Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Диссертация выполнена на основе исследований автора, опубликованных в 1983-1995 гг. Поставленные в диссертации задачи решаются в основном на примере металлургической, мащиностроительной и горнорудной отраслей промышленности.
Шум ударного происхождения является наиболее распространенным и вредным производственным фактором. Оборудование, генерирующее шум ударного происхождения характерно для многих видов производств, а особенно для металлургической (молотковая дробилка, пластинчатый конвейер, ковочный молот, блюминг, трубозаготовочный стан, рольганг, дисковая пила, летучие ножницы, ножницы холодной резки, приемные карманы, правильная машина, агрегаты поперечной и продольной резки, листоукладчик, делительный ролик, дрессировочный стан и др.), машиностроительной (кузнечно-прессовое оборудование, зубчатые передачи, редукторы, кулачковые механизмы, цепные передачи, металлобрабатывающие станки и др.), горнорудной (горная машина, погрузочная машина, машина ударного действия для разрушения горных пород, перфораторы, дробильно-измельчительная вибрационная горная машина, пневматический бурильный молоток, вибрационное обогатительное оборудование, грохот, добычная машина с вибрационными рабочими органами, конусные и щековые вибрационные горные дробилки, горные виброударные устройства и др.).
Если шум монотонный, без чрезмерных импульсов, повреждение человеческого уха соответствует общей дозе шума, которому подвергался работник в течении рабочего дня. При этом особенно страдает нервная система человека. При коротких импульсах шума резко возрастает опасность потери слуха. Неожиданные и импульсные шумы могут вызвать реакцию испуга и неадекватность поведения. Поэтому актуальной задачей является развитие новых научно-обоснованных мероприятий по снижению шума соударяющихся металлических материалов.
Наряду с известными методами снижения шума ударного происхождения (звукоизоляция, звукопоглощение), получил развитие метод снижения шума в источнике возникновения за счет использования металлических материалов с повышенными демпфирующими свойствами. Однако, еще недостаточно изучены демпфирующие характеристики железоуглеродистых сплавов при ударном нагружении, из которых изготавливаются корпусные узлы машин и механизмов. Отсутствует оценка характеристик звукоизлучения при соударении наиболее распространенных конструкционных сталей. Недостаточно разработано сталей с повышенными демпфирующими свойствами. Металлурги в основном ставят целью разработать составы сталей и сплавов с оптимальными прочностными, механическими и технологическими свойствами, не учитывая при этом, что данный материал зачастую работает в режиме циклического нагружения и генерирует повышенный уровень шума.
Исследователи при изучении характеристик звукоизлучения соударяющихся деталей упускают важнейшие моменты:
длительность соударения и ее связь с уровнем звукового давления (УЗД);
величину пластической деформации при соударении и ее связь с УЗД;
влияние структурьі на распространение звука в металле после удара;
амплитудную зависимость звукоизлучения.
До сих пор специалистами не разработана математическая модель колебаний соударяющихся деталей.
Таким образом, актуально проведение теоретического и экспериментального исследования процесса соударения металлических материалов с целью разработки мероприятий по снижению шума подобного происхождения.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является снижение шума ударного происхождения путем использования материалов с повышенными демпфирующими свойствами.
Для достижения этой цели необходимо было решить ряд научных задач:
разработать методы исследования характеристик ударного шума с учетом влияния пластической деформации и структуры материала на процесс звукообразования;
разработать математическую модель колебания упругого образца при ударе;
оценить влияние структурных составляющих металлических материалов (на основе железа) на характеристики звукоизлучения;
установить зависимости уровня звука и демпфирующих свойств материалов от параметров соударения;
осуществить на производстве опытно-промышленную проверку разработанных конструкций и материалов для гашения шума ударного происхождения.
Методы исследования. При выполнении работы использовались экспериментальные и теоретические методы исследования, включающие системный анализ, математическое и физическое моделирование, натурные испытания.
Исследования, положенные в основу диссертации, выполнены непосредственно автором или под его руководством в период с 1983 до 1995 года в Московском институте стали и сплавов по планам важнейших работ Госкомобразования РФ, а также в соответствии с заданиями целевых и комплексных программ.
