеристик пневматического производственного оборудования и инструмента;
Экспериментальные данные по акустическим характеристикам импульсной струи выхлопа пневмосистемы стендового оборудования с учетом времени спада давления в пневморесивсре, показывающие динамику
развития различных частотных составляющих спектра шума импульсной струи.
Исследования проводились в Институте акустики машин при Самарском государственном аэрокосмическом университете.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 130 наименования, 1 приложения. Общий объем диссертации 206 страниц, 127 рисунков и 16 таблиц.
В первой главе проведен анализ источников колебаний и шума пневмосистем производственного оборудования и инструмента. Шум пневмосистем по природе происхождения можно разделить на две группы: аэродинамический и механический. Среди устройств, работа которых приводит к повышенному шумоизлучению наиболее значимыми являются пневмодвигатели, цилиндры, клапаны различного назначения, трубопроводы, арматура, компрессоры. Показана доминирующая роль аэродинамических источников шума. Проведен анализ математических моделей источников шума, средств снижения шума, динамических процессов в пневмосистемах.
Во второй главе разработаны математические модели динамических и акустических процессов в пневматическом производственном оборудовании и инструменте. В соответствии с выполняемыми функциями в пнсвмосистеме можно выделить следующие элементы: источники питания, цепи управления, исполнительные устройства и потребители. Кроме того, к пневмосистемам относят такие вспомогательные устройства, как глушители шума и фильтры. Разработана экспериментально-аналитическая модель пневмоглушителя шума выхлопа пневмосистем производственного оборудования (литейных машин, кузнечно-прессового оборудования). Разработана математическая модель для расчета динамических характеристик пневматического привода инструмента, которая описывает газодинамические процессы в камерах ротационного пневмодвигателя, а
7 также в каналах и элементах выхлопной системы, составленной из совокупности последовательно соединенных емкостей и сопротивлений.
В третьей главе рассматриваются вопросы влияния средств снижения шума на динамические характеристики системы. В частности, эффект установки глушителя шума на быстродействие пневмосистемы, а также влияние конструктивных параметров выхлопной системы пневмогайковерта на крутящий момент, создаваемый ротационным пневмодвигателем и пульсации давления в камерах РМИ. Созданы программы расчета динамических характеристик пневмоинструмента и пневмосистемы с учетом установки глушителя шума.
В четвертой главе представлено описание модернизированного экспериментального оборудования и автоматизированного измерительно-обрабатывающего комплекса, использовавшихся при проведении экспериментальных исследований акустических характеристик глушителей шума выхлопа пневмосистем производственного оборудования. Проведены сравнительные испытания пневмоглушителей различного производства. При проведении экспериментальных исследований особое внимание уделялось контролю времени падения давления. Проведены экспериментальные исследования эффективности разработанных мероприятий по улучшению виброакустических характеристик РМИ.
Анализ математических моделей динамических процессов в пневматических системах и средств снижения шума производственного оборудования и инструмента
В первой главе проведен анализ источников колебаний и шума пневмосистем производственного оборудования и инструмента. Шум пневмосистем по природе происхождения можно разделить на две группы: аэродинамический и механический. Среди устройств, работа которых приводит к повышенному шумоизлучению наиболее значимыми являются пневмодвигатели, цилиндры, клапаны различного назначения, трубопроводы, арматура, компрессоры. Показана доминирующая роль аэродинамических источников шума. Проведен анализ математических моделей источников шума, средств снижения шума, динамических процессов в пневмосистемах.
Во второй главе разработаны математические модели динамических и акустических процессов в пневматическом производственном оборудовании и инструменте. В соответствии с выполняемыми функциями в пнсвмосистеме можно выделить следующие элементы: источники питания, цепи управления, исполнительные устройства и потребители. Кроме того, к пневмосистемам относят такие вспомогательные устройства, как глушители шума и фильтры. Разработана экспериментально-аналитическая модель пневмоглушителя шума выхлопа пневмосистем производственного оборудования (литейных машин, кузнечно-прессового оборудования). Разработана математическая модель для расчета динамических характеристик пневматического привода инструмента, которая описывает газодинамические процессы в камерах ротационного пневмодвигателя, а также в каналах и элементах выхлопной системы, составленной из совокупности последовательно соединенных емкостей и сопротивлений.
