Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДШАБОТНА ВІБРОІЗОЛЯЦІЯ ШТАМПУВАЛЬНИХ МОЛОТІВ з ОДНОБІЧНИМ ДЕМПФІРУВАННЯМ

Спеціальність 05.03.05 - процеси та машини обробки тиском

Ткачук Ольга Анатоліївна

Луганськ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Обладнання для обробки металів тиском” Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля

(СНУ ім.В.Даля) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:	доктор технічних наук, професор Рей Роман Іванович, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля (м.Луганськ), завідувач кафедри “Обладнання для обробки металів тиском”.
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор, Роганов Лев Леонідович, Донбаська державна машинобудівна академія (м.Краматорськ), завідувач кафедри “Машини та технологія обробки металів тиском”;
	кандидат технічних наук, доцент Явтушенко Олександр Вікторович, Запорізький національний технічний університет,звідувач кафедри “ Обробка металів тиском”.
Провідна установа:	Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки України, кафедра “Механіка пластичності матеріалів та ресурсозберігаючих процесів” (м. Київ).

Захист відбудеться 9 вересня 2004 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 29.051.02 при Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля за адресою: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20-А.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля за адресою: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20-А.

Автореферат розісланий 4 серпня 2004 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д 29.051.02, д.т.н., доцент Ю.І. Гутько.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

На сучасному етапі розвитку ковальсько-штампувального виробництва особлива увага приділяється проблемі боротьби з технологічними вібраціями, які є наслідком роботи устаткування динамічної дії. Ударні навантаження, що виникають у процесі експлуатації штампувального молота - головного джерела вібрацій у парку машин для обробки металів тиском, - викликають скорочення терміну служби і передчасне руйнування несучих конструкцій будівель, несприятливо впливають на організм людини, перешкоджають упровадженню засобів автоматизації і контролю технологічних процесів. Перспективним напрямком у рішенні задачі зниження віброактивності штампувальних молотів є створення високоефективної системи підшаботної віброізоляції.

Актуальність теми. Задача зниження рівня технологічних вібрацій, що генеруються штампувальними молотами, які є одним з основних видів обладнання ковальсько-штампувального виробництва, має важливе соціальне і виробниче значення. Віброізольовані фундаменти, які використовуються з цією метою із середини минулого століття, мають великі габаритні розміри, високу вартість виготовлення, складну систему гідроізоляції підфундаментного коробу. В теперішній час у світовій практиці прийнятий принцип безпосередньої віброізоляції шабота як найбільш раціональний. У відомих на сьогоднішній день конструкціях підшаботної віброізоляції гасіння коливань здійснюється силами тертя, що викликає додаткові навантаження на фундамент, збільшує вібраційну активність молота. Розробка віброізолюючої системи, яка дозволяє усунути виявлені недоліки при зниженні металомісткості конструкції, є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до напряму наукової школи Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля “Перспективні ковальсько-пресові машини”, у рамках держбюджетних тем науково-дослідних робіт з віброізоляції ковальсько-штампувального обладнання БМ-11-96 “Подшаботная виброизоляция кузнечных молотов”, БМ-6-99 “Подшаботная виброизоляция кузнечных молотов”, і госпдоговірної теми НДР М-24-02 “Исследование распространения сейсмических вибраций, генерируемых штамповочным молотом с м.п.ч. 20т”, у яких автор безпосередньо брав участь як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка системи підшаботної віброізоляції штампувальних молотів, яка забезпечує зменшення динамічного впливу на фундамент і затухання коливань шабота за передбачену кількість циклів шляхом використання гідравлічних демпферів однобічної дії при зниженні матеріаломісткості конструкції.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

проаналізувати відомі теоретичні та експериментальні дослідження сучасних методів зниження вібрацій та вибрати напрямок удосконалення систем підшаботної віброізоляції;

розробити фізичну та математичну моделі підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням яка забезпечує зменшення динамічного впливу на фундамент і затухання коливань шабота за передбачену кількість циклів шляхом використання гідравлічних демпферів однобічної дії при зниженні матеріаломісткості конструкції;

розробити методику розрахунку параметрів і проектування підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням;

розробити патентоспроможне технічне рішення виброізолювальної системи;

розробити систему підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням та провести експериментальні дослідження, встановити адекватність математичного опису дослідним даним, визначити межі похибки при заданій довірчій імовірності;

впровадити результати роботи у виробництво.

Об'єкт дослідження - процеси післяударних вібрацій, які генерують штампувальні молоти.

Предмет дослідження - реакції механічної системи з однією та двома ступенями вільності, амплітуда й частота коливань, віброшвидкості, час загасання коливань, навантаження, які виникають у пристрої, що демпфірує, та у віброізолюючий системі.

Методи дослідження. Рішення поставлених у роботі задач здійснено аналітичними та чисельними методами на основі фізичного та математичного моделювання досліджуваних процесів з використанням теорії механічних коливань, рішень диференційних рівнянь, а також сучасних методів експериментальних досліджень у натурних умовах. Статистичну обробку отриманих даних виконано за методом Монте-Карло (закон розподілу), за критеріями Кохрена (відтворюваність експерименту) та Фішера (адекватність математичного опису).

