Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 11
1.1 Выбор и краткое описание объектов исследования; 11
1.2 Анализ условий труда в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности
1.3 Меры и средства обеспечивающие безопасность труда в металло- и деревообрабатывающей промышленности 26
1.4 Источники шума станков 3 2
1.4.1 Общие положения 32
1.4.2 Шумообразование и борьба с шумом в источниках металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков 33
1.5 Анализ процессов шумообразования в металло- и деревообрабатывающих станках и оценка эффективности средств шумозащиты 44
1.5:1 Общие положения 44
1.5.2 Шум сверлильных станков 45
1.5.3 Шум деревообрабатывающих станков 46
1.5.4 Шум токарных станков 50
1.5.5 Шум фрезерных станков 54 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 54
ГЛАВА 2 Анализ условий труда в цехах металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности для рабочих, обслуживающих станки прерывистого действия 57
2.1 Оценка состояния условий труда на рабочих местах и гигиеническая классификация труда 57
2.2 Основные производственные факторы измеряемые на предприятиях металло- и деревообрабатывающей промышленности 59
2.3 Оценка условий труда на отдельных предприятиях металло- и деревообрабатывающей промышленности 61
2.3.1 О А О «Дончанка» 61
2.3.2 ЗАО «Сантарм» 64
2.3.3 Завод ГПЗ-10 67
2.3.4 ГП «Ростовский электровозоремонтныйзавод» 68
2.4 Общая оценка условий труда в цехах металло- и деревообрабаты
вающей промышленности для рабочих, обслуживающих станки
прерывистого действия 71
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 76
ГЛАВА 3 Теоретические основы процессов шумообразовання 78
3.1 Общие положения 78
3.2 Основные допущения и границы расчетов 82
3;3 Процессы шумообразовання в источнике при прерывистом резаник 83
3.3.1 Описание расчетных схем и силового воздействия при операциях прерывистого резания 83
3.3.2 Вывод математических моделей для 1-ой и 2-ой расчетных схем 88
3.3.3 Теоретические исследования процессов шумообразовання в источнике для 1-ой и 2-ойрасчетных схем 92
3.3.4 Вывод математической модели для расчетной схемы 3 96
3.3.5 Теоретические исследования процессов шумообразовання в источнике для станков с 3-ей расчетной схемой 100
3.4 Расчет шума на рабочем месте 105
3.5 Пример расчета шума на рабочем месте 111
Выводы по главе 114
ГЛАВА 4: Методические основы проведения экспериментальных исследований 117
4.1 Проведение измерений значений вредных производственных фак торов на предприятиях металлообрабатывающей и деревообраба тывающей отраслей промышленности 117
4.2 Условия проведения измерений 118
4.3. Измерение уровней шума и вибрации на рабочих местах 121
4.4 Экспериментальные исследования шума и вибрации 123
4.5 Методика измерения коэффициента потерь колебательной энергии 124
4.6 Оценка эффективности ограждающих конструкций: 127
4.7 Оценка погрешности измерений уровней шума и вибрации 129 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 135
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования виброакустических характеристик оборудования прерывистого резания 136
5.1 Экспериментальные исследованияїнума станков прерывистого резания, работающих лезвийным инструментом 136
5:1.1 Общие сведения 136
5.7.2 Виброакустические характеристики широкоуниверсальных фрезерных станков 136
5.1.3 Шумовые и вибрационные характеристики резьбофрезерных станков 152
5.1.4 Шумовые характеристики шлицефрезерных станков 158
5:7.5 Шумовые характеристики зуборезных станков 159
5.2 Экспериментальные исследования шума станков прерывистого резания, работающих абразивным инструментом 162
5.2.1 Закономерности шумообразовання плоскошлифовальных станков 162
5.2.2 Экспериментальные исследования виброакустических характеристик процесса наружного круглого шлифования 171
5.2.3 Шумовые характеристики шлицешлифовалъных, резъбошлифовальных и заточных станков 176
5.3 Виброакустические характеристики деревообрабатывающих станков 182
5.4 Проверка точности предложенных методов расчета шума 191 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 207
ГЛАВА 6. Разработка рекомендаций и мер по улучшению условий труда на рабочих местах станков прерывистого резания 209
6.1 ,. Разработка рекомендаций по снижению шума превалирующего ОВПФ на рабочих местах станочников 209
6.2 Описание ограждающих конструкций 214
б. 2.1 Ограждение круглошлифовальных,
шлицешлифовалъных, шлицефрезерных и заточных станков 214
6.2.2 Ограждения плоскошлифовалъных
и универсально-фрезерных станков 215
6.2.3 Ограждение резъбошлифовальных станков 216
6.2.4 Ограждение гидростанции 218
6.2.5 Акустические экраны 219
6.3 Определение эффективности ограждающих конструкций для улучшения условий труда 220
6.4 Способы снижения шума дисковых фрез и отрезных пил 223
