Федеральное государственное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Арзамасский приборостроительный колледж им. »
Научно-практическая конференция «Старт в науку»
Исследовательская работа
«Исследование уровня шума станочного гидропривода как показателя качества технической системы»
Выполнил:
студент группы ТМ-441
специальность
«Технология машиностроения»
Акатов Алексей
Руководитель:
г. Арзамас
2011 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.
ГЛАВА 2
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время в станкостроении гидравлический привод конкурирует с электромеханическими аналогами, что заставляет уделять особое внимание улучшению эксплуатационных показателей, в том числе уровня шума и вибраций.
Уровень шума станочного гидропривода — комплексный показатель, который характеризует состояние технической системы и может применяться для диагностики системы, принятия решения о ремонте или модернизации. Для исследования данного вопроса проведены экспериментальные исследования уровня шума станочного гидропривода во взаимосвязи с эксплуатационными параметрами. В качестве объекта исследования принят гидропривод станка ИР 500 МФ 4}
При проведении исследований установлен уровень шума и вибрации элементов станочной гидросистемы, в которых присутствует наибольшее количество источников акустических явлений. Основными источниками1 акустических явлений в станочном гидроприводе являются насосная станция, гидроаппаратура, трубопроводы, блоки клапанов, сопротивления, а также поверхности машины, которые вследствие больших площадей способствуют образованию так называемого корпусного шума.
ГЛАВА 1. Классификация шумов в гидроприводе
Шум в гидроприводе можно разделить на гидродинамический и механический. Исследовали изменение уровня шума, вызванного гидродинамическими явлениями в потоке, а также влияние на уровень шума различных факторов. К шумам, причиной которых являются гидродинамические процессы, относятся следующие:
— шумы, происходящие из-за периодического выпуска жидкости в бак, или объемные шумы (твердые границы в гидросистемах приводят к образованию по поверхности трубопровода монопольных и дипольных источников шума);
— шумы, возникающие из-за образования вихрей у твердых границ потока, а также шумы срыва вихрей, в частности у границ трубопровода и различных сопротивлений;
— шумы отрывных течений, возникающие при отрыве течения и образовании замкнутых или разомкнутых вихревых зон; пульсации границ зон приводят к появлению пульсации давления и генерации широкополосного шума (шумы в дросселях, клапанах, коленах, тройниках, при изменении сечения);
— шумы от неоднородности потока или шумы взаимодействия, возникающие при обтекании пластин насоса неоднородным потоком, образующимся из-за препятствий в потоке (шумы, вызванные пульсациями на неподвижных препятствиях, расположенных вблизи вращающегося ротора насоса);
— шумы турбулентного характера (псевдозвук), возникающие вдали от твердых границ при перемешивании потоков, движущихся с разными скоростями;
— шумы от автоколебаний упругих конструкций в движущейся среде (колебания в водоразборных кранах и запорной арматуре при плохой конструкции - стройства);
— шумы вследствие неустойчивых течений (поверхность раздела между подвижной и неподвижной средой вблизи резонатора, тонкая струя, набегающая на клин);
— кавигационные шумы, обусловленные охлопыванием кавитационных каверн в местных сопротивлениях или перепадах сечений трубопровода и в насосах.
[Источники шума станочной гидросистемы предлагаем называть характерными точками акусто-вибрационных явлений гидропривода. Ниже представлены и кратко описаны устройство характерных точек исследуемого гидропривода и возбудители шума по предложенной классификации1. Основной характерной точкой является насосная станция, которая размещается в металлическом шкафу отдельно от станка. В состав станции входят бак, теплообменник и регулируемый пластинчатый насос 25Г12-24АМ фланцевого исполнения, крепящийся вместе с электродвигателем сверху бака. В насосной станции присутствует шум механических источников и гидродинамический шум. Основные источники гидродинамического шума в насосах — шум от пульсации давления, от срыва вихрей с кромок рабочих пластин, сиренный шум слива рабочей жидкости в гидробак, кавитационный шум, шум турбулентного характера.