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

дістало подальший розвиток теоретичне обґрунтування можливості зменшення динамічного навантаження на фундамент і рівня вібрацій, які генерують штампувальні молоти, шляхом використання гідравлічного демпфера однобічної дії на основі вперше розробленої фізичної моделі підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням;

вперше розроблено математичну модель підшаботної віброізоляції штампувального молота з однобічним демпфіруванням, яка враховує постійну силу опору рідини та дозволяє забезпечити загасання коливань шаботу за передбачену кількість циклів;

вперше встановлено математичні залежності для розрахунку реакцій механічної системи шаботного молота й часу загасання коливань;

вперше розроблено математичні залежності для розрахунку параметрів гідравлічних демпферів.

Практичне значення отриманих результатів складається у наступному:

запропоновано систему підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням, що дозволяє на 36-38% в порівнянні з відомими конструкціями зменшити динамічне навантаження шаботу на фундамент і рівень вібрацій, які генерують штампувальні молоти;

отримано нове технічне рішення з віброізолюючої системи на основі розробленої фізичної моделі [12];

розроблено методику розрахунку параметрів і проектування підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням;

виготовлено систему підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням для молота з масою падаючих частин (м.п.ч.) 1000 кг на основі створеного пакету конструкторської документації.

Результати дослідження, впроваджені в ЗАТ “Первомайський механічний завод” (м.Первомайськ, Луганської обл.) на пароповітряному штампувальному молоті з м.п.ч. 1000 кг моделі М2140 з очікуваним економічним ефектом 12133,92 грн., підтвердили вищезазначені ствердження та дозволили покращити умови праці на робочих місцях, шляхом зниження віброактивності обладнання ударної дії, експлуатація якого ускладнює екологічну ситуацію на ковальство-штампувальному виробництві.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. В публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належить:

[1] - на основі експериментальних досліджень та аналітичної обробки отриманих результатів обґрунтовано ствердження, що застосування підшаботної віброізоляції не знижує ККД удару молоту;

[2] - розроблено математичну модель підшаботної віброізоляції штампувального молота з однобічним демпфіруванням, яка враховує постійну силу опору рідини та дозволяє забезпечити затухання коливань шаботу за передбачену кількість циклів;

[10] - отримано математичну залежність для визначення еквівалентного коректованого значення вібраційного навантаження на оператора молота;

[12] - у фізичній моделі запропоновано застосування гідравлічного циліндру однобічної дії як віброгасника в системі віброізоляції штампувального молоту та отримано математичні залежності для знаходження площі поршня гідроциліндра;

[13] - на основі аналізу розв'язання рівнянь змушених коливань зроблено висновок про наявність зустрічного руху шаботу перед ударом.

Апробація результатів дисертації. Наукові і практичні результати роботи автора викладені й обговорені на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького колективу Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (м. Луганськ, 1998, 2000, 2002, 2004), VII Всеукраїнській науковій конференції “Охорона навколишнього середовища і раціональне використання природних ресурсів” (м. Донецьк, 1997), міжнародних науково-технічних конференціях “Удосконалення процесів та обладнання обробки металів тиском у металургії і машинобудуванні” (м. Краматорськ - Слов'янськ, 2000; м. Краматорськ, 2003), міжнародній науково-технічній конференції “Екологія і техногенна безпека” (м. Кременчук, 2002), ІІ міжнародній науково-практичній конференції “Динаміка наукових досліджень `2003” (м. Дніпропетровськ-Івано-Франківськ-Кривий Ріг, 2003), VII міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта `2004” (м.Дніпропетровськ, 2004).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 наукових праць. Серед них: 10 - у фахових виданнях, які є в переліку ВАК України, в тому числі 7 - одноосібних, у матеріалах і тезах конференцій - 3. Отримано патент України на винахід.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури, додатків. Повний обсяг роботи складає 178 сторінок, у тому числі: 125 сторінок основного тексту, 13 сторінок із 26 рисунками, 10 сторінок із 19 таблицями, список використаних літературних джерел з 159 найменувань на 16 сторінках, а також 4 додатки на 14 сторінках. штампувальний молот демпфер віброізоляція



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі досліджень, оцінено наукову новизну отриманих результатів, їхнє практичне значення та основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі подано оглядовий аналіз сучасних методів зниження вібрацій, які виникають унаслідок роботи штампувальних молотів.

Штампувальні молоти, що належать до машин ударної дії, здебільшого є джерелом підвищених коливань ґрунту, які мають несприятливий вплив на навколишнє середовище. Основною задачею створення систем віброізоляції є зменшення вібровпливу молотів на ґрунт, наскільки це можливо, принаймні, доведення порушуваних коливань до санітарних норм.