6.5 Снижение травматизма операторов металлорежущих и деревообрабатывающих станков за счет применения
ограждений зоны обработки 225
Выводы по главе 227
Заключение 229
Литература
- Анализ условий труда в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности
- Основные производственные факторы измеряемые на предприятиях металло- и деревообрабатывающей промышленности
- Процессы шумообразовання в источнике при прерывистом резаник
- Экспериментальные исследования шума и вибрации
Введение к работе
Право трудящихся на безопасные и безвредные условия труда гарантируются ст. 41 Конституции Российской Федерации. Основным правовым актом, регулирующим государственную политику в области охраны труда является закон «Об основах охраны труда в Российской Федерации» от 17 июля 1999 г. № 181 - ФЗ. Несмотря на конституционные гарантии и государственное регулирование контроля за условиями труда положение в этой области в нашей стране неудовлетворительное. В год от травматизма на производстве гибнут и получают тяжелые травмы десятки тыс. человек, а несколько млн. человек работают в неблагоприятных условиях, где один-два и более вредных или опасных производственных фактора (ОВПФ) превышают допустимые значения. Так на 01.01.2003 г. согласно данным государственной статистической отчетности в промышленности Ростовской области в условиях не соответствующих санитарно-гигиеническим нормам было занято около 74 тыс. работников, из них почти 50% работали в условиях повышенного шума, а более 10% - в условиях повышенной вибрации.
При этом, как можно предполагать, наиболее неудовлетворительные условия имеют место в металло- и деревообрабатывающей промышленности. Здесь, как отмечено специалистами, возникает ряд физических, химических и психофизиологических ОВПФ. Так по данным, приведенным в работе [16] при металлообработке и деревообработке основные физические опасные факторы — движущиеся части оборудования, передвигающиеся изделия и заготовки, высокая температура обрабатываемых деталей и инструмента, поражения электрическим током и др. Все эти факторы ведут к производственному травматизму. Отмечается, что от общего числа производственных травм повреждение глаз станочников составляет в зависимости от типа станков от 10 до 50% [16]. На рабочих местах станочников также отмечаются повышенные уровни шума, вибрации, запыленности, недостаточная освещенность рабочей зоны, неблагоприятные метеорологические условия, высокие уровни электромагнитных полей и пр., приводящие к профессиональным заболеваниям.
Отметим, что перечень ОВПФ, воздействующих на рабочих хорошо известен специалистам, но данные о параметрах и комплексе этих воздействий в литературе практически отсутствуют.
Идея диссертации состоит в том, чтобы изучить основные виды физических ОВПФ, выделить превалирующий;фактор (факторы) и разработать, научные основы снижения превалирующего ОВПФ таким; образом; чтобы средства защиты имели по возможности универсальный характер и снижали все или возможно большее число ОВПФ, превышающих нормы.
Улучшение условий І труда это не • только выполнение требований контролирующих органов. Следует отметить очень неприятный факт, что современное состояние отечественной машиностроительной\ промышленности плачевно. Об этом говорилось на первом і Московском технологическом форуме, который состоялся в апреле 2003 г. За последние годы произошло значительное (более чем в 2 раза) сокращение машиностроительной продукции.. Большинство российских предпринимателей используют устаревшие (60-70-х годов) технологии, морально и физически изношенное оборудование. Модернизация. отечественной промышленности неизбежна, ее можно добиться только на базе новейших технологий. В;современных зарубежных новейших технологиях человеческий фактор — основной. Там делается все возможное по улучшению условий .труда, увеличению. его безопасности. В связи с этим; работа, направленная на поиск универсальных решений по улучшению труда на отечественных станках, является своевременной.
Тенденции: современного станкостроения, направлены на замену механических приводов на бесступенчатое регулирование и широкое применение гидростатических и аэростатических подшипников в опорах шпиндельных узлові вместо подшипников качения. В этом случае возбуждение вибраций корпусных и базовых деталей резко уменьшается, и, следовательно, уменьшается интенсивность звукового излучения несущей системы такого оборудования. Вместе с тем, создание прогрессивных конструкций режущего инструмента и новых инструментальных материалов позволяет существенно повысить технологические нагрузки в системе заготовка - режущий инструмент, что приводит к увеличению доли звуковой энергии, излучаемой заготовками и обрабатывающим инструментом, которая и определяет формирование акустических характеристик на рабочих местах операторов большинства типов станков прерывистого резания.