В третьей главе рассматриваются вопросы влияния средств снижения шума на динамические характеристики системы. В частности, эффект установки глушителя шума на быстродействие пневмосистемы, а также влияние конструктивных параметров выхлопной системы пневмогайковерта на крутящий момент, создаваемый ротационным пневмодвигателем и пульсации давления в камерах РМИ. Созданы программы расчета динамических характеристик пневмоинструмента и пневмосистемы с учетом установки глушителя шума.
В четвертой главе представлено описание модернизированного экспериментального оборудования и автоматизированного измерительно-обрабатывающего комплекса, использовавшихся при проведении экспериментальных исследований акустических характеристик глушителей шума выхлопа пневмосистем производственного оборудования. Проведены сравнительные испытания пневмоглушителей различного производства. При проведении экспериментальных исследований особое внимание уделялось контролю времени падения давления. Проведены экспериментальные исследования эффективности разработанных мероприятий по улучшению виброакустических характеристик РМИ.
Для эффективного решения задач, поставленных в диссертации, необходим анализ источников динамических возмущений, математических моделей динамических процессов в пневматических системах, методов и средств снижения динамических нагрузок,
Шум технологического оборудования и инструмента по природе происхождения можно разделить на две группы: аэродинамический и механический. Среди устройств производственного оборудования, работа которых приводит к повышенному шумоизлучению наиболее значимыми являются пневмодвигате-ли, цилиндры, клапаны различного назначения, трубопроводы, арматура, компрессоры. На рисунке 1.1 /74/ представлены спектры шума, создаваемого при работе технологического оборудования. Из рисунка видно, что значимый вклад в общий уровень шума работающего оборудования вносит выхлоп сжатого воздуха.
Шум пневмосистем возникает в основном при истечении сжатого воздуха из пневмоустройств в атмосферу вследствие турбулентного смешения выходящего с большой скоростью потока сжатого воздуха с наружным воздухом. Так как режим истечения сжатого воздуха в атмосферу, как правило, сверхкритический и скорость потока близка к скорости звука, то уровень звука при выхлопе из пневмоцилиндров, и при сбросе воздуха через предохранительные клапаны может достигать 120...130 дБА. Причем частотный спектр струи имеет выраженный высокочастотный характер с максимумом в диапазоне выше 1000 Гц (см. рисунок 1.2) /97/. Частота следования звуковых импульсов пневмосистем, например, пресса соответствует числу рабочих ходов молота и обычно составляет от 70 до 90 циклов в минуту, таким образом, шум выхлопа из пневмокла-панов пресса /54/ относится к группе прерывистых или импульсных шумов, которые особенно неблагоприятно воздействуют на человека.
Классификация шумов оговорена в ГОСТе 12.1.003-83 /55/. По характеру спектра шумы делятся на: — широкополосные (со спектром шириной более октавы); — тональные (с одним или несколькими дискретными тонами). По степени и характеру временной изменчивости шумы подразделяются на: — постоянные (изменяющиеся за 8 - часовой рабочий день не более чем на 5дБА); — непостоянные, которые, в свою очередь, бывают колеблющимися во времени (непрерывно меняющимися), прерывистыми (изменение на 5 дБА и более происходит ступенчато, но постоянный уровень сохраняется более чем 1 секунду); — импульсные (состоящими из одного или нескольких сигналов, длительностью менее 1с каждый, с отличием в уровнях не менее 7 дБ). Характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления L в дБ в октавных полосах от 31,5 Гц до 8000 Гц. Для ориентировочной оценки допускается использование уровня звука в дБА. Характеристика непостоянного шума - эквивалентный по энергии уровень звука в дБА, Кроме того, максимальный уровень непостоянного шума не должен превышать 110 дБА, а импульсного - 125 дБ А. Согласно наиболее распространенным теориям, акустическая мощность свободной струи при истечении в атмосферу пропорциональна восьмой, а при течении по трубопроводам и обтекании местных сопротивлений - шестой степени скорости потока. Шум гидравлического удара в пневмосистемах возникает при резком переключении распределителей и задвижек, большой массе подаваемого воздуха и наличия конденсата. Шум в пневматических устройствах возникает также при ударах поршней, золотников, клапанов и других подвижных элементов.
Математическая модель источников шума пневмосистемы с установленным глушителем
Основными недостатками конструкций на основе пористых и волокнистых ЗПМ являются их высокая стоимость и вес, небольшой срок службы, а также снижение звукоизолирующих качеств в ходе эксплуатации из-за слеживаемости пористого материала.