Следующей характерной точкой можно назвать соединительные трубопроводы. Источниками шума в них будут образующиеся по всей длине трубопровода локальные области сжатий и разрежений (псевдозвук). Основной источник в данной характерной точке— шум, возникающий при передаче трубопроводам колебаний рабочей жидкости, т. е. поведение трубопроводов аналогично поведению мостов передачи колебаний рабочей жидкости.
Последней характерной точкой будет блок распределителей, установленный на задней стенке станины станка. В распределителях присутствуют в основном только гидродинамические источники!
ГЛАВА 2 Экспериментальная часть
Эксперименты проводили техническим методом в инструментальном цехе после рабочего дня без дополнительной звукоизоляции объекта при постоянной температуре воздуха.
Наибольший интерес представляет исследование влияния температуры и наличия газовой фазы в рабочей жидкости на уровень шума и вибраций элементов гидравлической системы, так как изменение температуры и содержания газовой фазы в рабочей жидкости значительно влияет на сжимаемость и вязкость, а следовательно, и на параметры возбуждения и затухания колебаний. Варьировали температуру и количество газовой фазы рабочей жидкости на входе насоса, а также давление (нагрузку) в напорной магистрали.
Исследования шума насосной станции заключалось в определении его уровня с всасывающего и напорного трубопровода при различных параметрах. На рис. 1 приведены экспериментальные зависимости уровня шума по октавам на входе (кривая 1) и выходе (кривая 2) из насоса, полученные при разных температурах.
Для частот 63 и 1000 Гц наибольший эффект снижения шума достигается при уменьшении температуры рабочей жидкости. Единственный недостаток данного эффекта заключается в недолговечности по времени из-за быстрого нагрева рабочей жидкости при преодолении сопротивлений гидросистемы. Данный эффект можно объяснить демпфирующей способностью рабочей жидкости, обладающей при низких температурах более высокой вязкостью. Кроме того, спектральная зависимость может быть рассмотрена как объективный показатель качества составных элементов гидропривода, например износ клапанных блоков порождает высокочастотный шум в диапазоне 16—31,5 кГц.
 |
Результаты исследования влияния газовой фазы на уровень шума по характеристическим частотам (63, 1000 Гц) приведены на рис. 2. Видно, что влияние газовой фазы на шум наблюдается в основном в небольшом снижении для всасывающего трубопровода (4—5 дБ) с последующим постепенным повышением по экспоненциальному закону.
Результаты испытания стальных трубопроводов полностью соответствуют зависимостям, полученным при измерении шума насосной станции.
Выводы
Установили, что наибольший уровень акустических и вибрационных явлений в гидроприводе технологического оборудования привносит насосная станция. На снижение уровня шума значительно влияет снижение температуры рабочей жидкости. Однако данный эффект непродолжителен из-за роста температуры рабочей жидкости вследствие ее разогрева в местных сопротивлениях. Стабильное влияние во временной зависимости оказывает ввод в рабочую жидкость насосной станции небольшого количества газовой фазы, При постоянном введении газа насыщение им всего объема рабочей жидкости (в течение 40 мин) вызывает быстрый рост уровня шума и вибрации.
При исследовании гидрораспределителей при интегрированном режиме работы шумомера не выявили заметных изменений при вводе в рабочую жидкость газовой фазы до предельных значений 5—8 % всего объема рабочей жидкости. Снижение температуры приводит к заметному уменьшению уровня шума. При проведении исследований на наличие вибрации не отмечено присутствия вибро-возмущающей силы.
Замена металлических трубопроводов на эластичные снижает общий уровень шума в среднем на 5 дБ, причем на высоких частотах данное снижение превышает 6 дБ.
Согласно результатам исследований, можно утверждать, что вибрационное воздействие гидропривода имеет локальный характер в области насосной станции и не характерен для исполнительных элементов гидросистемы. Однако наличие шума отмечено для всех элементов гидросистемы.