Все это существенно ограничивает круг задач теоретического исследования и сводит их к построению моделей возбуждения вибраций и шума системы заготовка - режущий инструмент и аналогичному определению уровней звукового давления на рабочем месте с учетом отражения, затухания и пр. звука.
Цель работы: улучшение условий труда рабочих занятых в металло- и деревообрабатывающей промышленности на примере решений для станков прерывистого резания.
На защиту выносятся:
1. Результаты комплексного исследования условий труда в металло- и деревообрабатывающей промышленности (для станков прерывистого действия) с выделением превалирующего (их) ОВПФ.
2. Разработка математических моделей процессов шумообразования в источнике для станков прерывистого резания.
3. Результаты исследования процессов шумообразования в станках прерывистого действия в зависимости от технологических и пр. параметров.
4. Методика расчета ожидаемой шумности на рабочем месте станочников при аналитически полученной акустической мощности источника шума.
5. Рекомендации по улучшению условий труда на рабочих местах станочников.
6. Универсальные конструкции, улучшающие условия труда на рабочих местах.
Научная новизна:
1. Разработаны математические модели описывающие процессы шу-мообразования в источниках станков прерывистого резания.
2. Разработана методика расчета ожидаемой шумности на рабочем месте при аналитически полученной характеристике акустической мощности источника.
3. Установлена связь между акустическими характеристиками, конструктивным исполнением и технологическими операциями станков прерывистого резания.
4. Разработана классификация универсальных ограждающих конструкций для улучшения условий труда операторов станков прерывистого резания.
Практическая полезность:
1. Разработаны рекомендации по улучшению условий труда в металло — и деревообрабатывающей промышленности (на примере станков прерывистого резания);
2. Разработаны универсальные ограждающие конструкции для улучшения условий труда станочников и определена их эффективность;
3. Получены акустические характеристики станков прерывистого резания, которые могут быть использованы при выполнении акустических расчетов, как на стадии проектирования, так и в условиях эксплуатации.
Основные результаты выполненных исследований внедрены на следующих предприятиях: - в специальном конструкторском бюро автоматических линий и металлорежущих станков (г. Краснодар), здесь внедрены методика инженерного расчета шума системы режущий инструмент-заготовка для фрезерных, шлифовальных и заточных станков;
- на ОАО НЛП КП «Квант» внедрены универсальные ограждающие конструкции для улучшения условий труда работающих в цехах механической-обработки на универсальных фрезерных и шлифовальных станках;
- на ОАО «Донпрессмаш» внедрены универсальные ограждающие конструкции на зуборезных, круглошлифовальных и шлицеобраба-тывающих станках.
Исследования условий труда, а также экспериментальные исследования шума были проведены на 6 заводах и предприятиях Ростовской области.
Основные экспериментальные исследования процессов шумообразова-ния были выполнены в научно-исследовательской лаборатории кафедры «Металлорежущие станки: и инструменты» Донского государственного технического университета (ДГТУ).
