Определение шумовых характеристик оборудования в зависимости от режимов резания при акустических расчетах деревообрабатывающих цехов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБОРУДОВАНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ АКУСТИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕХОВ

Старжинский В.Н., Завьялов А.Ю., Совина С.В.

Аннотация

В работе в предположении прямой пропорциональности излучаемой звуковой мощности от энергии, затрачиваемой на резание древесины, получены зависимости изменения шумовых характеристик станков от изменения условий резания древесины.

Annotation

The correlation of noise characteristics variation to cutting mode defined in scientific work, if we assume that there is direct correlation sound power to energy of cutting of wood.

Основная часть

Деревообрабатывающая промышленность является одной из самых шумных отраслей, где на рабочих местах уровни звукового давления достигают 110 дБА и более.

При разработке проектов новых деревообрабатывающих цехов и реконструкции существующих производится расчет ожидаемых шумовых полей в местах длительного пребывания людей (акустический расчет).

Исходными данными для акустического расчета являются:

- геометрические размеры помещения;

- шумовые характеристики источников шума;

- характеристика помещения (тип и материал ограждающих конструкций, наличие перегородок и т.д.);

- расстояние от центра источника (источников) до расчетной точки.

Акустический расчет включает:

- выявление источников шума и определение их шумовых характеристик;

- выбор расчетных точек и определение допустимых уровней звукового давления L_доп для этих точек;

- расчет ожидаемых уровней звукового давления L_р в расчетных точках;

- расчет необходимого снижения шума в расчетных точках;

- разработка строительно-акустических мероприятий для обеспечения требуемого снижения шума или по защите от шума (с расчетом).

Шумовые характеристики источников шума являются определяющими в акустических расчетах, от которых зависит точность результатов определения уровней звукового давления на рабочих местах (в расчетных точках), а, следовательно и стоимость разрабатываемых мероприятий по снижению шума. древесина станок резание шумовой

Номенклатура шумовых характеристик оборудования и порядок их определения и нормирования регламентируется ГОСТ 27409-97 «Нормирование шумовых характеристик стационарного оборудования».

Согласно этого ГОСТ основными шумовыми характеристиками, для которых устанавливают предельно допустимые значения, являются:

- корректированный уровень звуковой мощности L_wa, дБА;

- уровень звуковой мощности в октавных полосах частот L_w, дБ.

Допускается нормировать уровень звука излучения L_pA и уровень звукового давления излучения в октавных полосах частот L_p на рабочем месте и в других характерных точках.

Расчет шумовых характеристик должен содержать:

- описание условий эксплуатации, для которых выполнен расчет, включающее: перечень и схему расположения оборудования в помещении, положения рабочих мест, циклограмму работы машин, характеристики помещения;

- наименование метода расчета и обозначение нормативного документа, его устанавливающего;

- исходные данные для расчета.

Ориентировочные акустические расчеты в дБА потребуется проводить между периодами аттестации рабочих мест по условиям труда на предприятии, при реконструкции действующих цехов, при проектировании новых цехов, при разработке мероприятий по снижению шума.

Наиболее шумным технологическим процессом обработки древесины является процесс резания. Из всех видов резания наиболее шумными являются пиление, строгание и фрезерование древесины.

Поэтому исходными данными при акустических расчетах в деревообрабатывающих цехах являются шумовые характеристики станочного оборудования, относящегося к этим технологическим операциям.

Первичной причиной появления шума в процессе резания древесины является взаимодействие режущей кромки инструмента (резца) с волокнами обрабатываемой древесины, т.е. вибрационные процессы в узле «нож - древесина».

Неоднократно предпринимавшиеся попытки получить теоретические зависимости звуковой мощности при резании древесины на круглопильных и продольно-фрезерных станках от силовых параметров резания не увенчались успехом из-за сложности с определением этих параметров.

Поэтому в акустических расчетах деревообрабатывающих цехов шумовые характеристики станков уровни звуковой мощности приходится брать из справочников [1], [4].

В реконструируемых цехах эти данные могут быть взяты из результатов аттестации рабочих мест по условиям труда.

К сожалению, в этих справочных материалах не указываются параметры резания, от которых в значительной степени зависят уровни излучаемой звуковой мощности.

Цель работы - на основе теоретических и экспериментальных исследований получить данные по изменению излучаемой звуковой мощности оборудования в зависимости от параметров резания, с помощью которых можно определять звуковую мощность станка при его работе с режимами резания отличными от типовых, для которых приводятся справочные шумовые характеристики этих станков или в справочниках или в данных по результатам аттестации рабочих мест по условиям труда на конкретном предприятии.

Поскольку изменение звуковой мощности станка в первую очередь зависит от изменения силы резания (мощности резания), то, как предлагают некоторые авторы, можно считать, что акустическая мощность P, генерируемая в процессе резания древесины у однотипных станков, прямо пропорциональна мощности резания [3]:

, (1)

где - коэффициент пропорциональности.

