Разработка систем защиты от шумов и вибраций кузнечно-прессовых машин и агрегатов Иванов, Юрий Васильевич

Введение к работе

Актуальность работы. Для современной экономики развитых стран характерен высокий удельный вес металлургического производства, которое является основой машиностроения и исходным звеном в создании различных машин и механизмов. Кузнечное производство составляет основу заготовительной базы машиностроения, определяя изготовление большей части поковок и штамповок, производимых в стране. В тоже время оно является одним из травмоопасных среди основных отраслей промышленности. Основные причины этого - наличие ряда неблагоприятных факторов среды, особенно шумов и вибраций, которые генерируют многочисленные кузнеч- но-прессовые машины (КПМ) и агрегаты. Существующие уровни вышеуказанных факторов значительно превышают допустимые нормы и являются показателями технологической безопасности оборудования. Источниками их является существующее оборудование кузнечных цехов, такое как кузнечные молоты, прессы, пресс-ножницы, а также ряд вспомогательных агрегатов.

Вибрации и шумы, сопутствующие эксплуатации машин, неизбежно приводят к снижению производительности труда и, как следствие, к ухудшению качества выпускаемой продукции. Вредное воздействие вибраций на машины и механизмы выражается в понижении коэффициента полезного действия, преждевременном износе деталей, а также в негативном влиянии на соседнее оборудование, здания и сооружения. Поскольку энергия колебательных процессов возрастает пропорционально квадрату амплитуды колебаний, то вред от вибраций возрастает с увеличением мощности машин и механизмов. Вредное воздействие шумов определяется наличием профессиональных различных заболеваний. Шум является причиной падения работоспособности, ослабления памяти и внимания. Промышленный шум не только отрицательно воздействует на работников шумного цеха, но в последнее время все более активно влияет на общеэкологическую проблему шумового загрязнения среды прилегающих селитебных территорий.

Актуальность вопросов снижения шумов и вибраций в наши дни определяется двумя тенденциями: стремительно растущей энерговооруженностью машин и механизмов самых различных классов и постепенным ужесточением ограничений на генерируемые ими шумы и вибрации. Эти обстоятельства выдвигают снижение шумов и вибраций в последние десятилетия в число важнейших естественно-научных и технических проблем, имеющих общеэкологическую значимость.

В работе предлагаются технические и технологические решения снижения шумов и вибраций кузнечно-прессовых машин и агрегатов, основными представителями которых являются молоты, прессы и вспомогательные импульсные механизмы.

Объект исследования: процесс разработки и проектирования куз- нечно-штамповочных машин ударного и квазистатического действия, сопутствующих пневмоагрегатов и пневмомеханизмов.

Предмет исследования: разработка технических решений снижения технологических шумов и вибраций с использованием базовых подходов.

Цель работы: научное обоснование новых научно-технических решений в области снижения шумов и вибраций кузнечно-штамповочных машин и агрегатов, а именно кузнечных молотов и прессового оборудования, пневмоагрегатов и пневмомеханизмов, имеющих значение для теории и практики создания КПМ и механизмов с понижением травмоопасности и экологической нагруженности.

Задачи исследования.

1. Поиск путей повышения технического уровня и технологической безопасности кузнечно-штамповочных машин и агрегатов на основе современных тенденций развития техники.

2. Систематизация существующих технических решений по снижению шумов и вибраций кузнечно-прессовых машин и агрегатов, выявление недостатков и определение перспективных направлений исследования.

3. Развитие теоретических положений по расчету виброакустических параметров кузнечно-штамповочных машин (КШМ) и агрегатов с целью повышения точности расчета и снижения их действующих уровней.

4. Поиск и разработка новых технических решений устройств снижения шумов и вибраций кузнечно-прессовых машин и агрегатов на базе систематизированных способов и современной теории конструирования.

5. Разработка новых технических устройств по снижению шумов и вибраций в кузнечно-штамповочных машинах и механизмах.

6. Экспериментальное исследование технических устройств по снижению шумов и вибраций в кузнечно-прессовых машинах и механизмах.

7. Апробация результатов и внедрение новых устройств в кузнечно- прессовых цехах.

Методы исследования. Использован комплексный метод, включающий анализ состояния вопроса, теоретические исследования с привлечением основ теории виброзащиты и газовой динамики при использовании аналитических и численных методов, средств математического моделирования и графической визуализации решений пакетами программ Mathcad, Matlab, исследований в лабораторных и производственных условиях.