Апробация работы; материалы диссертации были доложены на First International Congress on Leaf Protein Research «LEAFPRO-96», Rostov-on-Don, 1996; Forth International Congress on Sound and Vibration, St.-Peterburg, Russia, (June 24-27, 1996); Научно-практической конференции «Промышленная экология - 97» (Санкт-Петербург, 12-14 ноября, 1997); II, III, IV Всероссийских конференциях с международным участием «Новое в Экологии и безопасности жизнедеятельности», Санкт-Петербург, (1997, 1998, 1999 гг.); VI Международная научно-техническая конференция по динамике технологических систем «ДТС-2001», г.Ростов-на-Дону, (25-28 сентября 2001 г); Международной конференции «Динамика машин», Ростов-на-Дону, (2001 г.); Второй и Третьей Всероссийских школах-семинарах с международным участием Санкт-Петербург (2002 и 2003 гг.); Международной школе-семинаре «Промышленная экология» г. Ростов-на-Дону, (3-5 сентября 2003 г.); Международной научно-технической конференции «Машиностроительная отрасль -будущее России», г. Москва, (16-20 сентября, 2003 г.); EURO РМ 2003 Congress, Valencia; Spain, (20-22 October, 2003); Международной научно-практической конференции «Строительство-2003», Ростов-на-Дону, (2003); заседаниях научно-технических советов ОАО НИР КП «Квант» г. Ростов-на Дону, (2003 г.), ОАО «Донпрессмаш», г. Азов, (2003 г.), Федерального Государственного унитарного; предприятия завод «РУБИН», г. Ростов-на-Дону (2003 г.), ООО «Долганка», г. Ростов-на-Дону, (2003 г.), ЗАО СКБАП и МС г. Краснодар, ассоциации «Росстанкоинструмент», Москва (2003 г.); Объединённом заседании кафедр «Охраны труда и окружающей среды» и «Металлорежущие станки и инструмент» Донского государственного технического университета г. Ростов-на-Дону (1995-1998 гт, 2003 г.); на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ и заседании кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности» БГТУ «Военмех», г. Санкт-Петербург (2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 40 печатных работ, в том числе монографии Месхи Б.Ч. «Улучшение условий труда операторов металлорежущих и деревообрабатывающих станков за счет снижения шума в рабочей зоне (теория и практика)». - Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2003. -131 с; Абрамов А.В., Месхи Б.Ч. «Управление техническими системами: Учеб. пособие. - Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2001. - 93 с.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 467 страницах, содержит 40 таблиц, 146 рисунков и состоит из введения, 6 глав, заключения и библиографического списка, включающего в себя 269 литературных источников, и приложений.
Автор выражает глубокую благодарность ректору ДГТУ заведующему кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты» д. т. н., проф. А.А. Рыжкину за предоставленную возможность выполнения исследований и поддержку при выполнении работы, д.т.н., проф. Чукарину А.Н. за научные консультации и внимание к автору, а также всем коллегам за помощь при выполнении настоящей работы.
Анализ условий труда в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности
Литература, посвященная описанию условий труда в промышленности довольно многочисленна. Анализ информационного массива позволяет разделить его на две большие группы: литература, посвященная общим проблемам, основным подходам к требованиям безопасности [16-40] и информация о каких-то частных вопросах этой проблемы [41-150].
Вопросам изучения условий труда и разработке мер и требований безопасности в нашей стране посвятили свои работы О.Н. Русак, С.В.Белов, К.Р.Малаян, А.Ф.Козъяков, В.Н. Бринза, Э.П. Пышкина, А.А. Самолдин, С.Г. Смирнов, B.C. Шкрабак, И.М. Фадин, А.И. Никитин, В.Л. Лапин, Е.Я. Юдин, А.Ф. Власов, Н.Г. Занько; и др. В этой области сформировалось две крупные научные школы: одна под руководством д-ра техн. наук, профессора СВ. Белова в Москве, а другая под руководством д-ра техн. наук, профессора О.Н. Русака в Санкт-Петербурге.
Анализируя в соответствии с ГОСТ ССБТ 12.0.003-74 [28] условия труда в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности к основным опасным и вредным производственным факторам (ОВПФ) можно отнести следующие [41-55]: - повышенные уровни шума; - повышенные уровни вибрации; - движущиеся части станков, заготовок и деталей; - вредные химические вещества; - повышенное содержание металлической или древесной пыли в воздухе; - недостаточное освещение; - неудовлетворительный микроклимат; - вредные электромагнитные поля; - опасность поражения электрическим током; - повышенные уровни ультра- и инфразвука.
Проанализируем последовательно каждый из перечисленных ОВПФ с тем, чтобы определить в какой степени изучено их влияние на состояние условий труда в металло- и деревообрабатывающей промышленности.
Вопросам шума металлообрабатывающих станков в литературе уделяется достаточно много внимания. Достаточно сослаться на очень подробный каталог характеристик шума оборудования [41], в котором приведены сведения о сотнях источников шума. Характеристики шума некоторых из этих станков приведены в табл. 1.3.
