Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИИ И ШУМА РЕМИЗНОЙ РАМЫ МЕТАЛЛОТКАЦКОГО СТАНКА

Пирогов Д.А. 1 Шляпугин Р.В. 1 Эльнашар E.A. 2
1 ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет» (ИВГПУ)
2 Университет г. Кафрэльшейх
Наиболее распространенные ткацкие станки для выработки тканой металлической сетки имеют заправочную ширину 100 см. При проектировании металлоткацких станков с широкой заправочной линией возникает необходимость исследования уровня вибрации и шума, создаваемого ремизной рамой, являющейся одним из основных источников возникновения этих явлений станка в целом. Вибрации, возникающие в процессе работы в этом звене, могут значительно влиять на протекание технологического процесса, а шум оказывает негативное действие на обслуживающий персонал. Авторами разработана методика и проведено исследование вибрации и шума ремизной рамы металлоткацкого станка. Определены спектры мощности звуко- и виброизлучения для ремизной рамы металлоткацкого станка. Проведено сравнение полученных значений с допустимыми нормами на технологическом производстве.
шум
вибрация
инженерная акустика
зевообразовательный механизм
металлоткацкий станок
1. Коритысский Я.И. Вибрация и шум в текстильной и легкой промышленности [Текст] / Я.И. Коритысский. – М.: Легкая индустрия, 1974. – 328 с.
2. Смирнов А.Н. Исследования технологии и оборудования в металлоткачестве [Текст] / А.Н. Смирнов, А.А. Тувин, И.С. Баталин, Гао Бинь // Вестник Ивановской государственной текстильной академии. – 2001. – № 1. – С. 122–124.
3. Пирогов Д.А. Динамическая модель зевообразовательного механизма металлоткацкого станка и определение собственных параметров колебательного процесса [Текст] / Д.А. Пирогов, В.А. Суров, Р.В. Шляпугин, С.В. Селезнев // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – 2014. – № 2. – С. 113–116.
4. Пирогов Д.А. Исследование вынужденных колебаний ремизной рамы металлоткацкого станка [электронный ресурс] / Д.А. Пирогов, Р.В. Шляпугин, С.В. Селезнев // МИКМУС-2014: труды XXVI Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов. – М: Изд-во ИМАШ РАН, 2014. – С. 316–322. Режим доступа:https://elibrary.ru/download/elibrary_23168026_70980660.pdf (дата обращения: 27.07.2017).
5. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом [текст]: Учебник / Н.И. Иванов. – М.: Логос, 2008. – 422 с.
6. Лабораторный практикум по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей [текст]: учебное пособие / Ю.А. Амелькович, Ю.В. Анищенко, А.Н. Вторушина и др. – Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010. – 236 с.
7. Колосов Ю.В. Защита от вибраций и шума на производстве [Текст]: Учебное пособие / Ю.В. Колосов, В.В. Барановский. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011. – 38 с.

В отечественной литературе, посвященной вибрации и шуму машин и производств текстильной промышленности, основное внимание уделяется хлопчатобумажным [1], льняным и др. Динамическим расчетам механизмов прядильных, ткацких, трепальных и др. машин посвящено множество научных трудов различных авторов.

Вместе с тем внимание исследователей к изучению оборудования и технологий металлоткачества продолжает оставаться недостаточным. По нашим сведениям за период с 1970 по 1996 гг. во всем мире (исключая Российскую Федерацию) было опубликовано всего лишь 18 работ, затрагивающих металлоткачество и производство трикотажа из металлической проволоки. Из них пять публикаций в Германии, четыре – в США, по три – во Франции и в Англии, по одной – в Бельгии, Индии, Чехии. Десять – являются патентами. Имеется также чуть более 30 публикаций по металлическим и металлизированным волокнам и мононитям [2]. А работ, посвященных исследованию вибрационных и шумовых характеристик металлоткацкого производства, не встретилось ни одной.

Наиболее распространенные ткацкие станки для выработки тканой металлической сетки имеют заправочную ширину 100 см. При проектировании металлоткацких станков с широкой заправочной линией возникает необходимость исследования уровня вибрации и шума, создаваемого ремизной рамой, являющейся одним из основных источников возникновения этих явлений станка в целом. Вибрации, возникающие в процессе работы в этом звене, могут значительно влиять на протекание технологического процесса, а шум оказывает негативное действие на обслуживающий персонал.