Основные результаты, выносимые на защиту и их научная новизна.

7. 1. Системный анализ научно-технических решений по системам защиты от шумов и вибраций КПМ, на основе составленных классификаций, позволяющий определить постановку задач и направления разработки устройств снижения шумов и вибраций кузнечно-прессовых машин.

   2. Расчетные модели систем защиты от шума в агрегатах КПМ и пнев- момеханизмах, позволяющие определить площади выходных каналов глушителей и пневматических сопел обеспечивающие истечение потока газа в дозвуковом режиме и снижающие шум; расчетные модели систем защиты от вибраций КПМ ударного и квазистатического действия, обеспечивающие управление вибрационными параметрами оснований машин и снижающие виброхарактеристики КПМ.

   3. Методики расчета: а) конструкций глушителей аэродинамического шума пневмоагрегатов; б) конструкций газовых сопел пневмомеханизмов кузнечно-прессовых машин; в) конструкций виброизолирующих установок кузнечно-штамповочных машин ударного и квазистатического действия.

   4. Результаты исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке научно-технических решений снижения шумов и вибраций куз- нечно-прессовых машин и агрегатов. Получены результаты экспериментальных исследований шумов и вибраций КПМ. Испытания научно- технических решений проведены в различных климатических условиях предприятий России и ближнего зарубежья. Разработаны и апробированы технические требования к устройствам снижения шумов и вибраций куз- нечно-прессовых машин и агрегатов, подготовленные на основе проведенных исследований.

   5. Созданные и защищенные авторскими свидетельствами и патентами новые устройства снижения шумов и вибраций КШМ и пневмомеханизмов, позволяющие существенно поднять технический уровень существующих кузнечно-прессовых машин и их конкурентоспособность на мировом рынке.

   6. Представлены теоретические положения по определению комплексного соотношения параметров выходных каналов и камер щелевых глушителей шума для всего спектра кузнечно-прессовых машин, агрегатов и сопутствующих пневмомеханизмов, снижающих шум на 20 - 25 дБ и обеспечивающих продолжительную эксплуатацию без обслуживания более 15 лет за счет повышения долговечности акустического элемента, размеры щелевых пазов которого обеспечивают разделение газового потока на мелкие струйки, создание встречных потоков и снижение результирующей выпускной скорости потока до величин меньших скорости звука.

   7. Установлены теоретические положения по определению комплексного соотношения параметров входных и выходных каналов газовых сопел пневмомеханизмов КПМ, обеспечивающих снижение шума на 18 - 28 дБ за счет дробления потока при выпуске на мелкие струйки не взаимодействующие друг с другом и снижающие скорость потока на выпуске до значений меньших скорости звука.

   8. Разработаны методики расчета новых конструкций виброизолирующих установок КШМ ударного и квазистатического действия, обеспечивающие снижение вибраций машин в 6 раз; методики расчета конструкций глушителей шума оборудования, методики расчета конструкций газовых сопел, обеспечивающие снижение уровня шумов в 10 раз для используемых пневмомеханизмов.

   9. Предложены и конструктивно проработаны технические решения снижения шумов и вибраций КПМ и агрегатов с повышенным ресурсом эффективной работы, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения и патентами на полезную модель. Приведены результаты натурных экспериментальных исследований и испытаний ряда оригинальных систем снижения шумов и вибраций кузнечно-прессовых машин и агрегатов, обеспечивающих снижение действующих уровней до допускаемых значений.

   Достоверность результатов работы обеспечена корректностью постановки задач, обоснованным использованием допущений, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с проведенными экспериментальными исследованиями автора, а также успешной апробацией результатов работы в промышленности.

   Значение результатов для теории состоит в том, что теоретические положения диссертации предлагают новые подходы в разработке инновационных технологий создания камерных щелевых глушителей шума, газовых сопел пневмомеханизмов и виброизолирующих установок машин ударного и квазистатического действия. Разработанные в работе модели функционирования глушителей шума, газовых сопел и виброизолирующих установок машин развивают теорию моделирования и проектирования объектов данного класса.

   Практическое значение работы.

   7. 9. 1. Решения и разработки диссертации позволяют существенно повысить эффективность технологий, получить положительный эффект от представленных в работе изобретений и патентов на полезные модели.

         2. Рекомендации, предложенные в работе, имеют существенную значимость и ценность для конструкторских и технологических отделов и бюро предприятий отрасли при создании технологий производства и объектов отрасли науки и промышленности.