Характеристики шума некоторых металлообрабатывающих станков [41] Анализируя данные в табл. 1.3 отметим, что уровни звукового давления на рабочих местах предположительно могут быть ниже приведенных значений УЗМ приблизительно на 10 дБ (дБА); почти на всех рассматриваемых станках шум на рабочих местах превышает допустимые нормы (80 дБА). Это подтверждается данными по измерениям уровней звукового давления (УЗД) уровней звука (УЗ), проведёнными авторами [46], которые приведены в табл. 1.4
Анализируя данные, приведенные в табл. 1.3 (с поправками) и табл. 1.4, можно утверждать, что в основном УЗ на рабочих местах металлообрабатывающих станков лежит в диапазоне 85-100 дБ А. Отметим также очень большой разброс корректированных уровней звуковой мощности, достигающий приблизительно 25 дБ А, а по уровням звуковой мощности разброс может достигать 20-30 дБ. Это говорит о разнообразии причин процессов шумообразования в этих источниках. Характер спектров шума станков, приведенных в табл. 1.3, также: совершенно различен, что подтверждает мысль о разнообразных причинах шумообразования в станках. Превышение шума отечественных станков над нормами может достигать 5-20 дБ А. Эти данные подтверждаются и другими исследователями, так в работе [89] отмечаются, что превышения шума в механических цехах достигают до 18 дБ А. Это говорит о том, что для металлообрабатывающего оборудования шум является одним из самых значимых ОВПФ. Эти выводы о большом влиянии шума на1 условия труда работающих подтверждаются и другими литературными данными [46].
При обработке некоторых хрупких материалов может возникать запылённость превышающая предельно-допустимые концентрации (ПДК). В табл. 1.5 приведены данные о концентрации пыли в воздухе при точении, фрезеровании и сверлении хрупких материалов. [16].
Анализируя данные, приведенные в табл. 1.6 и 1.7 можно утверждать, что УЗ на рабочих местах деревообрабатывающих станков лежат в диапазоне 85-110 дБА. Шум на рабочих режимах на 5 - 10 дБА выше, чем на холостом ходу. Отдельные данные, которые приведены в табл. 1.6 (110-120 дБ А), представляются нам завышенными. Тем не менее, шум на рабочих местах превышает нормы в основном на 10-25 дБА.
Шум - превалирующий ОВПФ, но, в тоже время, запыленность на рабочих местах достигает 4-10 мг/м3 в несколько раз превышая допустимые нормы. Это говорит о том, что запыленность для этого типа оборудования также является одним из самых значимых ОВПФ. Выводы об ухудшении условий труда за счет шума и запыленности на рабочих местах деревообрабатывающих станков подтверждаются и другими литературными данными [32,22,42,43,44].
Анализируя данные о характере и величинах ОВПФ, имеющихся в литературе — отметим их неполноту: по многим ОВПФ числовые характеристики в сравнении с ПДУ или ПДК практически отсутствуют. Это может объясняться, как нормальным состоянием ОВПФ, так и отсутствием комплексных исследований. Для решения проблемы улучшения условий труда на исследуемых объектах следует, в первую очередь, осуществить комплексное исследование ОВПФ. В то же время из анализа можно сделать предположения, что шум - превалирующий фактор, определяющий для большинства станков условия труда работающих.
Основные производственные факторы измеряемые на предприятиях металло- и деревообрабатывающей промышленности
В работе [121] экспериментально исследованы процессы шумообразо-вания фрезерных станков. Исследовались процессы шумообразования в зависимости от вида обрабатываемого материала, диаметра и типа фрез. Показано, что на холостом ходу основным источником шума является коробка скоростей. При работе шум возрастает на 6-15 дБ, в октавном диапазоне частот 250-500 Гц. Сравнение спектров шума вибрации, измеренных на корпусе станка, со спектром воздушного шума показали их идентичность, что позволяет говорить об основном вкладе корпуса в процессы звукоиз-лучения. Определенный вклад вносит и режущий инструмент (на высоких частотах). Рекомендации логично вытекают из анализа процессов шумообразования: применение мер и средств, снижающих излучение корпуса и фрез. К таким мерам относится вибродемпфирование, применением которого удалось снизить шум на 3-4 дБ в диапазоне 2000-8000 Гц.
Работа [121] носит экспериментальный характер, как видно из полученных результатов шум исследуемого станка до нормы не снижен.
Выводы по главе и постановка задач исследования
Анализ литературы показал, что решение вопроса улучшения условий труда требует, в первую очередь, выполнения комплекса исследований. Можно предполагать, что для исследованных объектов превалирующим ОВПФ является повышенный шум, но помимо шума на многих станках действуют и другие ОВПФ (например, повышенная запыленность), превышающие нормы. Основная идея, которая может быть положена в основу исследования: улучшение условий труда при работе на металло- и деревообрабатывающих станках прерывистого резания лежат на пути нахождения превалирующего фактора, снижение которого доводит условия труда по всем основным ОВПФ до требований норм. Обобщая результаты выполненного анализа шума станков, отметим, что вопросам исследования процессов шумообразования в металлообрабатывающих станках, а также вопросам борьбы с шумом посвящена довольно обширная литература. Шум станков непрерывного резания изучен более, подробно чем станков прерывистого резания.