Ассортимент материалов, применяемых для звукоизоляции весьма широк. Например, по данным /56/ для звукоизоляции 143 паровых агрегатов в США распределяется следующим образом: алюминий - 30 %, листовая сталь - 27 %, гелбест- 18 %, асбоцемент- 11 %, кирпич - 10 %, фарфор с наружным покрытием - 9 %, бетон - 4 %.
Одним из способов снижения шума на путях его распространения являются акустические экраны. Чаще всего акустические экраны изготовляются из тонколистового металла или другого плотного материала, который может иметь звукопоглощающую облицовку с одной или двух сторон. Обычно акустические экраны имеют небольшие размеры и обеспечивают локальные снижения прямого звука от источника шума, не оказывая существенного влияния на уровень отраженного звука в помещении. Повышения акустической эффективности экранов можно достичь путем увеличения их площади, что неизбежно приведет к росту их стоимости.
Звукоизоляция относится к «дорогим» мероприятиям, и зачастую стоимость акустической обработки помещений может быть сравнима со стоимостью постройки здания и оборудования установленного на объекте. Из-за технических трудностей реализации и высокой стоимости звукоизоляция источника шума имеет ограниченное применение. Поэтому внедрение комплекса мероприятий по шумоглушению на предприятиях всегда начинается с установки глушителей шума в газовоздушных трактах энергетического оборудования. Применяемые системы глушения шума свободно истекающей газовой струи разделяются в зависимости от принципа-действия на источник шума: абсорбционные (активные), реактивные и комбинированные (см. рисунок 1.3).
Реактивные глушители бывают нескольких типов: камерные, резонансные и интерференционные/56, 107, 108/. Данные глушители применяют для снижения дискретных составляющих шума пневмосистем (в магистральных воздухопроводах, линиях выхлопа с постоянным режимом течения воздуха и т.д.). Снижение шума в глушителях реактивного типа происходит путем отражения и рассеяния звуковой энергии на акустических фильтрах, которые образованы сочетанием камер и соединительных трубок. Они наиболее сложны по устройству и трудоёмки в изготовлении. Простейший тип реактивного глушителя -камерный (рисунок 1.4 а). Камерный глушитель - одиночная расширительная камера. Эффективность многокамерного глушителя состоящего из двух одинаковых камер в 1,5-2 раза выше эффективности однокамерного глушителя /107/. Неравномерность частотной характеристики и наличие полос пропускания являются типичными признаками реактивных глушителей всех видов (рисунок 1.5). Значительные габариты и относительно высокая стоимость ограничивают область эффективного использования их в пневмосистемах, особенно для борьбы с широкополосным шумом.
В настоящее время в отечественном и зарубежном машиностроении наиболее широкое применение нашли глушители шума с проницаемым звукопоглощающим элементом (ЗПЭ). Наиболее простым активным глушителем является трубчатый глушитель, который представляет собой участок трубопровода, с облицованными звукопоглощающим материалом стенками (рисунок 1.6). Действие активных глушителей основано на принципе поглощения звуковой энергии слоями звукопоглощающего материала. Снижение шума в них происходит за счет диссипации звуковой энергии в поглощающей облицовке, в качестве которой используют специальные рыхловолокнистые и пористые материалы. В них звуковые волны скользят вдоль адсорбента и за счет трения теряют часть колебательной энергии. Такие глушители просты по устройству, недороги и эффективно работают на высоких частотах. Характерной особенностью глушителей этого типа является довольно плавный вид частотной характеристики трубчатого глушителя (рисунок 1.7). Перфорированное звукопроницаемое покрытие служит для сохранения формы канала и предотвращает выдувание звукопоглощающего материала потоком энергоносителя.
Глушители с проницаемым звукопоглощающим материалом являются наиболее компактными и универсальными устройствами для снижения уровня широкополосного шума, возникающего при выхлопе отработанного воздуха из различных устройств и при аварийном его сбросе. Несмотря на значительные энергетические потери в некоторых случаях, глушители этого типа имеют достаточно широкое применение.
