Исследование уровня шума станочного гидропривода как показателя качества технической системы

                  Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Арзамасский приборостроительный колледж им. П.И. Пландина»

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:

                                                           Юдина Татьяна Владиславовна                                                        

г. Арзамас

                                                               2011 г.                                 

                                                           ОГЛАВЛЕНИЕ

           ВВЕДЕНИЕ

           ГЛАВА 1.    

           ГЛАВА 2

            Выводы

            ЗАКЛЮЧЕНИЕ

            БИБЛИОГРАФИЯ

                                                      ВВЕДЕНИЕ

         В последнее время в станкостроении гидравли ческий привод конкурирует с электромеханически ми аналогами, что заставляет уделять особое вни мание улучшению эксплуатационных показателей, в том числе уровня шума и вибраций.

Уровень шума станочного гидропривода — ком плексный показатель, который характеризует состоя ние технической системы и может применяться для диагностики системы, принятия решения о ремонте или модернизации. Для исследования данного во проса проведены экспериментальные исследова ния уровня шума станочного гидропривода во взаи мосвязи с эксплуатационными параметрами. В ка честве объекта исследования принят гидропривод станка ИР 500 МФ 4}

При проведении исследований установлен уро вень шума и вибрации элементов станочной гидро системы, в которых присутствует наибольшее коли чество источников акустических явлений. Основными источниками1 акустических явлений в станочном гидроприводе являются насосная станция, гидро аппаратура, трубопроводы, блоки клапанов, сопро тивления, а также поверхности машины, которые вследствие больших площадей способствуют обра зованию так называемого корпусного шума.

                   ГЛАВА 1.    Классификация шумов в гидроприводе

Шум в гидроприводе можно разделить на гидро динамический и механический. Исследовали измене ние уровня шума, вызванного гидродинамическими явлениями в потоке, а также влияние на уровень шума различных факторов. К шумам, причиной ко торых являются гидродинамические процессы, от носятся следующие:

1. шумы, происходящие из-за периодического выпуска жидкости в бак, или объемные шумы (твер дые границы в гидросистемах приводят к образова нию по поверхности трубопровода монопольных и дипольных источников шума);
2. шумы, возникающие из-за образования вихрей у твердых границ потока, а также шумы срыва вих рей, в частности у границ трубопровода и различ ных сопротивлений;
3. шумы отрывных течений, возникающие при от рыве течения и образовании замкнутых или разомк нутых вихревых зон; пульсации границ зон приво дят к появлению пульсации давления и генерации широкополосного шума (шумы в дросселях, клапа нах, коленах, тройниках, при изменении сечения);
4. шумы от неоднородности потока или шумы взаимодействия, возникающие при обтекании пла стин насоса неоднородным потоком, образующимся из-за препятствий в потоке (шумы, вызванные пуль сациями на неподвижных препятствиях, располо женных вблизи вращающегося ротора насоса);
5. шумы турбулентного характера (псевдозвук), возникающие вдали от твердых границ при пере мешивании потоков, движущихся с разными ско ростями;
6. шумы от автоколебаний упругих конструкций в движущейся среде (колебания в водоразборных кранах и запорной арматуре при плохой конструкции -стройства);
7. шумы вследствие неустойчивых течений (по верхность раздела между подвижной и неподвиж ной средой вблизи резонатора, тонкая струя, набе гающая на клин);
8. кавигационные шумы, обусловленные охло пыванием кавитационных каверн в местных сопротивлениях или перепадах сечений трубопровода и в насосах.

[Источники шума станочной гидросистемы пред лагаем называть характерными точками акусто-вибрационных явлений гидропривода. Ниже пред ставлены и кратко описаны устройство характерных точек исследуемого гидропривода и возбудители шума по предложенной классификации1. Основной характерной точкой является насосная станция, ко торая размещается в металлическом шкафу от дельно от станка. В состав станции входят бак, те плообменник и регулируемый пластинчатый насос 25Г12-24АМ фланцевого исполнения, крепящийся вместе с электродвигателем сверху бака. В насосной станции присутствует шум механических источни ков и гидродинамический шум. Основные источники гидродинамического шума в насосах — шум от пуль сации 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 трубопро вода локальные области сжатий и разрежений (псевдозвук). Основной источник в данной харак терной 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 рас пределителей, 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 посто янной температуре воздуха.

63        250        1000        4000        16 000

63        250       1000       4000      16 000    63 000

f, Гц

б)

Рис. 1. Зависимость уровня шума насоса от частоты: а, б —

температура рабочей жидкости 21 и 10 "С соответственно

Наибольший интерес представляет исследова ние влияния температуры и наличия газовой фазы в рабочей жидкости на уровень шума и вибраций элементов гидравлической системы, так как измене ние температуры и содержания газовой фазы в ра бочей жидкости значительно влияет на сжимаемость и вязкость, а следовательно, и на параметры воз буждения и затухания колебаний. Варьировали тем пературу и количество газовой фазы рабочей жид кости на входе насоса, а также давление (нагрузку) в напорной магистрали.L дБ

100,—

Исследования шума насосной станции заключа лось в определении его уровня с всасывающего и напорного трубопровода при различных параметрах. На рис. 1 приведены экспериментальные зависи мости уровня шума по октавам на входе (кривая 1) и выходе (кривая 2) из насоса, полученные при раз ных температурах.

Для частот 63 и 1000 Гц наибольший эффект снижения шума достигается при уменьшении тем пературы рабочей жидкости. Единственный недос таток данного эффекта заключается в недолговеч ности по времени из-за быстрого нагрева рабочей жидкости при преодолении сопротивлений гидросистемы. Данный эффект можно объяснить демп фирующей способностью рабочей жидкости, обла дающей при низких температурах более высокой вязкостью. Кроме того, спектральная зависимость может быть рассмотрена как объективный показа тель качества составных элементов гидропривода, например износ клапанных блоков порождает вы сокочастотный шум в диапазоне 16—31,5 кГц.

L, дБ

0,0020        0,0025        0,0030        0,0035 0,0040

f, Гц

Рис. 2. Зависимость уровня шума от расхода газовой фазы для частоты 1000 (1) и 60 (2) Гц

 Результаты исследования влияния газовой фазы на уровень шума по характеристическим частотам (63, 1000 Гц) приведены на рис. 2. Видно, что влия ние газовой фазы на шум наблюдается в основном в небольшом снижении для всасывающего трубо провода (4—5 дБ) с последующим постепенным по вышением по экспоненциальному закону.Результаты испытания стальных трубопроводов полностью соответствуют зависимостям, получен ным при измерении шума насосной станции.

Выводы

Установили, что наибольший уровень акустиче ских и вибрационных явлений в гидроприводе технологического оборудования привносит насосная стан ция. На снижение уровня шума значительно влияет снижение температуры рабочей жидкости. Однако данный эффект непродолжителен из-за роста темпе ратуры 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 насы щение 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 вы явили 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 на личие вибрации не отмечено присутствия вибро-возмущающей силы.

Замена металлических трубопроводов на эла стичные снижает общий уровень шума в среднем на 5 дБ, причем на высоких частотах данное сниже ние превышает 6 дБ.

Согласно результатам исследований, можно утверждать, что вибрационное воздействие гидро привода имеет локальный характер в области насос ной станции и не характерен для исполнительных элементов гидросистемы. Однако наличие шума отмечено для всех элементов гидросистемы.