         3. Теоретические положения о технологиях и технологические решения в системах снижения шумов и вибраций, имеют существенное значение при обучении и подготовке специалистов технологических отраслей науки и специальностей.

         Реализация результатов.

         В результате работы созданы и реализованы конструкции гаммы глушителей шума, которые успешно используются на более 70 предприятиях России и ближнего зарубежья, в том числе на ИЖМАШе, ИЖАВТО, КАМАЗе, ГАЗе, УАЗе, ЗИЛе и др. Разработаны и реализованы виброизолирующие установки кузнечно-штамповочных машин на более 20 промышленных предприятиях. Предложенные устройства находят применение в смежных отраслях промышленности.

         Апробация работы.

         Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: Всесоюзная конференция «Повышение безопасности оборудования и технологических процессов на основе применения средств автоматической защиты и промышленных роботов», Казань, 1981; всесоюзная конференция «Совершенствование кузнечно- штамповочного оборудования ударного действия и создание робототехни- ческих комплексов горячей штамповки», Ижевск, 1982; всероссийская конференция «Проблемы и перспективы автомобилестроения в России», Ижевск, 2006; международная конференция «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте», Одесса, 2007; всероссийская конференция «Наука. Образование. Производство в решении экологических проблем. Экология - 2007», Уфа, 2007; всероссийский конгресс «Кузнец - 2008», Рязань, 2008; II международная конференция «Металлургия - ИНТЕХЭКО - 2009», Москва, 2009 XIII международный салон изобретений и инновационных технологий «Архимед - 2010», Москва, 2010(серебряная медаль), III всероссийская конференция «Защита населения от повышенного шумового воздействия», Санк.-Петербург, 2011, IV международная конференция «Металлургия - ИНТЕХЭКО - 2011»,Москва, 2011.

         В полном объеме диссертационная работа докладывалась и была одобрена на расширенном научном семинаре кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование» с привлечением ведущих специалистов кафедр «Машины и технология обработки металлов давлением», «Аппарато- строение» Ижевского государственного технического университета.

         Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 64 печатных работах. Из них 25 статей в перечне журналов рекомендуемых ВАК России, 8 авторских свидетельств и 5 патентов.

         Личный вклад автора. Формирование общей идеи, постановка научной проблемы, способы решения, основные научные результаты полностью принадлежат автору. Реализация результатов и экспериментальные исследования выполнены на предприятии «Средства охраны труда». Разработки награждены серебряной медалью на международном салоне изобретений «Архимед - 2010» г. Москва.

         Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, заключения, списка использованных литературных источников из 275 наименований. Работа включает в себя 297 страниц текста, в том числе 133 рисунка, 11 таблиц и приложения.

         Похожие диссертации на Разработка систем защиты от шумов и вибраций кузнечно-прессовых машин и агрегатов

         

         Разработка рациональных систем охлаждения герметичного агрегата малой холодильной машиныАлекперов Ильгар Джаби оглы

         

         Разработка концепции, принципов и процессов повышения эффективности интегрированной системы машин, агрегатов и приборов теплоснабжения производств электронной техники Пасков Василий Викторович

         

         Разработка эффективных глушителей шума систем сброса газа на компрессорных станцияхЕмельянов, Олег Николаевич

         

         Снижение вибрации и шума исполнительных механизмов швейных машин путем совершенствования их конструкцийЧойдон Уранбилгээ

         Разработка методов и средств проектирования механизмов, машин. агрегатов прядильного производства на основе имитационного моделированияВласов, Евгений Иванович

         

         Исследование и разработка плазменных технологий для повышения работоспособности машин и агрегатов бытовой техники и жилищно-коммунального хозяйства Пузряков Александр Анатольевич

         Разработка и исследование высокоскоростного бобинодержателя для формовочных машин и агрегатов, вырабатывающих минеральные и полиамидные нитиБашашин, Павел Александрович

         

         Разработка и совершенствование методов расчёта рабочих процессов поршневых расширительных машин и агрегатов с самодействующими клапанамиЗагородников, Антон Павлович

         Разработка и исследование алгоритмов оптимизации стратегий технического обслуживания и ремонта машин и агрегатов комплекса коммунально-бытовых услуг в районах чрезвычайных ситуацийСтельмашенко, Валентин Григорьевич

         

         Разработка методики применения видеовоспроизводящей системы в качестве цветопробного устройстваПанкин, Олег Викторович