Звукопоглощающие элементы глушителей можно разбить на несколько основных групп: сетчатые, с пористым ЗПЭ, с засыпным ЗПЭ и с ЗПЭ, выполненным в виде перфорированного листа. Сетчатые глушители находят широкое применение. Сетка в них изготовляется из меди, бронзы, латуни или нержавеющей стали. Однако сетчатые глушители незначительно снижают шум (приблизительно на 10 дБ), кроме того, они забиваются маслом, что не позволяет использовать их для снижения шума выхлопа пневмосистем, рабочим телом в которых является воздух с повышенным содержанием масла. Применяются также активные глушители с пористыми элементами из минералокерамики. Для предохранения от разрыва минералокерамического элемента используется сетка. Применение таких глушителей позволяет снизить уровень шума на 10-15 дБ в области частот ог 800 до 8000Гц /88/. Однако, существующие конструкции сетчатых и минералокерамических глушителей в результате засорения их ячеек или пор пылью, маслом и эмульсией теряют свои первоначальные свойства. Долговечность глушителей данного типа зависит от содержания в выхлопном сжатом воздухе загрязнений (грязи, пыли, песка), в том числе минерального масла. Поэтому в последнее время чаще стали применяться глушители с метал-локерамическими и пористыми синтетическими элементами.
Наиболее дешевы звукопоглощающие элементы из пористой пластмассы, однако пока не удается освоить изготовление из такого материала достаточно малогабаритных и тонкостенных элементов. Из синтетических материалов наибольшее распространение для глушителей шума получил пористый полиэтилен.
В металлокерамических пористых элементах в качестве основы может служить медь, никель, нержавеющая сталь в виде спеченного порошка определенной фракции. Металл о керамические элементы наиболее компактны и прочны, но для их производства требуются дефицитные и дорогие материалы. Минерал окерамические ЗПЭ занимают среднее положение между металлокерами-ческими и синтетическими по габаритным размерам и стоимости, но имеют низкую прочность.
По данным /95/ металлокерамические глушители обеспечивают снижение уровня звукового давления в высокочастотной области спектра на 9-28 дБ, а уровня звука на 10-18 дБ А. При этом эффект снижения шума возрастает с увеличением частоты. Потери давления на металлокерамических глушителях шума с диаметром дроби 0,4-0,6 мм при расходе воздуха 2 л/с составляют 9,8 кПа для глушителей с резьбой 1/2" и 2,9 кПа для глушителей с резьбой 1". При расходе воздуха 4 л/с потери давления увеличиваются соответственно до 16,7 и 5,4 кПа.
Анализ влияния различных конструктивных параметров на динамические характеристики пневмогайковерта
Рассмотренные конструкции глушителей весьма разнообразны. Общим в них является использование слоя пористого звукопоглощающего материала, через который пропускается поток воздуха.
Из пневмоглушителей реактивного типа наиболее удачным является пнев-моглушитель, разработанный в МГТУ им. Баумана (см. рисунок 1.15) /74/. Глушитель обладает довольно высокой акустической эффективностью, которая составляет около 20 дБ в широком диапазоне частот (1000-4000 Гц). Он представляет собой систему перфорированных трубок, расположенных соосно. Через штуцер 1, стыкуемый с выхлопной трубкой пневмосистемы пресса, отработанный сжатый воздух поступает в центральную трубку 2 с диаметром 60 мм, имеющую двухрядную перфорацию 7 с шахматным расположением отверстий, что, как известно, позволяет дополнительно увеличить эффективность шумо-глушения. Расположенная непосредственно над ней трубка 8 диаметром 150 мм. имеет ряд отверстий 9, расположенных по окружности, равноудаленной от торцов глушителя следующая соосно расположенная трубка 10 диаметром 162 мм имеет группу отверстий 11, расположенных в непосредственной близости от места стыка с торцевыми крышками 14 и 15.