Проблемам боротьби з вібраціями, що виникають унаслідок експлуатації ковальських молотів, і удосконаленню системи віброізоляції присвячені роботи Д.Д. Баркана, О.Г. Власова, Г.Б. Гітмана, Г.Б. Гліна, Ю.І. Гутько, В.А. Іллічова, І.В. Клімова, М.В. Коловського, В.П. Кошелева, В.С. Мартишкіна, Р.І. Рея, Л.Л. Роганова, В.А. Потураєва, К.В. Фролова, О.В. Явтушенка та ін.

Розрізняють два види віброізоляції молотів: застосування віброізольованих фундаментів у вигляді масивного інерційного залізобетонного блоку, встановленого на пружні опори порівняно високої жорсткості, і здійснення підшаботної віброізоляції, при якій шабот встановлюють на пружні опори порівняно невеликої жорсткості. У результаті застосування віброізольованого фундаменту можна досягти зниження частот коливань фундаменту, однак збільшуються капітальні витрати: при необхідності збільшення маси фундаменту зменшується корисна площа цеху. Збільшення вартості конструкції призвело до пошуку технічних рішень віброізоляції шаботів ковальських молотів. Підшаботна віброізоляція дає можливість в одній конструкції сполучати переваги невіброізольованих і віброізольованих фундаментів молотів: відносно низьку вартість і менші розміри перших і значно зменшений динамічний вплив на ґрунт других. Як підшаботний віброізолятор широко застосуються дубові подушки, проте зростаючий дефіцит на високоякісну дубову деревину змушує вести пошук нових матеріалів, що мають високі демпфірувальні властивості, які відповідають усім вимогам, установленим для підшаботних прокладок.

Розглянуто конструкції підшаботної віброізоляції у вигляді листових ресор, гофрованих холоднокатаних листів, комбінацій гвинтових пружин (віброізолятор) і гумових елементів (віброгасник), листових ресор і пружин та інші. Однак всі вони створюють додаткові динамічні навантаження на фундамент від сил тертя, які виникають у віброізоляторах. Наукові і практичні розробки останнього часу спрямовані на пошук оптимального сполучення пружних елементів і демпфірувальних пристроїв, використовуваних як підшаботна віброізоляція.

У роботах, які присвячені проблемам зниження післяударних вібрацій, зазначається, що зменшення передачі динамічної сили від роботи молота на основу можна отримати шляхом застосування пружинних віброізоляторів, а при паралельному введенні в систему демпфірування досягти не тільки більш швидкого загасання коливань системи, що має суттєве значення з погляду накладення одних коливань на інші, але і зменшення величини амплітуди коливань шабота і фундаментного блоку.

Таким чином, у всіх вищезазначених конструкціях підшаботної віброізоляції зменшення динамічного навантаження на фундамент молота досягається підбором відповідної жорсткості віброізолятора, а гасіння коливань забезпечується силами кулонова тертя, що виникає між гофрованими листами, листами ресори та т. ін. Проте використання демпферів тертя викликає появу “мертвої зони”, наявність якої призводить до зростання амплітуди післяударних коливань молота. Наслідком цього є збільшення навантаження на фундамент.

Розроблені конструкції підшаботної віброізоляції кувальних молотів з однобічним демпфіруванням не можуть бути застосовані до штампувальних молотів. Динамічні навантаження, які виникають в шаботі штампувального молоту, на 40-45% перевищують навантаження в шаботі кувального молоту, що спричиняє зламу кріплення віброгасників.

Підвищення ефективності віброізоляції виявляється можливим, якщо як віброгасник буде застосовано гідравлічний демпфер. Використання сил опору рідини для гасіння коливань, замість сил кулонова тертя, дозволить запобігти зупинці шабота в межах так званої “мертвої зони” і, як наслідок, знизити амплітуду коливань шабота.

Дисертаційна робота спрямована на розробку системи підшаботної віброізоляції, що відповідає всім наведеним вище вимогам.

Другий розділ присвячений теоретичним дослідженням системи шаботного молота без демпфірування та з однобічним гасінням коливань, розробці фізичної і математичної моделей підшаботної віброізоляції штампувального молота з однобічним демпфіруванням.

Підшаботна віброізоляція повинна забезпечувати середньоквадратичне значення віброшвидкості фундаменту, що не перевищує припустимих значень, і затухання коливань шабота в межах часу подвійного ходу молота: .

Перша умова забезпечується віброізоляторами, друга - віброгасниками. У підшаботній віброізоляції, виконаної на основі пакетів з гофрованої листової сталі, листових ресор, пружин і ресор, ці функції сполучені в самій конструкції. Віброізоляція досягається забезпеченням відповідної жорсткості, а гасіння коливань - силами кулонова тертя, що виникають між гофрованими листами чи листами ресори. У цьому випадку, після загасання коливань шабот зупиняється в межах так званої “мертвої зони”, що виникає через наявність сил тертя.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На основі проведеного порівняльного аналізу математичних залежностей амплітуд коливань штампувального молота з урахуванням “мертвої зони” і без нього було доведено, що тертя є причиною зростання амплітуди післяударних коливань молота. Наслідком цього є збільшення динамічного навантаження на фундамент, для зниження якого необхідно зменшити сили тертя у віброізоляторі.

