ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИХ ПРОКЛАДОК С СУХИМ ТРЕНИЕМ ДЛЯ СНИЖЕНИЕ ШУМА ОТ КРУГЛОПИЛЬНЫХ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

Ключевые слова: ВИБРОДЕМПФИРОВАНИЕ, СНИЖЕНИЕ ШУМА, КРУГЛОПИЛЬНЫЙ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ СТАНОК, ПРОКЛАДКИ С СУХИМ ТРЕНИЕМ, ПИЛЬНЫЙ ДИСК.

Как известно, деревообрабатывающее оборудование относится к наиболее шумному, что значительно ухудшает условия труда операторов станков по шумовому фактору. Уровень шума деревообрабатывающих станков превышает нормативные значения на 20 – 30 дБА. Для задачи снижения шума от круглопильных деревообрабатывающих станков (уровень шума на рабочем ходу 100 – 110дБА), наиболее радикальным подходом является снижение звукоизлучения в источнике его возникновения. Доминирующим источником шума является пильный диск, в меньшей степени другие конструктивные узлы станка (электропривод, станина и др.). Снижение звуковой вибрации пильного диска применением вибродемпфирующих материалов, контактирующих с его поверхностью, можно достичь существенного снижения уровня звука на 6 – 8 дБА. Наиболее эффективной технической реализацией такого решения является использование конструкции из прокладочных материалов (с заданными вибродемпфирующими свойствами), помещенной между пильным диском и зажимными фланцами деревообрабатывающего станка. В конструкции вибродемпфирующих прокладок, могут быть использованы эластичные вязкоупругие материалы, в которых диссипация вибрационной энергии происходит за счет вязкого трения (в самом материале) [1,2].

Вязкоупругие материалы нашли широкое применение в качестве вибродемпфирующих покрытий, однако, имеют ряд существенных недостатков. Во-первых, эффективность их применения ощутима при достаточной толщине прокладки, которая должна превышать толщину пильного диска в 1,5 – 2 раза, что приводит к недостаточно надежной

фиксации пильного диска и, как следствие поперечным биениям с увеличением ширины пропила и ухудшению качества обработки поверхности древесного материала. Во-вторых, такие прокладки подвержены внезапному разрушению, вследствие возникающих в них

деформаций сдвига и кручения из-за высоких скоростей вращения (4000 – 6000 об/мин.) пильного диска и нагрузок в процессе резания. Последнее обстоятельство может привести к разрушению пильного диска и угрозе травмирования операторов станка.

Конструкция вибродемпфирующих прокладок с сухим трением и их диссипативные свойства. Унифицированные вибродемпфирующие прокладки с сухим трением (ВДПСТ) предназначены для снижения шума от круглопильных деревообрабатывающих станков различных типов.
Уровень шума от этого оборудования на рабочем ходе достигает 110-115 дБА. Доминирующим источником шума является пильный диск. Наиболее радикальным и рациональным подходом к снижению шума в источнике возникновения (пильном диске) являются средства вибродемпфирования. Разработанные ВДПСТ отвечают следующим критериальным требованиям:

· высокие демпфирующие свойства;

· отсутствие выраженной зависимости демпфирующих свойств от температуры;

· акустическая эффективность в высокочастотном диапазоне;

· минимизация массы конструкции;

· простота изготовления и обслуживания;

· надежность и безопасность в работе;

· универсальность (унификация);

· сохранение функциональных возможностей станка.

