Исследование и разработка эффективных средств борьбы с шумом текстильных машин

Конструкции современных прядильных машин развиваются с тенденцией увеличения мощности, быстроходности и точности при одновременном уменьшении металлоемкости и габаритов, что приводит к повышению динамической нагру-женности узлов, возрастанию роли колебательных и резонансных явлений в элементах машин. Это приводит к росту производственного шума, что отрицательно сказывается на условиях труда работающих и конкурентоспособности оборудования на мировом рынке /1,2,3/.

Кроме того, чрезмерный шум существенно сказывается на производительности труда из-за замедления рабочими выполнения операционных приемов (устранения обрывов, смены бобин, веретен и пр.).

На большинстве предприятий текстильной промышленности производственный шум является основным неблагоприятным фактором, влияющим на социальные и экономические показатели из-за снижения производительности труда и качества продукта. По объективным оценкам число рабочих, подвергающихся вредному воздействию производственного шума, превышает 45% /4/.

Для текстильных предприятий характерно наличие большого числа типов машин, создающих повышенный шум 151, что обусловлено особенностями конструкций и работы машин. Иногда неправильное, иногда вынужденное конструктивное решение приводит к неуравновешенности механизмов, резонансным явлениям. Также влияет неточность изготовления механизма, кинематических пар, износ их при эксплуатации, неудачное в этом плане сочетание процессов шумообразования (механических, аэродинамических), большая плотность разнохарактерных по колебаниям механизмов в узле и даже при расстановке текстильных машин в цехах.

Анализ шумовой обстановки в отрасли, борьба с производственным шумом, несмотря на постоянное внедрение новой техники и технологий, дают повод к заключению о неослабевающей актуальности разработки новых эффективных средств и методов шумоглушения текстильного, в частности, прядильного оборудования. Еще более конкретно — это направление является одной из актуальных задач текстильного машиностроения. J.

Следует отметить значительные успехи 8 области текстильного шумоглу-шения, которые связаны с именами таких ученых как Коритысский Я. И., N. D. Stewart, Поболь О. Н., Суханов Н. Л. и его аспиранты на базе СПГУТД (Молчанов А.С., Аксенова О. Т., Андросов С. Н., Красько В. Г, Чистяков А.Я.) /6,7,8,9,10, 21/.

Для эффективного решения поставленных задач необходимо выявить связь зффеетоз шумообразования с технологическим процессом.

В ряде случаев машины текстильного производства, как правило это имеет отношение к прядильному оборудованию, имеют модульно-секционную компоновку, головные и хвостовые части, крутильные и нитераскладывающие механизмы, нитепроводники, бобины и пр. Это связано с генерацией шумов различней интенсивности и спектра и, соответственно, требует разработки специальных методов шумоглушения для каждого объема.

Появление новых технологических операций в связи с появлением синтетических нитей привели к значительным изменениям конструкций современных перерабатывающих машин. Так, применение нагревательных и вытяжных узлов привели к увеличению габаритов крути" ьно-вьггяжных машин, а при высокой прочности нити, привели к увеличению массы паковок и линейных скоростей намотки и, соответственно, к использованию тяжелых веретен и мощных приемно-намоточных устройств. Все эти конструктивные новшества существенно влияют на ухудшение шумовых характеристик машин по переработке химволокон. Эти обстоятельства чделают проблему снижения шума прядильных устройств по переработке химволокон достаточно актуальной.

Естественно, при разработке новых средств шумоглушения необходимо учитывать богатый опыт проектирования машин переработки химволокон /11,12,13,14/. Так, машины с единым остовом состоят из большого числа перерабатывающих модулей, головной и хвостовой частей. Каждый технологический модуль содержит несколько разнотипных механизмов, перерабатывающих и транспортирующих одну нить. Соответствен но, головная и хвостовая части представляют собой мощные редукторы, закрытые ограждениями, но в то же время технологические элементы остаются открытыми для удобства обслуживания, например, распространенная машина типа ПС-100 Л01. 4.

Таким образом, возникает сложная комплексная задача — с одной стороны обеспечивать эффективное шумоглушение технологических узлов в источниках, а с другой — повышать звукоизоляцию головных и хвостовых частей, с учетом спектрального характера и интенсивности шумов.

Работа выполнялась на кафедре «Технологии металлов и машиностроения» СПГУТД, где традиционно, продолжая разработки проф. H. J1. Суханова, глубоко прорабатывались вопросы, связанные со снижением шума текстильных машин.

Таким образом, также актуально исследовать возможности дальнейшего снижения уровней шума таких перспективных и эффективных машин как кольцевая прядильная машина ПС-100-Л01 и также достаточно распространенная пневмомеханической машины сухого прядения ППМ-240-Ш2.