З цією метою пропонується віброізолятори виконати з циліндричних гвинтових пружин, а віброгасник - у вигляді гідравлічного циліндра однобічної дії з запобіжним клапаном, настроєним на певний тиск рідини.

Фізична модель підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням (рис.1) була отримана на основі теоретичного аналізу одномасової механічної системи. Принцип дії розробленої системи наступний: шабот 2 унаслідок удару молота зміщується вниз, і динамічні зусилля, що виникають при цьому, через верхню кришку 5 передаються на пружинні віброізолятори 3, що, пружно деформуючись, через плиту 1 впливають на фундамент молота. Шток 10 гідроциліндра 4 при цьому переміщується вниз, і рідина, що знаходиться в нижній порожнині гідроциліндра, вільно перетікає у верхню порожнину і частково іде в наповнювальний бак 7, не створюючи при цьому опору рухові штока 10.

Шарнірне кріплення дозволяє забезпечити справну роботу гідроциліндра 4 на випадок позацентрового удару.

При зворотному ході клапан 8 закритий. Рідина через пропускний клапан 6, настроєний на тиск Рж, витісняється в наповнювальний бак 7, створюючи опір руху поршня 9 із силою, рівною Рд:

(1)

де n_ц- кількість гідроциліндрів;

F- робоча площа поршня;

Р_ж - тиск рідини, на який настроєно запобіжний клапан.

Таким чином, у період повернення шабота після удару у вихідне положення при русі шабота вгору у дію вступає гідравлічний демпфер, що дозволяє зменшити амплітуду коливань шабота й динамічне навантаження на фундамент молота.

Математична модель підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням описується рівнянням руху шабота при ході вниз у вигляді:

(2)

для або для



Для ходу вгору при наявності сили гальмування (1), яка створюється демпфером, рівняння руху шабота матиме вигляд:

(3)

для або для

Для зупинки шабота після загасання коливань у положенні статичної рівноваги необхідно визначити відповідне значення сили Рд.

Після здійснення першого руху шабота вниз його кінетична енергія перетвориться в потенційну енергію стиску пружин, що при наступному русі вгору буде витрачатися на подолання опору гідроциліндрів і підняття шаботу, а при досягненні крайнього верхнього положення знов переходить у потенційну енергію деформації пружин, тобто:

, (4)

чи



Такий же перерозподіл енергії буде відбуватися при кожнім русі шабота знизу вгору, що можна представити як:

(5)

і, якщо прийняти А_п+1=0,то з(5), можна визначити шукану силу:

(6)

Запропонований варіант віброізоляції дозволить знизити амплітуду коливань шабота до величини:

(7)

і забезпечити загасання коливань за час подвійного ходу падаючих частин молота.

Третій розділ присвячено методиці розрахунку і проектування параметрів підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням і розробці конструкції.

Методика розрахунку полягає в послідовному визначенні параметрів віброгасників, якими є гідравлічні циліндри однобічної дії, і віброізоляторів у вигляді циліндричних пружин.

Для розрахунку підшаботної віброізоляції молота з однобічним демпфіруванням необхідна вихідна інформація про молот. Достатніми будуть наступні дані:

m₁, m₂, m_ш, m_ф - маси падаючих частин молота, молота, шабота і фундаменту відповідно, кг;

V₁ - швидкість падаючих частин молота, м/с;

- коефіцієнт відскоку, Е=0,5 - для штампувальних молотів;

F_ш, F_ф - площа опорних поверхонь шабота і фундаменту, м²;

l, b - габарити підошви фундаменту, м;

[V] - середньоквадратичне значення віброшвидкості, регламентоване за ДСН 3.3.6.039-99, м/с;

N - кількість ударів молоту за хвилину;

Рж - тиск рідини, на який набудовується запобіжний клапан, Рж=1...2 МПа;

вид ґрунту - глина, суглинок, пісок і т.п.

З вихідних даних визначається жорсткість підшаботної віброізоляції, парціальна частота й період коливань шабота.

Щоб уникнути резонансу, загасання коливань молота на основній несучій частоті повинне відбуватися в межах часу подвійної ходи молота. За цей час молот зробить n коливань, а кількість включень демпфера, з урахуванням, що останнє коливання шабот здійснить знизу нагору та займе положення статичної рівноваги, складе:

Якщо за початкові умови прийняти то амплітуда першого коливання шабота після удару молота визначиться згідно з (7), а зусилля гальмування Рд - по (6).

Згідно з законом збереження енергії амплітуди наступних коливань визначаються за залежностями (5).

Згідно з отриманими результатами здійснюється розрахунок параметрів віброгасників. Кількість гідроциліндрів визначається таким чином, щоб рівнодіюча проходила через центр ваги шабота. Головним параметром, що визначає конструкційні й експлуатаційні якості підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням, є внутрішній діаметр гідроциліндра d і величина ходу поршня Н.

Площа поршня гідроциліндру, яка дорівнює кільцевій площі порожнини, визначається за співвідношенням:

,

де n_ц - кількість гідроциліндрів;

k_з - коефіцієнт запасу, k_з=1,1…1,2.