Общий вид структуры ВДПСТ, увеличенный в 10 раз 

Фрикционная площадь поверхности увеличивается в несколько раз за счет взаимного проникновения абразивных частиц слоев прокладок, что позволяет повысить их акустическую эффективность, при этом ограничить их размер до диаметра зажимного фланца. Толщина таких прокладок составляет не более 1 – 1,5мм. Были экспериментально исследованы демпфирующие свойства серийно выпускаемых образцов шлифлистов на тканевой и бумажной основе с минеральными абразивными частицами различной дисперсности, а также, линолеум ПВХ и линолеум на тканевой основе. Последние

материалы приведены, как наиболее распространенные вибродемпфирующие покрытия с вязкоупругим трением. Для научного обоснования виброакустической эффективности

конструкции из прокладочных материалов с сухим трением были проведены экспериментальные исследования по влиянию на значение суммарного коэффициента потерь :

· вида основы (тканевой и бумажной);

· частоты возбуждения Гц;

· размера частиц (зернистости) минерального абразивного материала

· влияние температурного фактора;

По результатам экспериментальных исследований установлено, что доминирующее влияние на значение в системе «пластина–ВДПСТ» оказывает частота колебаний и дисперсность минеральных абразивных частиц. При частоте возбуждения свыше 500 Гц наблюдается резкое возрастание суммарного коэффициента потерь, который достигает

своего максимального значения (0,03) на частоте в 1000 Гц. С возрастанием размера частиц наблюдается рост суммарного коэффициента потерь, который при размере частицы 180 мкм для тканевой и 250 мкм для бумажной основы достигает своего максимального значения (0,03). Дальнейшее увеличение размера частиц приводит лишь к

уменьшению значения. С повышением температуры суммарный коэффициент потерь практически не изменяется, а даже несколько увеличивается. Установленное свойство выгодно отличает ВДПСТ от полимерных вязкоупругих материалов, демпфирующие свойства которых с ростом температуры резко ухудшаются. Это обстоятельство является их неоспоримым преимуществом, при эксплуатации с пильными дисками, которые испытывают значительные температурные нагрузки в процессе пиления.

Общий вид структуры ВДПСТ, увеличенный в 25 раз 

Рисунок -1 Устройство для снижения звуковой вибрации от пильных дисков
1 – вибродемпфирующие прокладки 1а -тканная (бумажная) основа; 1б -частицы абразивного материала; 2 – вал; 3 – пильный диск; 4 –фланец зажимной.

Результаты экспериментальных исследований шума деревообрабатывающих станков и пути его снижения

Результаты экспериментальных исследований шума круглопильных станков показали, что вне зависимости от конструкции пилы шум носит ярко выраженный высокочастотный характер с превышением нормативных уровней на 15-25 дБ.

Подтвержден вывод о том, что основным источником шума является узел резания, где в равной степени в образовании шума участвуют колебания пильного диска и колебания перерезанных волокон. Колебания обрабатываемого материала как единого массива не влияют на общий уровень шума.

Экспериментальные исследования шума круглых пил показали, что подтверждается тезис о двойственной природе шумообразований- аэродинамической и вибрационной. На рисунке приведен график зависимости общих уровней звукового давления на холостом ходу при различной скорости пилы. Изменение уровней звукового давления пропорционально 40lg излучения скорости пилы, что говорит об аэродинамической природе шума.

График зависимости общих уровней звукового давления на холостом ходе от скорости пилы

Спектры холостого и рабочего хода показывают, что вклады аэродинамической и вибрационной составляющей в общий уровень станка практически равны. Исследование шума продольно-фрезерных станков показало превышение нормативных уровней в частотном диапазоне от 250 Гц до 8000Гц на 5-24 дБ.

Расчет энергетического баланса шумоизлучения продольно-фрезерного станка С25-5А показал, что поток звуковой энергии, связанный с шумом резания, составляет 75% от общего баланса, а поток звуковой энергии, излучаемой при работе вхолостую, составляет 25%.

В разделе приведены результаты измерения на специальной экспериментальной установке коэффициентов потерь в различных конструкциях демпфирования колебаний круглых пил. Они показали, что наибольшие значения он имеет в области низких частот. Величина его не превышает значение 10-2.

Результаты экспериментальных исследований шума круглопильных и четырехсторонних строгальных станков подтвердили основные положения о физической природе их шума, полученные ранее другими исследователями.

Получены результаты исследований коэффициентов потерь отдельных способов внешнего демпфирования колебаний круглых пил.