Практически отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования виброакустических характеристик станков шлифовальной и фрезерной групп и, в частности, зубообрабатывающих, шлицеобрабатывающих, резьбообрабатавающих, круглопильных, фрезерных. Группе шлифовальных станков присуща определенная специфика в отличии от токарных, фрезерных, а для плоскошлифовальных - и от шлифовальных станков других типов. К упомянутым специфическим чертам относятся: - высокие частоты вращения шпинделя шлифовального круга; - отсутствие в приводах главного движения зубчатых передач и, как правило, подшипников качения; - жесткие корпусные детали коробчатой формы при малых уровнях технологических нагрузках, по видимому, не будут являться источниками повышенного шума; - высокий уровень гидрофикации шлифовальных станков с развитой сетью трубопроводов;. - условия резания на шлифовальных станках: множество мелких зерен абразива при высоких скоростях резания, а на фрезерных станках — прерывистое резание лезвийным инструментом при скоростях резания, меньших, чем при шлифовании; - разнообразие типов деталей, обрабатываемых на шлифовальных и фрезерных станках: детали типа брусков, коробок, а также торцевые поверхности деталей типа полых цилиндров (кольца подшипников качения), цилиндрические заготовки; - плотное прилегание базовой поверхности детали к магнитному столу, а магнитного стола к столу станка, что в отличие от базирования в центрах на токарных станках способствует передаче колебаний от заготовки к корпусным и базовым деталям станка. Можно утверждать, что задачи улучшения виброакустических характеристик станков прерывистого резания являются актуальными и требуют проведения теоретических и экспериментальных исследований, учитывающих специфику шлифовальных и фрезерных станков, на базе которых возможна разработка акустических расчетов и способов доведения шума станков до норматива на стадии их проектирования.
Касаясь теории и предложенных расчетных методов, следует отметить существенную сложность, теории или наличие только эмпирических зависимостей (расчет шума деревообрабатывающих станков). Помимо сложности теория А.Н.Чукарина не содержит данных, необходимых для описания передачи звука от источника до рабочего места с учетом особенностей отражения, поглощения и дифракции звука. Формулы, применяемые для расчетов шума обрабатывающих станков, эмпирические.
Основные задачи исследования: 1. Выполнить комплексные исследования условий труда на металло- и деревообрабатывающих станках прерывистого резания, дать оценку и выявить превалирующие ОВПФ; 2. Разработать расчетные схемы и математические модели, описывающие процессы образования шума в источнике и передачу звука от источника с аналитическими значениями звуковой мощности до рабочего места; 3. Выполнить исследования процессов шумообразования в станках прерывистого резания; 4. Разработать методику расчета ожидаемой шумности исследуемых объектов; 5. Разработать методику выполнения экспериментальных исследований; 6. Разработать универсальные конструкции для улучшения условий труда, выполнить оценку их эффективности и опробовать на практике; 7. Разработать рекомендации по улучшению условий труда на рабочих местах работающих, обслуживающих металло- и деревообрабатывающие станки прерывистого действия. ГЛАВА 2 Анализ условий труда в цехах металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности для рабочих обслуживающих станки прерывистого действия
Оценка состояния условий труда на рабочих местах и порядок доплат рабочим за условия труда определены в нормативных документах, властности, типовых перечнях работ с тяжёлыми и вредными, особо тяжёлыми и особо вредными условиями труда по отраслям народного хозяйства. «Гигиенические критерии оценки и, классификация условий труда по показателям вредных и опасных факторов производственной среды...» и др. [20,21]. Оценка фактического состояния, условий труда производится на основе данных аттестации рабочих мест или специальных инструментальных замеров: фактических уровней факторов производственной среды. Цель аттестации -сравнение фактических уровней с показателями предельно допустимых условий (ПДУ) или предельно допустимых концентраций (ПДК). Степень вредности факторов производственной среды устанавливаются в баллах по критериям, приведённым в Гигиенической классификации труда (табл.2.1).
Процессы шумообразовання в источнике при прерывистом резаник
Основное допущение, связанное с определением акустической мощности источников, правомерность которого подтверждена данными, экспериментов, заключается в том, что основным источником шума в станках прерывистого резания является пара «заготовка - режущий инструмент». При этом принимается, что на всех частотах вклад других источников не менее о чем на 10 дБ нижег чем вклад шума, связанного с рабочим процессом. Во всех случаях, когда такое допущение может оказаться неправомерным, в результаты расчётов вносятся экспериментальные поправки.