Важнейшей характеристикой колебательного процесса (шума, вибрации) является его частотный спектр. Разложение сложного колебательного процесса на простейшие составляющие называют частотным анализом процесса, а величину, указывающую на характер распределения параметров по частотному диапазону, – его частотным спектром. Как правило, машины имеют смешанный спектр, состоящий из непрерывной части, внутри которой располагаются достаточно четко выраженные гармоники. Непрерывный спектр обуславливается различными случайными и неустановившимися процессами, а дискретный – постоянно действующими причинами (силами), например возникновение вибрации с определенным частотным спектром может быть вызвано инерционными силами [1].

В работах [3, 4] решены предшествующие задачи необходимые для достижения цели данного исследования – исследование вибрации и шума ремизной рамы металлоткацкого станка СТМ-4-130. В работе [3] для изучения работы механизма с учетом колебательных явлений разработаны динамические модели, в соответствии с которыми предложены и решены математические модели задач о собственных крутильных колебаниях валов, произведены расчеты собственных частот по указанным моделям, установлено, что механизм привода челноков работает вне зоны резонанса, определяемой паспортными режимами эксплуатации станка. В работе [4] для определения упругих деформаций ремизной рамы предложены динамические модели различного типа, решена задача о вынужденных колебаниях ремизной рамы, расчет выполнен двумя методами, которые дают близкие по значению результаты, что говорит об адекватности предложенных моделей.

В результате [4] определена зависимость (1) значения упругих деформаций, для разработанной модели ремизной рамы (рис. 1) в различных сечениях в зависимости от закона движения, упруго-инерционных характеристик рамы, технологических параметров и времени.

На рис. 1 приняты следующие обозначения:

с1 и с2 – коэффициенты жесткости;

Т – натяжение нитей основы;

m1 и m2 – сосредоточенные массы;

Kn – коэффициент пропорциональности между натяжением нитей основы, деформацией нижней планки и перемещением ремизной рамы;

µ – интенсивность распределенной массы системы;

f(t) – закон движения ремизной рамы;

l – длина нижней планки ремизной рамы;

EY – жесткость нижней планки на изгиб.

pir01.wmf (1)

где pi – собственные частоты системы;

Xi(x) – собственные формы системы;

i – индекс собственной частоты (формы) системы;

y0(t) – кинематическое перемещение рамки на рассматриваемой фазе движения;

pir02.wmf – возмущающая функция (аналог линейного ускорения точек крепления упругих связей) на рассматриваемой фазе движения.

pir1.tif

Рис. 1. Динамическая модель ремизной рамы

Параметры вибрации и шума зависят как от мощности самого источника и расстояния до него, так и от акустических свойств окружающего пространства. Поэтому основными характеристиками излучаемого механизмом шума являются мощность и виброскорость, характеризующие общую энергию излучения механизма.

Мощность излучаемого колеблющимся телом (или участком тела) шума зависит от формы колебаний, геометрии тела и пропорциональна квадрату средней виброскорости на поверхности излучателя.

pir03.wmf (2)

Размерный коэффициент пропорциональности R между звуковой мощностью и квадратом амплитуды виброскорости на поверхности излучателя называется акустическим сопротивлением излучателя.

По результатам исследований, указанных в работе [1], основными типами излучателей в ткацком станке являются точечные излучатели (монополи), акустическое сопротивление которых можно определить как

pir04.wmf (3)

Тогда мощность излучения определится как

pir05.wmf, (4)

где ρ – плотность среды, кг/м3;

p – собственная частота колебаний;

Sn – площадь поверхности излучения планки, м2;

c – скорость звука в среде, м/с;

v – виброскорость, м/с;

В нашем случае значение виброскорости можно получить, вычислив производную по времени от выражения (1)

pir06a.wmf (5)

а действующее (среднее) значение виброскорости зависимостью

pir07.wmf, (6)

так как эта величина есть среднеквадратическое мгновенных значений скорости V за время усреднения T.