Тому що

, (9)

де d_шт - діаметр штока, який обирається конструктивно;

d - внутрішній діаметр гідроциліндра складе:

. (10)

Головний параметр віброгасника - площа поршня - визначається за залежністю:

, (11)



де L_эф - ефективна енергія удару, регламентована за ДСТ 9252.

Хід поршня гідроциліндру визначається за наступною залежністю:

, (12)

де l_ст - статична деформація амортизатора:

(13)

Для визначення параметрів віброізоляторів - циліндричних гвинтових пружин, необхідно розрахувати зусилля, що припадає на них:

. (14)

Аналіз результатів розрахунків, зроблених за отриманою методикою для гами пароповітряних штампувальних молотів з м.п.ч. від 1000 кг до 20000 кг, показав, що вимоги, установлені для підшаботної віброізоляції, дотримуються.

Таким чином, розроблена методика дозволяє визначити основні параметри конструювання підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням. Підбор параметрів віброгасника здійснюється шляхом визначення кількості гідроциліндрів, площі поршня і зміни величини тиску рідини в припустимих межах.

На основі отриманих результатів була розроблена система підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням для пароповітряного штампувального молота з м.п.ч. 1000 кг.

У четвертому розділі зроблений аналіз руху віброізольованого шабота й оцінка величини зниження віброшвидкості фундаменту, в порівнянні з відомими конструкціями, а також визначені норми вібраційного навантаження на оператора ковальського молота. Розглянуто вплив підшаботної віброізоляції на ККД удару.

Віброізоляція шаботних молотів розроблялася і впроваджувалася з метою забезпечення вимог санітарних норм, які регламентують рівень технологічних вібрацій на робочих місцях. Побоювання розробників, що підшаботна віброізоляція спричинить зниження ККД молоту й жорсткості удару, привело до впровадження віброізольованих фундаментів, вартість яких досягла 60% від вартості молота, і приблизно на 20 років загальмувало впровадження підшаботної віброізоляції молотів.

При розрахунку підшаботної віброізоляції припускають, що шабот перед ударом нерухомий, а в процесі удару він здобуває швидкість, рівну швидкості відскоку, і ця швидкість вводитися в початкові дані при рішенні рівнянь руху системи. Якщо шабот перед ударом рухається назустріч падаючим частинам, буде мати місце підвищення ККД удару і зниження навантаження на віброізолятори.

Проведені теоретичні й експериментальні дослідження показують, що вимоги санітарних норм виконуються для всієї гами молотів при власних частотах вище частот проходження ударів, однак експериментально заміряні швидкості зустрічного руху шабота не перевищують 5% від швидкості відскоку шабота, а це означає, що вплив жорсткості підшаботної віброізоляції на ККД удару молота не може бути істотним.

З метою визначення раціональності застосування пропонованого способу віброізоляції, у порівнянні з відомими раніше, середньоквадратичні значення віброшвидкості фундаменту порівнювалися зі значеннями, одержаними при підшаботній віброізоляції, яка здійснювалася за допомогою пакетів з гофрованої листової сталі:

,

. (15)

Час загасання коливань не повинен перевищувати часу подвійної ходи молота: , тоді:

(16)

Результати порівняння значень V_ф і Т_з двох систем підшаботної віброізоляції показують, що застосування пропонованого методу дозволяє знизити середнє квадратичне значення віброшвидкості фундаменту на 36-38 % у порівнянні з раніше існуючими способами віброізоляції і забезпечити час загасання коливань за час подвійної ходи молота.

П'ятий розділ присвячений проведенню лабораторних досліджень підшаботної віброізоляції, аналізу отриманих експериментальних даних і їхній обробці за допомогою методів математичної статистики.

Експериментальні дослідження розробленої системи віброізоляції проводилися на пароповітряному штампувальному молоті з м.п.ч. 1000 кг за методикою, створеною фахівцями СНУ ім. В.Даля - ГНДЛ “Перспективні ковальсько-пресові машини”.

Під час експерименту використовувалася вимірювальна та реєструвальна апаратура: сейсмоприймачі СВ-20, що відповідають вимогам ГОСТ 13002, осцилограф світлопроміневий Н 117/1, підсилювач тензометричний 8АНЧ.

При спостереженнях реєструвалися:

швидкість переміщення фундаменту за допомогою сейсмоприймачів;

хід падаючих частин - за допомогою струнного ходографа;

ходограма коливань шабота - застосована балочка рівного опору з наклеєними тензодатчиками.

Аналіз отриманих осцилограм показав, що застосування підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням забезпечує зменшення амплітуди коливань і зупинку шабота за час подвійного ходу молота, підтвердивши результати теоретичних досліджень.