Следующие допущения связаны с аппроксимацией пары «заготовка -инструмент» элементарными излучателями звука. Так, например, заготовки всех типов рассматриваемых станков, кроме универсальных фрезерных и плоскошлифовальных, аппроксимируются балками с соответствующими способами закрепления. Все излучатели звука принимаются ненаправленными и коэффициент направленности принимается Ф = 1.
Последняя группа допущений связана с характером звукового поля в помещении и принципом суммирования акустической мощности источников звука: - источники звука приняты некогерентными и суммарная звуковая мощность определяется по принципу энергетического суммирования; - звуковое поле в помещении принимается квазидиффузным; - элементы ограждающих конструкций, а также близрасположенные отражающие поверхности приняты вторичными излучателями зву ка, по всей площади (длине) которых расположены точечные некогерентные излучатели. Граница исследований определяется как границей квазидиффузного звукового поля помещения, которая определяется: /„.=,Гц, (3.9) где V - объём помещения, м3, так и границей вибрационного поля системы «заготовка - инструмент», где граничной частотой является первая собственная форма колебаний излучателя.
На современных фрезерных и шлифовальных станках обрабатывается широкая номенклатура деталей и используются различные типы фрез и шлифовальных кругов, существенно отличающихся по размерам и конфигурации. Большинство реальных излучателей звука представляет собой плоские и пространственные излучатели, многообразие которых для данного случая сведено к ограниченному числу типовых источников (табл. 3.1) [231-243].
В частности, режущий инструмент и заготовка представляются точечным источником звука, если их геометрические размеры меньше длины звуковой волны в воздухе. В противном случае заготовки типа пластин и стенки корпусных деталей рассматриваются как пластины ограниченной длины. Концевые фрезы, заготовки типа балок на фрезерных и плоскошлифовальных станках, круглошлифовальных и внутришлифовальных станках, шлицефрезерных и шлицешлифовальных станках рассматриваются как балки ограниченной длины с соответствующими осевыми моментами инерции. В качестве акустической модели шлифовальных кругов, дисковых, отрезных фрез принимается круглая пластина, жестко защемленная в центре (поршневой излучатель).
Для схем, указанных в табл.,3.1, заготовки рассматриваются как балки и коробчатые оболочки, представляющие собой системы с распределенными параметрами и возбуждаемые процессом резания. Фрезерование представляет собой процесс прерывистого резания лезвийным инструментом. Возбуждение вибраций преобразующей системы фреза-заготовка осуществляется силой резания, которая представляет собой последовательность импульсов возмущения при входе и выходе зубьев фрезы в заготовку.
Процесс возбуждения заготовок шлифовальными кругами, которые относятся к абразивному инструменту, представляет собой совокупность внешних дельтообразных воздействий от абразивных зерен, распределенных случайным образом, с достаточной для инженерных расчетов точностью может быть представлен белым шумом. При таких возмущающих воздействиях со стороны процесса резания задача расчета уровнеишума преобразующей системы режущий инструмент-заготовка, элементы которой рассматриваются как волноводы, сводится к определению собственных частот колебаний на этих частотах. Общий алгоритм решения задачи определения уровней шума приведен на рис. 3.1.
Первая схема представляет собой консольно закрепленную балку, на консоли которой приложена сила резания. Вторая схема представляет собой шарнирноопертую балку. Сила резания прикладывается в межопорной части. Третья схема соответствует условиям обработки, корпусной детали, представляющей собой полую коробчатую оболочку установленную на столе станка.
Экспериментальные исследования шума и вибрации
Экспериментальные исследования шума и вибрации источников проводились в цехах механической обработки ОАО НПП КП «КВАНТ», ЗАО «Красный Аксай», ОАО «Донпрессмаш», ОАО «Рубин», электровозоремонт-ном заводе, заводе ГПЗ-10, заводе Сантехарматура «САНТАРМ», мебельной фабрике «Дончанка» и на станках экспериментальных мастерских ДГТУ при. соответствующих операциях и режимах обработки.