Принимая для нашего случая в качестве модели излучателя точечный источник, необходимо определить среднюю скорость по поверхности планки. Для этого вычислим выражение

pir08.wmf (7)

Уровни интенсивности звука и вибрации можно определить через величины W и ν следующими зависимостями:

pir09.wmf (8)

pir10.wmf (9)

где W0, ν0 – значения нулевых порогов интенсивностей звуковой мощности и виброскорости соответственно [5].

Производим расчеты, принимая в качестве исходных данных следующие значения физических величин: ρ = 1,2 кг/м3, S = 0,0138 м2, с = 340 м/с, T = 0,21c, W0 = 10-12Вт, ν0 = 5·10-6 см/с.

Результаты расчетов по приведенной выше методике сведены в таблице.

На рис. 2 приведены зависимости среднего значения виброскорости на поверхности планки от собственных частот модели

Зависимости интенсивностей вибрации и шума от собственных частот системы изображены на рис. 3.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. Пиковые значения вибрации и шума ремизной рамы приходятся на октавные полосы со среднегеометрическими частотами в 63, 250 Гц, возбуждаемые на первой и третьей собственных частотах.

Сравнивая (условно) с допустимой нормой уровней шума в производственных помещениях [1] для октавной полосы 63Гц – 99Дб, для октавной полосы 250 Гц – 86Дб. Таким образом, можно сказать, что уровень шума во всех октавных полосах лежит в допустимых пределах.

Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Выраженность ответных реакций обусловливается главным образом силой воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы [6].

pir2.wmf

Рис. 2. Значения среднего значения виброскорости на поверхности планки в зависимости от собственных частот модели

pir3.wmf

Рис. 3. Значения интенсивностей вибрации и звуковой мощности в октавных полосах

Результаты расчетов интенсивностей звуковой мощности и вибрации

Октавная полоса, Гц

Собственная частота, pi

рад/с – Гц

Vср, см/с

Lv, дБ

W, Вт

Lw, дБ

63

p1,

484,2 – 77,01

0,65

102,3

1,76·10-7

56,9

125

p2,

827,2 – 131,65

0,008

64,4

1,15·10-10

20,8

250

p3,

2002,7 318,69

1,2

107,6

1,52·10-5

73,2

500

1000

p4,

5158,4 – 820,97

0,004

57,4

9,50·10-10

32,7

2000

p5,

10175,7 – 1619

0,17

90,5

7,13·10-6

69,1

 

Параметры колебательного процесса в зоне взаимодействия и его время являются определяющими параметрами, влияющими на развитие болезней, связанных с вибрацией. Ключевыми факторами при этом являются частоты, формы и амплитуды колебаний, направление действия вибрационных сил, упругих свойств тканей, наличие резонансных явлений и многих других условий.

По характеру воздействия различают общую и локальную вибрации. При общей вибрации происходит сотрясение всего организма. При локальной вибрации происходит сотрясение отдельных частей тела, например кистей рук. Наиболее опасным является первый тип [7].

В нашем случае колебания, возбуждаемые по третьей форме, превышают допустимые пределы по значениям виброскорости и уровню интенсивности общей вибрации (для октавной полосы 63 Гц – 0,2 см/с и 92 дБ)[1]. Уровни и виброскорости локальной вибрации лежат в допустимых пределах (для октавной полосы 63 Гц – 1,4 см/с и 109 дБ, для октавной полосы 250 Гц – 1,4 см/с и 109 дБ) [5].

Выводы

1. Разработана методика теоретического анализа звуко- и виброактивности механизма ткацкого станка.

2. Получены спектры мощности звуко- и виброизлучения для ремизной рамы металлоткацкого станка. Установлено, что максимальные уровни шума и вибраций лежат в пределах октавных полос со среднегеометрическими частотами 63, 250, 2000 Гц.

3. Установлено, что определенные уровни шума во всех октавных полосах лежат в допустимых пределах.

4. Вибрации, возбуждаемые колебаниями по первой и третьей формам, превышают допустимые пределы по значениям виброскорости и уровню интенсивности как общей, так и локальной вибраций.


Библиографическая ссылка

Пирогов Д.А., Шляпугин Р.В., Эльнашар E.A. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИИ И ШУМА РЕМИЗНОЙ РАМЫ МЕТАЛЛОТКАЦКОГО СТАНКА // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 11-1. – С. 114-118;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41908 (дата обращения: 23.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074