Эта трубка образует промежуточный кольцевой канал 4 с трубкой 8. Выходной кольцевой канал 5 ограничен цилиндрическими трубками 10 и 12, имеющими диаметр 184 мм и перфорацию 13. Перфорация последней вновь, как и у трубки 8 выполнена по центральной окружности цилиндрической поверхности трубки. Такое расположение перфорации позволило в значительной мере увеличить сопротивление прохождению звуковых волн из полости 3 в выходной кольцевой канал 5, из которого отработанный сжатый воздух поступает в атмосферу. Для ослабления передачи вибрации в конструкции глушителя предусмотрены упругие прокладки 16, 17, 18, 19, отделяющие цилиндрические трубки от торцевых крышек. Для усиления жесткости, а главное прочности конструкции центральная трубка глушителя приваривается к торцевой крышке 15, при этом участок трубки образует замкнутый с одного конца канал. При равенстве четверти длины звуковой волны указанному размеру, возникает четвертьволновой резонанс, вследствие чего на соответствующих частотах эффективность глушителя увеличивается. Кроме того, дополнительное снижение шума было получено и в низкочастотном диапазоне, за счет введения расширительной камеры 3, ифающей роль низкочастотного фильтра. Соотношение площадей поперечного сечения трубки 2, кольцевого промежуточного канала и выходного кольцевого канала 5 было принято равным 1:1, 2:2, а диаметр перфорации трубок 23 мм, 15 мм, 12 мм и 15 мм соответственно (считая от центральной к внешней трубке). Испытание рассмотренного глушителя показали его высокую акустическую эффективность, которая составила около 20 дБ в широком диапазоне частот (1000-4000 Гц). В тоже время глушитель показал хорошие эксплуатационные характеристики. В частности, в процессе практически не менялась его акустическая эффективность. Однако конструкция пнев-моглушителя, разработанного в МГТУ им. Баумана имеет высокое гидравлическое сопротивление, обусловленное спецификой его геометрии и конструкции. К тому же, как и любому глушителю реактивного типа, ему свойственна неравномерность частотной характеристики и наличие полос пропускания.
Примером комбинированного глушителя является глушитель фирмы «Herion» (Германия) (см. рисунок 1.16). Данные глушители изготавливаются различных типоразмеров и отличаются только длиной расширительной камеры и площадью входного и выходного каналов. Глушители представляют собой камеру 1 с передним днищем 2, в котором выполнено входное отверстие 3, задней крышки 4, в которой размещен подпружиненный и утопленный клапан5, образующий с корпусом камеры выходной кольцевой канал 6.
Корпус глушителя представляет собой полый цилиндр 1, из пористого материала, установленный в цилиндре 2 из перфорированной сетки. Конструкция собирается при помощи шпилек 7. Подобного типа глушители снижают шум на 28 - 30 дБ. По мере увеличения срока работы эксплуатационные характеристики глушителя снижаются, т. к. акустический фильтр забивается, а отношение площади поперечного сечения камеры глушителя к площади входного отверстия m = 5 , снижает шум за счет расширения струи не более чем на 10 дБ (см. рис 3.17). Активный элемент этого глушителя выполнен из пористого картона, срок службы такого глушителя составляет 10..."15 дней.
Конструктивная схема глушителя шума выхлопа пневматических машин, представленного на рисунке 1.17 /13/ работает следующим образом. В исходном положении, когда выхлопа нет (левая часть чертежа), поршень клапан 8 под действием пружины 7 находится у глухого торца 13 патрубка 4 так, что все выхлопные каналы 6 открыты. При подаче отобранного воздуха в воздухопо-дающую камеру 9 давление в ней повышается, а через перепускной канал 11 оно подается в амортизационную камеру 10. Под действием разности сил давления, действующих на поршень-клапан 8, он, преодолевая силу сопротивления пружины 7, сдвигается в сторону воздухоподводящей камеры 9 и перекрывает часть выхлопных каналов 6 (правая часть чертежа), в результате чего ограничивается расход воздуха из воздухоподводящей камеры 9 через выхлопные каналы 6 в камеру 3 глушения. В камере 3 глушения отработанный воздух испытывает значительное расширение и вследствие этого, уже при пониженном давлении, через выпускные отверстия 2 в корпусе 1 глушителя истекает в атмосферу.
Экспериментальные исследования акустических характеристик импульсной выхлопной струи
В частности, можно выделить, что для эффективного шумоглушения целесообразно использовать комбинированный глушитель. Конструкция должна иметь прочный металлический каркас, содержащий перфорированные элементы. Подбором сечений можно добиться благоприятных, с точки зрения акустики, режимов истечения через элементы глушителя. Так как, внутренние элементы могут являться источниками шума, перед непосредственным выхлопом целесообразно использование звукопоглощающего материала. Анализ звукопоглощающих материалов выявил основные особенности наиболее часто применяемых ЗПМ с точки зрения акустики, гидросопротивления и эксплуатационных качеств.
Аэродинамический шум выхлопа пневмоинструмента органически связан с рабочим процессом ротационного двигателя и оказывает решающее влияние на шум двигателя в целом В значительной мере уровень шума, создаваемого ротационным пневматическим двигателем, зависит от формы кривой, характеризующей изменение давления воздуха р в рабочей камере в зоне основного выхлопа. Теоретическая форма кривой на рисунке 1.24 изображена сплошной линией. При р = (pi скачок кривой отражает резкое падение давления сжатого воздуха при выходе его в выхлопную камеру, сопровождающееся звуковым импульсом. Подбирая форму и сечение выхлопных каналов, можно добиться того, что характер кривой будет изменяться плавно (штриховая линия на рисунке 1.24). В этом случае уровень шума машины будет снижен.