Хорошие результаты в этом направлении достигнуты в работах A.M. Медведева, А. В. Бушманова, Н. И. Гагарина /15,16,17/.

Научная новизна исследования заключается в обобщении достижений в области снижения уровня шума прядильных машин, получении новых методических решений, нахождении эффективных методов снижения уровня шума в источниках аэродинамическогои механического происхождения с использованием отраслевых материалов, технологических невостребованных отходов, что в комплексе обеспечивает значительный социально-экономический и технический эффект.

3 сеете изложенного на защиту выносятся:

— обзор современных эффективных методов и средств шум оглушения текстильного и прядильного оборудования;

— анализ шумовых параметров кольцевых и пневмопрядильных машин;

— разработка методики исследований;

— разработка расчетных методов прогнозирования шумоглушения при локальном и объемном, демпфировании узлов машин;

— разработка экспериментальных стендов ;

— экспериментальные. исследования акустических параметров кольцепрядильных и пневмсмеханическихмашин;

— разработка эффективных средств снижения уровня шума элементов головной передачи, опоры вала и веретен- 6.

4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ, ВЫВОДЫ.

Рассмотрена эффективность существующих (классических) средств снижения шума прядильных машин в сравнении с применением новых демпфирующих покрытий.

I/" <" 5 If r-V4 Ж /"" 1 f /" ¦" | г" * ГЧО’ЧП ОГ^ /Лт-I Г Л, а /" > f /~ ГЧ «*» ¦> I J П" Г1 Л I ^ Г I «» > ГЧ Г" «к ГЧ ГЧ /*» llllt 11¹ /'" Mil icii U I iviciaj о owowpc paowauw i rxa ivicpwi i /им, nai ijjaoj icnhoiA na ние шума машины, основывается на следующих методах:

— конструктивный метод. Он заключается в уменьшении шума узла путём изменения его конструкции, характера движения, балансировки возмущающих масс, снижения динамических нагрузок и т. д.;

— технологический метод, который состоит в замене материала звукоизлу-чающих деталей, изменении их массы, способа и качества обработки и т. п.;

— метод звукоизоляции. Этот метод применяется при невозможности снизить шум конструктивным методом и для исключения интенсивных высокочастотных локальных излучателей;

— метод звукопоглощения используют для снижения аэродинамического шума встроенных пневмосистем машин:

— метод виброизоляции применяют для ограничения распространения вибрационной энергии от механизма-генератора к излучающим звук конструктивным элементам машин. Метод наиболее эффективен на средних и высоких частотахметод вибропоглощения применяется для уменьшения потоков колебательной энергии на путях ее распространения, и прежде всего — вблизи шумного механизма. Предпочтительно применение для тонкостенных конструкций (например, ограждений).

Конструктивный метод является основным и предпочтительным, ибо предполагает радикальное решение проблемы. Однако, на серийных машинах возможности этого метода часто бывают исчерпанными, и поэтому для снижения шума машин используют в комплексе все вышеперечисленные методы.

По мнению специалистов /35/, высокий уровень шума в первую очередь связан с тесной расстановкой прядильных машин". Современные прядильные машины вполне соответствуют достигнутому уровню конструирования и изготовле.

97 ния. Отсюда следует, что эффективнее снижение уровня шума не может быть достигнуто достаточно простыми и примитивными средствами.

Существующие способы и устройства для снижения шума прядильных машин условно можно подразделить на общие и конкретные. К первым относятся предложения и рекомендации, применимые для всех марок прядильных машин, ко вторым — только те, которые применимы для машин определенных типов.

Для объективной оценки возможности использования средств шумоглуше-ния прядильных машин, рассмотрены обобще нные данные замеров уровней шума на рабочих местах у отечественных прядильных машин разработки СКБ ТМ, которые традиционно исследовали различные авторы в различные периоды, в частно.

ГТ’л п С4 Г" ! Г" VTTI т* п гн/1ггг-«/- и<-*-гг->/-л л г-1 r-i/->/-K !} П ^'./vouaoo /i С QC АЛ СИ 7Q QCf Oi о v/t Н jrijL^s iL/Д jjy^оиДъ i duivi i (роф. t i.jt. w у дапиосЗ i I w., т’Ч, i w, uu/.

Для получения реальной картины по шумовым характеристикам машин были использованы обобщенные результаты исследований различных ученых за последние 20 лет /15, 35, 44, 54, 78, 80/, проведено сравнение шумовых характеристик с действующими в настоящее время нормами.