Научную новизну работы составляют:
методы исследования параметров соударения (длительности соударения, величины пластической деформации при ударе, амплитудной зависимости звукоизлучения);
закономерности влияния параметров соударения и демпфирующих свойств материалов на звукоизлучение;
количественная оценка воздействия легирующих элементов в железоуглеродистых сплавах на затухание генерируемого ударного шума.
На зашиту выносятся новые научные данные о влиянии параметров ударного шума /длительность соударений, величина пластической деформации при ударе, амплитудная зависимость звукоизлучения/ на эффект формирования импульсного звука; "разработанные металлические материалы и конструкции с повышенными демпфирующими свойствами, обеспечивающие снижение шума ударного происхождения в источнике возникновения.
Достоверность н обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждены:
корректностью постановки теоретических задач, принятыми допущениями, достаточным объемом исходных данных и инструментальных исследований;
совокупностью и удовлетворительной сходимостью результатов (расхождение 5 -7%) аналитических, лабораторных, промышленных исследований характеристик демпфирования и звукоизлучения;
положительными результатами опытно-промышленных испытаний на предприятиях с повышенным уровнем ударного шума.
Практическая ценность работы:
разработаны новые методы исследования шума соударяющихся деталей;
разработаны новые металлические материалы для борьбы с шумом в источнике возникновения, обладающие достаточными прочностными характеристиками;
оценены акустические и демпфирующие характеристики известных марок сталей.
Реализация работы. В производственных цехах с высоким уровнем шума внедрены конструкции и материалы с повышенными демпфирующими свойствами, позволившие снизить уровни шума на рабочих местах от 5 до 18 дБА.
В частности, шумозащитные конструкции внедрены с использованием разработанных сплавов повышенного демпфирования на следующих предприятиях:
Новолипецкий металлургический комбинат;
Муромский радиозавод;
ПО "Муромский машиностроительный завод";
Владимирский завод "Электроприбор";
Владимирский завод "Автоприбор";
Алматинский центр эксплуатации и ремонта авиационной техники;
Алматинское АО 'Теплоэнергооборудование".
Апробаиия работы. Результаты проведенных исследований и основное содержание опубликованных работ докладывались и получили одобрение на Всесоюзной научно-технической конференции с международным участием "Акустическая экология — 90" /Ленинград, 1990/, Международной конференции по борьбе с шумом и вибрацией "NOISE—93" /Санкт-Петербург, 1993 г./, 2-ой Международной конференции "Борьба с шумом и звуковой вибрацией", "Дыбыс-95" /Актюбинск, 1995 г./, Всесоюзном совещании по проблеме улучшения акустических характеристик машин /Звенигород, Московской обл., 1988 г./, 5-ой научно-технической конференции "Демпфирующие металлические материалы" /Киров, 1988 г./, 5-ой научной конференции по проблеме охраны труда /Рубежное, 1986 г./, 8-ом межотраслевом семинаре "Виброакустические исследования" /Москва, 1987 г./, научно-техническом семинаре "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" в Доме научно-технической пропаганды им. Ф.Э.Дзержинского /Москва, 1981 г., 1989 г./, научно-технических семинарах "Новые средства звуко-виброизоляции в промышленности" и "Применение вибропоглощения в промышленности и на транспорте" в Ленинградском Доме научно-технической пропаганды /Ленинград, 1989-1990 гг./, восемнадцати региональных, областных, городских, институтских конференциях /Москва, Тула, Владимир, Актюбинск, Муром, 1983-1995 гг./.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 94 печатных трудах, в том числе 25 статьях, 19 тезисах докладов конференций, 11 изобретениях, 1 экспонате выставки, 38 информационных листках. Кроме того, результаты диссертационной работы отражены в 11 отчетах по законченным научно-исследовательским работам.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, содержащих А 20 страниц машинописного текста, включая иллюстрации, 28 таблиц, список
использованных источников литературы из 316 наименований и приложений
на -U стр.