Результати кількісної оцінки експериментальних даних, здійсненої методами математичної статистики, відповідно до вимог ГОСТ 8.207 “Прямі виміри з багаторазовими спостереженнями. Методи обробки спостережень”, за методом Монте-Карло, шляхом побудови гістограм, за критеріями Фішера і Кохрена, наведені в табл.1

Таблиця 1. Аналіз результатів величин абсолютного зсуву шабота (А) і віброшвидкості фундаменту (V)

Критерій аналізу	Метод оцінки	А	V	Довір. імовірність
Нормальність розподілу	Закон розподілу ГОСТ 8.207	0,7404< 0,7634< 0,8625	0,7404< 0,7926< 0,8625	0,95
		належить нормальному розподілу
	Метод Монте-Карло	3,01<A<3,49	23,4<Vф<27,4	0,95/0,94
		щільність нормально випадкова
Межі похибок результатів вимірювань, %	ГОСТ 8.207	10,9	11,3	0,95
Відтворюваність експерименту	Критерій Кохрена G, G<Gкр	0,1528< 0,3135	0,2318< 0,3135	0,95
Критерій аналізу	Метод оцінки	А	V	Довір. імовірність
Адекватність мат. опису експ. даним	Критерій Фішера F, F<Fкр	0,3708< 2,3870	0,7445< 2,3870	0,95
Межі похибок мат. опису	за дисперсією адекватності	±11,15	±11,9	0,95

На підставі отриманих теоретичних і експериментальних даних підшаботна віброізоляція з однобічним демпфіруванням впроваджена в ЗАТ “Первомайський механічний завод” (м. Первомайськ, Луганської обл.) на пароповітряному штампувальному молоті з масою падаючих частин 1000 кг моделі М 2140.

Експлуатація віброізолятора забезпечує нормальну роботу молота відповідно до вимог ДСН 3.3.6.039-99 до технологічних вібрацій на робочих місцях. Очікуваний економічний ефект від упровадження складає 12133,92 грн.



ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове рішення наукової задачі зниження вібраційної активності штампувальних молотів за допомогою створення системи підшаботної віброізоляції, яка забезпечує зменшення динамічного впливу на фундамент і затухання коливань шабота за передбачену кількість циклів шляхом використання гідравлічних демпферів однобічної дії при зниженні матеріаломісткості конструкції, що можна укласти на основі наступних висновків:

1. Збільшення динамічного навантаження на фундамент, що виникає внаслідок застосування сил тертя для гасіння післяударних коливань, і велика матеріаломісткість існуючих конструкцій віброізоляції обумовлюють створення нової віброізолюючої системи штампувальних молотів з метою зниження їхньої вібраційної активності.

2. У розробленій системі підшаботної віброізоляції штампувальних молотів у якості віброгасника використаний гідравлічний демпфер однобічної дії, який дозволяє здійснювати гасіння коливань силами опору рідини, замість сил тертя, що використовувались раніше.

3. Розроблено математичну модель підшаботної віброізоляції штампувальних молотів з однобічним демпфіруванням постійною силою, створюваної гідравлічним циліндром, використовуваним як віброгасник, і постійною жорсткістю віброізоляторів, у виді циліндричних пружин, забезпечує гасіння коливань шабота за передбачену кількість циклів.

4. Створена віброізолююча система, захищена патентом України №38111А, дозволяє зменшити динамічні навантаження на фундамент і рівень технологічних вібрацій, що виникають у процесі роботи штампувальних молотів, на 36-38% у порівнянні з відомими конструкціями підшаботної віброізоляції, у яких гасіння коливань здійснюється силами тертя.

5. Розроблена методика визначення параметрів і проектування підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням на основі проведених розрахунків забезпечила можливість застосування запропонованої віброізолюючої системи для гами штампувальних молотів з масою падаючих частин від 1000 до 20000 кг.

6. Результати проведених експериментальних досліджень розробленої в дисертації системи підшаботної віброізоляції з однобічним демпфіруванням на пароповітряному штампувальному молоті з м.п.ч. 1000 кг підтверджують правильність теоретичних висновків щодо зниження динамічного навантаження на фундамент при зменшенні матеріаломісткості конструкції. Об'єктивність отриманих даних доведена методами математичної статистики:

числові експериментальні значення амплітуд коливань та віброшвидкостей фундаменту належать нормальному розподілу при рівні значущості 0,05;

межі похибки результатів виміру складають 10,9% і 11,3% для амплітуди і віброшвидкості відповідно при довірчій імовірності 0,95;

відтворюваність експерименту підтверджується критерієм Кохрена, а адекватність математичного опису експериментальним даним - критерієм Фішера при рівні значущості 0,05;

розрахункові значення меж похибки, розрахованих по дисперсії адекватності, складають для амплітуд коливань шабота, ±11,15%; для віброшвидкості фундаменту - ± 11,9% при довірчій імовірності 0,95.

7. Підшаботна віброізоляція впроваджена на штампувальному молоті з м.п.ч. 1000 кг в ЗАТ “Первомайський механічний завод” (м. Первомайськ, Луганської обл.). Очікуваний економічний ефект складає 12133,92 грн.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ автором праць за темою дисертації

1. Рей Р.И., Сушкова Т.С., Ткачук О.А. О движении виброизолированного шабота молота перед ударом // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: Вид-во СУДУ, 1998. - С. 131-133.