Мощность, затрачиваемая на резание, определяется из формулы А.Л. Бершадского [2]:

, (2)

где - удельная работа, затрачиваемая на отделение 1 см³ объема древесины при резании, Дж/ см³;

- ширина стружки, мм.

- высота пропила или припуск при фрезеровании, мм;

- скорость подачи, м/сек.

Удельная работа K является переменной величиной, зависящей от физических свойств и породы обрабатываемой древесины, параметров и скорости резания, угловых величин заточки и состояния резца.

Исходя из формулы (2) и предположения прямой зависимости звуковой мощности от затрачиваемой на резание мощности, можно считать, что уровень шума, возникающий при резании древесины, зависит от следующих основных факторов:

1. Размеров, профиля, угловых значений заточки режущих инструментов (зубьев пильных дисков, ножевых валов, фрез и др.);

2. Скорости подачи и скорости резания;

3. Твердости и влажности обрабатываемой древесины;

4. Ширины стружки и высоты пропила (величины припуска);

5. Степени затупления режущей кромки инструмента.

Для круглых пил уровень шума зависит, кроме того, от количества зубьев пильного диска, одновременно находящихся в рабочем контакте с обрабатываемой древесиной.

В настоящее время имеется обширный экспериментальный материал по процессам резания древесины и древесных материалов, необходимый для выполнения силовых расчетов.

Метод расчета по определению сил и мощности резания по экспериментальным данным предполагает использование в качестве справочных материалов результатов наиболее известных и полных экспериментальных исследований конкретных процессов резания, полученных для определенных зафиксированных условий эксперимента. При этом влияние условий расчета, отличных от условий проведения «справочного», «табличного» эксперимента, на результат прогнозируется (учитывается) системой поправок (множителей, слагаемых), численные значения которых также получены по результатам экспериментов [2].

Этот метод в нескольких его разновидностях лежит в основе всех современных инженерных расчетов.

Удельная работа К для расчетных условий в формуле (2) находится как произведение табличного значения удельной работы K_Т, действительного для определенных так называемых табличных условий резаний, на поправочные множители, учитывающие отличия расчетных условий резания от табличных [2]:

, (3)

где - табличное значение удельной работы, Дж/ см³;

- поправочный множитель на породу древесины;

- то же на влажность древесины;

- то же на температуру древесины;

- то же на угол встречи лезвия с волокнами древесины;

- то же на затупление лезвий;

- то же на угол резания;

- то же на скорость резания;

- то же на глубину обработки для процессов закрытого резания (например, на высоту пропила при пилении).

Часть функциональной мощности станка, изменяющаяся при изменении условий резания, определяется поправочным коэффициентом и определяет также изменение излучаемой звуковой мощности при изменении этих условий.

Исходя из формул 1-3, можно записать выражение для звуковой мощности (5):

, (4)

Введем пороговые параметры (P₀ = 10^-12 Вт; K = 1 Дж/см³; b и h = 1 мм; V_П = 1 м/с), прологарифмируем по основанию 10 и умножим на 10 уравнение (4) с учетом уравнения (3). Получим:

, (5)

Обозначим слагаемое () через .

Переходя к шкале звуковых уровней и раскрывая значения К можно записать:

, (6)

Первое слагаемое в уравнении (6) представляет собой уровни звуковой мощности станка, полученные при стандартных (справочно-табличных) условиях эксперимента силовых режимов резания.

Остальные слагаемые учитывают изменение уровней излучаемой звуковой мощности в зависимости от изменения условий резания, дБА.

Для расчетов необязательно по каждому процессу находить все поправочные множители. Обычно при вычислении ограничиваются множителями, указанными ниже.

Расчетные формулы для общего поправочного множителя:

- пиление круглой пилой ;

- фрезерование цилиндрическое .

Результаты расчетов поправок на изменение уровней звуковой мощности в зависимости от условий резания () приведены в таблицах 1-6.

Таблица 1

Влияние породы древесины на звуковую мощность

Таблица 2

Влияние влажности древесины на звуковую мощность

Таблица 3

Влияние затупления лезвий на звуковую мощность

Таблица 4

Влияние угла резания лезвий на звуковую мощность

Таблица 5

Влияние скорости резания на звуковую мощность

Таблица 6

Влияние глубины обработки на звуковую мощность

Результаты работы позволяют проверить акустические расчеты деревообрабатывающих цехов при изменении режимов резания и разрабатывать с учетом этого конкретные мероприятия по снижению шума на рабочих местах.

Данные экспериментальных исследований на действующем оборудовании показали, что диапазон изменения уровней звуковой мощности в зависимости от изменения условий резания при стационарном режиме резания может составлять 5-8 дБ.

Список литературы

1. Защита от шума: Справочник проектировщика / Под ред. Е.Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1974. 135 с.

2. Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов. М: МГУЛ, 2004. 309 с.

3. Соколов Г.А. Борьба с шумом в деревообрабатывающей промышленности // Соколов Г.А. М.: Лесная промышленность, 1974. 442 с.

4. Справочная книга по охране труда в машиностроении / под ред. О.Н. Русака. Л.: Машиностроение. Л.О., 1988.

Размещено на Allbest.ru