Развитие производственных мощностей современного оборудования в горно- металлургическом комплексе приводит к неуклонному возрастанию вредного для человеческого организма шума и вибраций, что ухудшает условия труда непосредственно работающего на нем персонала. Проблема шума является одной из острейших проблем развития современной цивилизации. Неблагоприятное акустическое воздействие в той или иной мере ощущает почти каждый второй житель нашей планеты.
Целью работы является исследование новых марок демпфирующих чугунов, снижающие шум ударного происхождения, генерируемый в деталях и узлах при работе горно- металлургического оборудования.
В качестве объекта исследования использовали как стандартные сплавы (сталь и чугун), так и новые выплавленные (табл. 1). Исследовали акустические (уровень звука, уровень звукового давления) и вибрационные (уровень виброускорения, общий уровень виброускорения) характеристики сплавов.
Для исследования были выбраны стандартные серые чугуны марок СЧ20, СЧ15, СЧ10, СЧЦ1, СЧЦ2, стандартная сталь марки Ст. 45 и демпфирующие сплавы чугунов 1, 2 и 3, легированные хромом (в количестве от 0,7 до 1,2 %).
На основе анализа установок для исследования акустических (уровень звука, уровень звукового давления) и вибрационных (уровень виброускорения, общий уровень виброускорения) свойств сплавов чугуна и стали было выбрано устройство для комплексного исследования акустических и вибрационных свойств пластинчатых и трубчатых образцов стали и чугуна с последующей модернизацией [1] (рис. 1).
Таблица 1. Химический состав исследуемых сплавов чугуна и стали
|
№ п/п |
Марка сплавов, образцов |
Химический состав, % вес |
||||||||
|
С |
Si |
Mn |
Cr |
Al |
Ni |
S |
P |
Cu |
||
|
не более |
||||||||||
|
1 |
СЧ20 |
3,3-3,5 |
1,4-2,4 |
0,7-1 |
- |
- |
- |
0,15 |
0,2 |
- |
|
2 |
СЧ15 |
3,5-3,7 |
2,2-2,4 |
0,5-0,8 |
- |
- |
- |
0,15 |
0,2 |
- |
|
3 |
СЧ10 |
3,5-3,7 |
2,2-2,6 |
0,5-0,8 |
- |
- |
- |
0,15 |
0,3 |
- |
|
4 |
СЧЦ1 |
3,2-3,6 |
- |
0,6-0,9 |
0,2-0,55 |
0,1-0,15 |
0,3-0,4 |
0,2-0,55 |
0,15 |
0,2-0,3 |
|
5 |
СЧЦ2 |
3,2-3,6 |
- |
0,6-0,9 |
0,2-0,55 |
0,1-0,15 |
0,3-0,4 |
0,2-0,55 |
0,15 |
0,2-0,3 |
|
6 |
1* |
3,9-4,3 |
1,8-2,8 |
0,9-1,5 |
0,3-0,7 |
- |
- |
0,3 |
0,3 |
- |
|
7 |
2* |
3,6-3,9 |
1,2-2,3 |
0,3-1,6 |
0,2-1,7 |
- |
- |
0,12 |
0,2 |
- |
|
8 |
3* |
3,7-3,9 |
1,1-2,7 |
0,4-1,7 |
1,5-1,9 |
- |
- |
0,12 |
0,2 |
- |
|
9 |
Ст. 45 |
0,42- 0,5 |
0,17- 0,37 |
0,5-0,8 |
0,25 |
- |
0,25 |
0,04 |
0,035 |
0,25 |
|
* Примечание - В таблице 1 обозначены выплавленные авторами чугуны |
||||||||||
Так как задачей данной работы является модернизация устройства для исследования акустических и вибрационных характеристик исследованных сплавов, суть которой заключается в том, что натяжение нитей постоянное; возможность одновременно фиксировать шум и вибрацию, т.е. проводить комплексные исследования на одном устройстве; с помощью винта крепления стойки изменять высоту падения шара-ударника; применение высокоточных модернизированных современных приборов и образцов различной формы (пластинчатые, трубчатые) и доступных размеров.