2. Рей Р.И., Ткачук О.А. Подшаботная виброизоляция кузнечных молотов

3. с односторонним гашением колебаний // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: Вид-во СУДУ, 2000. - С. 158-162.

4. Ткачук О.А. Определение главных параметров виброгасителя в конструкции подшаботной виброизоляции молота с односторонним демпфированием // Удосконалення процесів та обладнання обробки металів тиском в металургії і машинобудуванні. Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ - Словянськ, 2000. - С.141-145.

5. Ткачук О.А. Амортизатор подшаботной виброизоляции кузнечного молота // Вибрации в технике и технологиях. - 2000. - №3(15). - С.31-32.

6. Ткачук О.А. Методика расчёта и проектирования подшаботной виброизоляции молотов с односторонним демпфированием колебаний // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: Вид-во СНУ, 2001. - С. 182-187.

7. Ткачук О.А. Расчёт параметров подшаботной виброизоляции штамповочных молотов с односторонним демпфированием // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - 2001. - №7. - C. 33-35.

8. Ткачук О.А. Определение главных параметров виброгасителя в подшаботной виброизоляции молота с односторонним демпфированием // Современные проблемы строительства: Ежег. научно-техн. сборник. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. ООО “Лебедь”, 2001. - Т.2. - С. 117-120.

9. Ткачук О.А. Методика экспериментальных исследований подшаботной виброизоляции молотов с односторонним демпфированием // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: Вид-во СНУ ім. Володимира Даля, 2002. - С. 193-197.

10. Ткачук О.А. Социально-экологические аспекты работы кузнечно-штамповочного производства // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наук. пр. - Кременчук, 2002. - №5/(16). - С. 35-38.

11. Монятовский С.С., Ткачук О.А. К методике определения норм вибрационной нагрузки на оператора кузнечного молота // Удосконалення процесів і обладнання обробки металів тиском в металургії і машинобудуванні. Тем. зб. наук. пр. - Краматорск: ДДМА, 2003. - С. 544-546.

12. Ткачук О.А. Анализ обработки результатов экспериментальных исследований подшаботной виброизоляции молотов с односторонним демпфированием // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: Вид-во СУДУ, 2003. - С.116-121.

13. Пат. 38111А Україна, МПК 7 В 21 J 13/00. Підшаботна віброізоляція молотів / О.А.Ткачук, Р.І.Рей, Ю.І. Гутько (Україна). - № 2000053073; Заявлено 30.05.00.; Опубл. 15.04.01, Бюл. №4. - 2 с.

14. Ткачук О.А., Гультяева В.В. Влияние виброизоляции на ККД удара шаботного молота // VII Всеукраїнська наукова конференція “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів”. Тези. доп. - Т.1.- Донецьк, 1997. - С.142-143.

15. Ткачук О.А. Подшаботная виброизоляция молотов с односторонним демпфированием // ІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Динаміка наукових досліджень `2003”. - Т. 36. Технічні науки. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2003. - С.20.

16. Ткачук О.А. Результаты экспериментальных исследований подшаботной виброизоляции молотов с односторонним демпфированием // Матеріали VІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта `2004”. - Т.62. Технічні науки. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004. - С.42-43.

Інформація про дослідження автора розміщена на інтернет-сайті http://lugansk.iatp.org.ua/ek_pr/.



Анотація

Ткачук О.А. Підшаботна віброізоляція молотів з однобічним демпфіруванням. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - процеси та машини обробки тиском. Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, 2004.

Робота присвячена розробці системи підшаботної віброізоляції молотів з метою зниження амплітуди коливань фундаменту за допомогою динамічного впливу шабота на фундамент при однобічному демпфіруванні і зменшення матеріаломісткості конструкції.

Розроблено методику розрахунку і проектування підшаботної віброізоляції молотів з однобічним демпфіруванням і технічне рішення на рівні винаходу. Порівняльний аналіз пропонованої віброізоляційної системи з конструкцією підшаботної віброізоляції за допомогою пакетів з гофрованої листової сталі показує, що застосування однобічного демпфірування дозволяє на 36-38% підвищити ефективність віброізоляції за рахунок зниження середнього квадратичного значення віброшвидкості фундаменту і забезпечити загасання коливань за час подвійного ходу молота. Експериментальні дослідження підтверджують об'єктивність розробленої методики розрахунку параметрів і дієздатність запропонованої конструкції підшаботної віброізоляції. Результати роботи впроваджено в ЗАТ “Первомайський механічний завод” (м.Первомайськ, Луганської обл.). Очікуваний економічний ефект від упровадження складає 12133,92 грн.

Ключові слова: штампувальний молот, шабот, вібрації, підшаботна віброізоляція, однобічне демпфірування, гідроциліндр, амплітуда коливань, рівень віброшвидкості.



Аннотация

Ткачук О.А. Подшаботная виброизоляция молотов с односторонним демпфированием.

Диссертация в виде рукописи на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением. Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, Луганск, 2004.