Увеличение времени выхлопа также приводит к снижению уровня шума. С учетом отмеченного выхлоп заканчивается в точке, соответствующей углу поворота (р = pi+y/2+8 , где р, - угол клапана выхлопа, у - угол между лопатками. Однако, как правило, рассмотренным методом снизить уровень шума проектируемой машины до санитарно-гигиенических норм не удается /64/.
Для уменьшения аэродинамического шума ротационного двигателя следует изменить характер истечения отработавшего воздуха в окружающую среду, т. е. вместо кратковременного импульсного выхлопа с большим начальным давлением придавать ему практически постоянное истечение при низком давлении. Но создать такой двигатель невозможно, поскольку в действительности давление воздуха, находящегося в выхлопной камере, обычно значительно выше давления окружающей среды. Следовательно, создание ротационного двигателя, в котором полностью устранены причины шумообразования, является нереальной задачей. Поэтому, в пневмодвигателях предусматривают специальные глушители, при помощи которых уровень шума снижается до санитарно-гигиенических норм. При проектировании ротационного пневмодвигателя с целью снижения шума существенное внимание должно быть уделено конструкции выхлопных отверстий статора и выхлопного тракта, по которому отработавший воздух движется от выхлопных отверстий статора до выхода в окружающую среду. Конструкция выхлопной системы двигателя должна обеспечить минимальное аэродинамическое сопротивление движению воздуха, предотвращающее потерю мощности, и необходимое ослабление шума. В дополнение к этому следует сказать, что для ослабления шума применяют выхлопные отверстия небольшого диаметра (порядка 2-3 мм в зависимости от размеров двигателя). В некоторых случаях эффективность глушения шума существенно повышается при тангенциальном расположении отверстий основного выхлопа. Однако для обеспечения требуемой общей площади сечений выхлопных отверстий при сравнительно малых их диаметрах приходится резко увеличивать их количество, что приводит к повышению трудоемкости изготовления статора. В связи с этим большое распространение в качестве выхлопных отверстий получили сквозные щелевые пазы, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси статора. Эти пазы могут быть изготовлены фрезерованием, при этом рекомендуется избегать острых кромок.
В отдельных двигателях лучшие результаты по ослаблению шума дают пазы, изображенные на рисунке 1.25, образованные фрезерованием при расположении режущего инструмента изнутри статора. При малых габаритах двигатсля, что не позволяет расположить фрезу указанным образом, или при отсутствии требуемого режущего инструмента и станочного оборудования щелевые пазы следует заменять круглыми отверстиями небольшого диаметра. Окончательно форма и расположение выхлопных отверстий устанавливаются экспериментально в процессе доводки двигателя и его глушителя.
В зависимости от места установки глушители бывают вынесенные, присоединенные к выхлопному отверстию двигателя, и встроенные, размещенные внутри корпуса двигателя или машины.
Как уже отмечалось, применяют: активные, реактивные и интерференционные глушители. Правильный выбор того или иного типа или их сочетания позволяет достичь необходимого эффекта глушения шума, предписанного гигиеническими нормами, и обеспечивает выполнение других требований, предъявляемых к конструкции глушителя. При выборе типа глушителя необходимо учитывать характер установки машины, для которой он предназначен. В стационарных установках многие требования (например, минимальные габариты, масса глушителя и др.) оказываются несущественными, в то время как в машинах переносного типа (ручном инструменте) они являются главными и определяющими. На рисунке 1.26 представлены некоторые конструктивные схемы глушителей, применяющихся в ручных машинах с приводом от ротационного пневмо-двигателя.
Интерференционные глушители рекомендуется применять в случае необходимости снижения одной или нескольких резких тональных составляющих спектра, особенно сильно выделяющихся в шуме. Для этого на определенных участках воздухопроводящнх каналов делаются отводы с целью ответвления в них части отработавшего воздуха. Длины отводов подбирают с таким расчетом, чтобы к моменту соединения их снова в общий канал звуковые волны движущихся в них потоков воздуха приходили в разных фазах и, складываясь,