Анализ этих данных на соответствие их требованиям норм показали, что за исключением машины ПБ-132-А1 ни одна из машин, спроектированных СКБ ТМ, не соответствует этим требованиям. Основанием для такого утверждения служит сводные данные по уровням шума на рабочих местах машин конкретных марене с указанием величины превышения уровней звукового давления на рабочем месте, а октавных полосах нормированного диапазона частот (63 — 8000 Гц) и превышения уровня звука по шкале, А — сравнительно с нормами, установленными i ОС i 12.1.003−86. Необходимо отметить, что только 6 машин имеют данные по уровням шума, соответствующие наиболее интенсивному режиму работы. Кроме того, з некоторых случаях, ввиду объективных обстоятельств, уровни звукового давления на рабочем месте не рассчитывались (что предпочтительнее), а замерялись непосредственно. Тем не менее, полученные данные позволяют, в целом, сделать следующие выводы.

Все машины, спроектированные СКБ ТМ, за исключением машины ПБ-132-А1, по шуму на рабочем месте превышают требования норм.

Машинами с наибольшим уровнем шума являются: армирующая ПА-132-Л1, кольцепрядильные П-76-ШГ2, П-76-ШГЗ и пневмомеханические ППМ-240-Ш и ППМ-240-Л.

Превышение нормированных уровней звукового давления на рабочем месте наблюдается в зоне средних и высоких частот, как отмечалось еще в разделе 1.

Результаты изучения литературы, обследования и анализа протоколов позволяют сделать следующие выводы.

В пневмомеханических прядильных машинах основными источниками шума являются: прядильные камеры, расчесывающие барабаны и их ременные приводы, вентилятор, механизм раскладки. Шум машин является широкополосным, включающем низкие, средние и высокие частоты. Наибольшее превышение по ГОСТ 12.1.003−86 наблюдается на частотах 1000, 2000 и 4000 Гц. Шум камер преобладает на частоте 500 Гц, шум барабанов — на частоте 1000 Гц. В октавной полосе 250 Гц существенный шум вносит вентилятор /57/.

В кольцепрядильных машинах основными источниками шума являются: пара кольцо-бегунок, привод веретен, главная передача электродвигателя и вентилятор с его электродвигателем на машинах сухого прядения.

В прядильно-самскруточных машинах основными источниками шума являются: вентилятор с электродвигателем, механизм мотки, механизм переключателей с приводом, содержащим высокоскоростные зубчатые передачи, вихревые камеры. Причем, механизм мотки является основным вкладчиком шума на низких частотах, вентилятор и блок переключателей — на средних частотах, вихревые камеры (сжатый воздух) — на высоких частотах.

УЛО LJI tft 4 М nrtui INI iniiu и I 1Л| плл л м ni in ii jii uniiiiiiioi in ii/Т" 1 ft * o/-^ wi^^D —.

Vy<�—HUbHDiiViW i ipyi-ik-incuviift i |рсоо1шспта 1iQnonvm iviaujytriciivm nOpivi i iu ypwDню шума являются следующие:

— неуклонная тенденция к наращиванию скоростей рабочих органов машин и увеличению их мощности при отсутствии принципиальных конструктивных изменений шумсизлучающих узлов;

— дефицит типовых технических решений по снижению шума прядильного оборудования, сравнительно с другими отраслями легкой промышленности;

— дефицит в арсенале конструкторов необходимых технических средств: высококачественных подшипников, малошумной тесьмы и приводных ремней и т. п.;

— недостаточное внимание со стороны конструкторов к вопросу создания малошумящего оборудования на стадии проектирования.

Таким образом, для решения актуальных комплексных задач, несохсдимс было провести глубокий информационный обзор по теме исследований.

В частности, проведен анализ методов и средств борьбы с шумом текстильных машин, (исследования Я. Коритысского, Н. Суханова, О. Поболя).

По результатам анализа публикаций выявлены типовые источники шумооб-разования в текстильных машинах, связанные с конструктивными, технологическими особенностями.

Информационные исследования позволили выявить основные типовые источники шумообразования в прядильных машинах: дисбаланс, ударные нагрузки от взаимодействия сопряженных элементов, виброактивных узлов (веретено-початок-веретенный брус-кольцо-бегунок, мычксуловитель, элементы привода).

По данным исследований различных авторов проведен анализ методов идентификации источников шума: метод исключения, корреляционный, расчетный, фазовый, в ближнем поле.

При анализе эффективных методов шумсглушения (например, зиброизоля-ция и вибропоглощение, аэродинамических глушителей), — выявлено, что при подборе новых материалов и использовании новых конструктивных решений, можно / (-!> /I ! 1 I 1 I Л-Т-1 I I I Wk (1¹ I I Л Г" ! TAr/^TI A r-II III ly I JOH IMIJ у J lyHujyi 1 о I LUy iviwi j i у ujonym ic^mJiDnDiA iviciuj/lH.