Диссертационная работа посвящена проблеме борьбы с вибрациями в кузнечно-штамповочном производстве и направлена на решение задачи снижения вибрационной активности штамповочных молотов - основного оборудования ударного действия среди машин для обработки металлов давлением.

Проведенный анализ существующих способов решения этого вопроса показал, что наиболее рациональным является применение подшаботной виброизоляции. Однако в известных на сегодняшний день конструкциях, обладающих большой материалоёмкостью, гашение колебаний осуществляется силами трения, что вызывает дополнительные нагрузки на фундамент, увеличивает вибрационную активность молота. Разработка виброизолирующей системы, позволяющей устранить выявленные недостатки, является актуальной задачей.

В результате проведенных аналитическими и численными методами исследований, основанных на принципах физического и математического моделирования исследуемых процессов с использованием теории механических колебаний, решений дифференциальных уравнений, а также современных методов экспериментальных исследований со статистической обработкой полученных данных была разработана система подшаботной виброизоляции штамповочных молотов с односторонним демпфированием.

Теоретическое обоснование возможности уменьшения динамической нагрузки на фундамент и уровня вибраций осуществлено на основе применения гидравлического демпфера одностороннего действия с целью гашения колебаний силами сопротивления жидкости взамен сил трения, используемых в известных на сегодня конструкциях подшаботной виброизоляции.

Математическая модель подшаботной виброизоляции штамповочных молотов с односторонним демпфированием постоянной силой, создаваемой гидравлическим цилиндром, используемым в качестве виброгасителя, и постоянной жёсткостью виброизоляторов, в виде цилиндрических пружин обеспечивает гашение колебаний шабота за предусмотренное количество циклов.

Разработанная методика определения параметров и проектирования подшаботной виброизоляции с односторонним демпфированием на основе произведенных расчётов обеспечила возможность применения предложенной виброизолирующей системы для гаммы штамповочных молотов с массой падающих частей от 1000 до 20000 кг. Созданная система, защищенная патентом Украины №38111А, позволяет уменьшить динамические нагрузки на фундамент и уровень технологических вибраций, которые возникают в процессе работы штамповочных молотов, на 36-38% по сравнению с известными конструкциями подшаботной виброизоляции, в которых гашение колебаний осуществляется силами трения.

Экспериментальные исследования подшаботной виброизоляции с гидравлическим демпфером на паровоздушном штамповочном молоте с м.п.ч. 1000 кг подтверждает объективность разработанной методики расчёта параметров подшаботной виброизоляции молотов с односторонним демпфированием и дееспособность предложенной конструкции подшаботной виброизоляции. Достоверность полученных данных подтверждена методами математической статистики.

Результаты работы в виде разработанного пакета конструкторской документации приняты к использованию и внедрены в ЗАО “Первомайский механический завод” (г.Первомайск, Луганской обл.). Эксплуатация виброизолятора обеспечивает нормальную работу промышленного молота с массой падающих частей 1000 кг в соответствии с требованиями ДСН 3.3.6.039-99 “Державні санітарні норми виробничої загальної та локальної вібрації” к уровню технологической вибрации на рабочих местах. Ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 12133,92 грн. Применение новой виброизолирующей системы позволило улучшить условия труда на рабочих местах благодаря снижению вибрационной активности оборудования ударного действия - штамповочного молота, эксплуатация которого усложняет экологическую ситуацию в кузнечно-штамповочном производстве.

Ключевые слова: штамповочный молот, шабот, вибрации, подшаботная виброизоляция, одностороннее демпфирование, гидроцилиндр, амплитуда колебаний, уровень виброскорости.

Summary

Tkachuk O.A. Тhe underanvil block vibroisulation of the blacksmith's hammers with unilateral damping.

The dissertation as the manuscript on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.03.05 - processes and machines of processing by pressure. East Ukrainian National University named after Volodimir Dal, Lugansk, 2004.

Work is devoted to development effective of the underanvil block vibroisulation of the blacksmiths hammers with the purpose of decrease(reduction) of amplitude of fluctuations of the base by means of dynamic influence of the anvil block on the base at unilateral damping and reduction of metal consumption of a design of the underanvil block vibroisulation.

There have been developed a design procedure and designing of the underanvil block vibroisulation of the blacksmith's hammers with unilateral damping and the technical decision at a level of invention. The comparative analysis of an offered design with a design of the underanvil block vibroisulation with the help of packages from foffered sheet steel shows, that application unilateral allows on 36-38% to raise(increase) by efficiency vibroisulation due to decrease(reduction) of average quadratic value vibrospeed the base and to provide attenuation of fluctuations during a double course of the blacksmith's hammers. Results of work have been accepted to use and have been introduced into Joint-Stock Company " Pervomaisk Месаnical Plant" (Pervomaisk by Lugansk reg.). The expected economic effect from innovation is 12133,92 grivnas.

Key words: the blacksmith hammer, the anvil block, the bibration, the underanvil block vibroisulation, unilateral damping, the hydrocylinder, amplitude of fluctuations, vibrospeed level.

Размещено на Allbest.ru

...