Уровни шума измерялись на рабочем месте при различных видах обработки. Измерения проводились в условиях цеха на одном станке. Все остальные источники, включая вентиляцию, отключались. Разница между уровнями помех и уровнями шума в точке измерений превышала 14 дБ. Поэтому результаты измерений принимались без соответствующих поправок. Экспериментальные исследования проводились на станках, расстояние от которых до стен производственного помещения превышала 25 м, т.е. условия измерений были максимально приближены к свободному звуковому полю. Измерения вибраций проводились на рабочих местах операторов в соответствующем нормируемом частотном диапазоне, а также на основных излучающих звук поверхностях станков и обрабатываемых заготовок. В этом случае уровни вибраций измерялись в звуковом диапазоне частот (31,5-8000 Гц). Цель этих замеров заключалась в выяснении физических процессов шумообразования нескольких одновременно звучащих источников и косвенной оценке вклада отдельных источников в формирование спектров шума на рабочем месте операторов станков.
Основная цель экспериментальных исследований заключалась в проверке правильности математических моделей шумообразования станков прерывистого резания.
Под эффективным коэффициентом потерь в данной работе понимается не коэффициент потерь материала, а соответствующей пластины (или ограждения). Несмотря на изученность физических процессов поглощения энергии, вибропоглощающих характеристик различных конструкций, коэффициенты потерь достаточно трудно рассчитать теоретически. Особенности определения коэффициента потерь связаны с тем, что возбуждающая нагрузка должна мгновенно сниматься с исследуемого объекта.
Точность расчета уровней структурного шума во многом зависит от точности определения коэффициента потерь колебательной энергии конструкции. Для этого определялись коэффициенты потерь пластин на специальном стенде, схема которого представлена на рис. 4.1, на основе анализа характеристик сигналов виброакустической эмиссии (ВАЭ). Условно комплекс можно разделить на аппаратную и программную часть. Аппаратная часть делится, в свою очередь, на 2 части: 1-я - возбуждение сигнала в исследуемой пластине; 2-я - снятие и обработка сигналов ВАЭ.
Эксперимент заключается в следующем. С генератора звуковой частоты синусоидальный сигнал подавался на усилитель мощности, а затем на специальный электромагнит, который возбуждает панель на вынужденных и собственных частотах. Собственные частоты контролировались на анализаторе, работающем в режиме осциллографа. Необходимость создания синусоидальных колебаний объясняется требованиями применяемых методов исследования [258].
Для виброакустического исследования был использован аппаратный комплекс, представленный на рис. 4.2. Эта часть комплекса создана на базе IBM PC и платы многоканального ввода-вывода L305. Он может быть условно подразделен на аппаратную и программную части.
На объекте исследования для регистрации ВАЭ были использованы пьезоакселерометры типа ДН-4-М1 для измерения виброускорений в 3-х взаимно перпендикулярных направлениях. Датчик имеет следующие характеристики: коэффициент преобразования ускорения в напряжение Кп= 1,00 мВс /м; частота поперечного резонанса fn= 14,0 кГц; частота установочного резонанса fy=43 кГц.
Для усиления и согласования датчиков с АЦП применяли 4-х канальный виброусилитель I 1002 (RFT), имеющий широкий частотный диапазон и большой выбор коэффициентов усиления, как по напряжению, так и по заряду. Исходя из условий аналого-цифрового преобразования, сигнал поступающий с датчиков В АЭ, помимо предварительного усиления , должен і подвергаться фильтрации типа Antialising filtration с целью предотвращения явления подмены частот для высокочастотной информации; Обработанный сигнал подается на нормирующие усилители, с целью подготовки его к преобразованию в цифровую форму с помощью платы L305.
Преобразование аналогового сигнала в цифровой и ввод его в ПЭВМ осуществлялся с;помощью АЦП L305. Плата L3 05 представляет собой устройство, функционирующее в составе ПЭВМ IBM PG имеющее в своем составе ЦАП, многоканальный АЦП, а также порты для ввода и вывода цифровой информации.
После АЦП сигнал поступает на ПЭВМ. В данном случае использовался IBM PC совместимый персональный компьютер с процессором Pentium 100 и выше, на основе которого создаются программные средства для диагностики и управления.
Оцифрованный сигнал проходит предварительную обработку, заключающуюся в его центрировании для устранения погрешности нуля измерительного тракта и цифровой фильтрации с целью компенсации АЧХ датчика.
Данный сигнал подвергается «взвешиванию» с помощью функции Нат-тола для подавления эффектов, обусловленных наличием боковых лепестков в- спектральных оценках вследствие конечности объема выборки. Сигнал, прошедший обработку, преобразуется в частотную область с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье.
Данная-обработка сигнала может осуществляться с помощью стандартных модулей (например, Mathcad) либо с помощью оригинального пакета прикладных программ разработанных на кафедре г «АЛЛ» ДГТУ под руководством Заковоротного В.Л.