Используя передовой опыт исследований по снижению шума в текстильной промышленности и в других областях техники, а также информацию в смежных областях науки, имеется возможность повышения эффективности снижения уровней шума некоторых типов прядильных машин, в частности, получения солее i ехноло-гичных и экономичных методов и средств подавления виброактивности и шумоиз-лучения с применением недефицитных материалов, например, отходов отрасли.

Для того, чтобы разработать теоретическую и расчетную базу исследований в главе 2 проведены аналитические исследования генерации аэродинамических и механических колебаний типовых элементов прядильных машин. Показаны возможности оценки акустической мощности объектов шумоизлучения различного происхождения.

Разработаны аналитические подходы к оценке акустической мощности излучения источников звуковых колебаний машины при наличии локального, объемного и глобального демпфирования.

Разработана прикладная расчетная методика оценки звукового давления детали или узла для механических и аэродинамических источников прядильного модуля, что позволит провести сравнительную оценку теоретических и экспериментальных для конкретного шумоглушения на действующих машинах.

Разработаны теоретические предпосылки создания дисперсионного глушителя аэродинамических шумов воздушного потока.

В соответствии с целью и задачами исследований в главе 3 автором разработана методика экспериментальных исследований вибро — акустических характеристик узлов прядильных машин в ближнем и дальнем звуковом полях, с учетов влияния фонового шума. Разработаны стенды измерений шумовых параметров элементов машин в рабочем и имитационном режимах. Исследованы различные методы возбуждения колебаний в элементах машин контактным и бесконтактным методами.

Экспериментально исследованы новые методы локального и объемнсго. демпфирования шестерен, без радикального изменения их конструкции, с внесением максимально возможных потерь.

Исследовано применение (для демпфирования шестерен и з качестве наполнителя виброизоляторов опор) демпфирующего компаунда с использованием масляных и волокнистых технологических отходов.

Разработаны и экспериментально испытаны демпферы зубчатых колес, сочетающие метод локальней и объемной трансформации спектра за счет внутренних напряжений металла в сочетании с внесением потерь за счет применения демпфирующих компаундов. Метод объемного демпфирования, с использованием арматуры, с успехом был применен при шумоглушении опор подшипников главного вала и веретен. Экспериментально доказано, что, как и в случае с зубчатыми шестернями, обеспечивается эффективная виброизоляция, существенно снижающая передачу колебаний и возмущения на соседние узлы: вал, веретенный брус, станинатонкостенные элементы: ограждения, кожух, что обеспечивает эффект снижения уровня шума машины ПС — 100 -ЛО 1 на 4 — 7 дБ выше аналогов.

При разработке глушителей аэродинамических шумов для машины ППМ-240 Ш 2 — было выбрано экспериментально и теоретически обоснованное техническое решение: сочетание звукопоглощения с использованием механизмов изотерме — адиабатической диссипации за счет применения дифракционной решетки з виде проволочного соленоида, что обеспечило эффект шумоглушения воздушного потока на 2 — 3 дБ выше чем на базовом устройстве.

Проведена статистическая обработка и сопоставление расчетных и экспериментальных данных, которые показали сходимость результатов в допустимых пределах.

Представлено методическое обоснование и расчеты социально — экономической эффективности, при реализации разработок по снижению уровней шума машин ПС- 100 — Л01 и ППМ — 240 LU2, которая составила ориентировочно в год 27 000 руб, или — около 20 000 руб в расчете на 1 машину ПС и до 7000 руб — на машину ППМ.

Целью работы являлась разработка эффективных средств борьбы с шумом прядильных машин с учетом передового опыта и инновационных решений при исследовании источников шумообразования, при использовании новых методик и экономичных материалов.

Поставленная цель была достигнута решением следующих задач, которые и были реализованы: 1) анализ виброакустических процессов прядильных машин- 2) экспериментальные исследования механических и аэродинамических источников в прядильных машинах- 3) разработка упрощенной расчетной модели машины в виде излучающей оболочки с элементами демпфирования — 4) разработка демпферов зубчатых колес с использованием волокнистых и полимерных отходов отрасли- 4) разработка диссипативных виброизолирующих материалов опор подшипников из армированных пористо-волокнистых отходов отрасли- 5) разработка глушителя аэродинамического глушителя дисперсионного типа-6) разработка практических рекомендаций по результатам исследований.

Таким образом, задачи исследования, в соответствии с обоснованием актуальности выбранной темы, постановкой цели, выполнены.