Рис. 1. Устройство для комплексного исследования акустических и вибрационных свойств твердых образцов стали и чугуна [1] 1 - капроновые нити; 2 - рама; 3- пластинчатый (50х50х5 мм) образец; 4 - стойка рамы;
5 - наклонная плоскость; 6 - шар-ударник; 7 - вибродатчик шумомера фирмы «Bruel&Kj? r»; 8 - шумомер фирмы
«Bruel&Kj? r» модели 2204 с октавным фильтром модели 1316; 9 – осциллограф С-18; 10 - груз; 11 - приемник шаров; 12 - шумомер «ОКТАВА 101 А»; 13 - стойки рамы; 14 - микрофон шумомера «ОКТАВА 101А»; 15 - винт крепления стойки ударника
Установка работает следующим образом. Шар-ударник 6 устанавливался на наклонной плоскости 5. Шар-ударник 6 скатывается с наклонной плоскости 5 и совершает свободное падение в геометрический центр пластинчатого образца 3. Шар-ударник 6 отскакивает от него и попадает в приемник шаров 11. Шум от соударения шара-ударника 6 и образца 3 фиксируется шумомером
«ОКТАВА-101А» 12. Образец (пластинчатый) 3, колеблющийся в переплетении капроновых нитей 1 создает вибрацию, которая оценивается прибором модели 2204 фирмы «Bruel&Kj? r» 8. Натяжение образца капроновыми нитями 1 всегда постоянно, так как груз 10 контролирует это натяжение. Высота падения шара может изменяться с помощью винта крепления стойки ударника
15. Вся система крепления образца 3 и шара-ударника 6 установлена на раме 2, которая с помощью стоек 13 находится на определенной высоте над полом.
При измерениях были использованы стальные (ШХ15) шары-ударники следующих диаметров: 9,5 мм; 12,7 мм; 15,2 мм; 15,8 мм и 18,3 мм (масса шаров-ударников соответственно: 2,5 г; 5 г; 9 г и 25 г).
На установке исследовали стальной пластинчатый (50х50х5 мм) образец и чугунные пластинчатые, Т-образные образцы размером 50х50х5 мм.
Логарифмический декремент этого сплава определяли следующим образом [2-4]:
l ln A0
1 ln 90 0,0058
(1)
n An
43 70
где Ао - начальная, максимальная амплитуда звукового импульса; Ап - конечная, минимальная амплитуда звукового импульса; п - число импульсов на экране осциллографа.
Относительное рассеяние:
Внутреннее трение:
2
0,0116
(2)
Q1
0,0116 0,0018
2 2
(3)
На устройстве для комплексного исследования акустических и вибрационных свойств пластинчатых образцов, описанного во второй главе, с помощью осциллографа С-18 записаны осциллограммы затухания звукового импульса от соударения стали (после ковки) и чугуна (литое состояние) с шарами-ударниками. По этим осциллограммам определены такие демпфирующие свойства, как логарифмический декремент, относительное рассеяние и внутреннее трение.
На рис. 1-5 представлены осциллограммы затухания звукового импульса от соударения сплавов серого чугуна и стали с шарами-ударниками.
На рис. 1 представлена осциллограмма затухания звукового импульса от соударения стандартного серого чугуна (литое состояние) СЧ20 с шаром-ударником.
По осциоллограмме, приведенной на рис. 1 определены демпфирующие характеристики серого чугуна СЧ20, которые равны δ= 0,014 ; ψ= 0,028 ; Q-1= 0,004 .
Рис. 1. Осциллограмма затухания звукового импульса от соударения серого чугуна СЧ20 (литое состояние) с шаром-ударником
На рис. 2 представлена осциллограмма затухания звукового импульса от соударения демпфирующего чугуна 1 (литое состояние) с шаром-ударником.
Рис. 2. Осциллограмма затухания звукового импульса от соударения чугуна 1(литое состояние) с шаром-ударником
По осциоллограмме, приведенной на рис. 2 определены демпфирующие характеристики демпфирующего чугуна 1, которые равны δ= 0,048 ; ψ= 0,096 ;
Q-1= 0,015 . Значения, которых намного выше, чем у стандартного серого чугуна СЧ20.
На рис. 3 представлена осциллограмма затухания звукового импульса от соударения разработанного чугуна (литое состояние) 2 с шаром-ударником.
Рис. 3. Осциллограмма затухания звукового импульса от соударения чугуна 2 (литое состояние) с шаром-ударником
По осциоллограмме, приведенной на рисунке 3 определены демпфирующие характеристики демпфирующего чугуна 2, которые равны δ= 0,012 ; ψ= 0,024 ;
Q-1= 0,004 . Значения, которых также намного выше, чем у стандартного серого чугуна СЧ20, но по сравнению с разработанным чугуном 1 имеют меньшие значения.
На рисунке 4 представлена осциллограмма затухания звукового импульса от соударения демпфирующего чугуна 3 (литое состояние) с шаром-ударником.
Рис. 4. Осциллограмма затухания звукового импульса от соударения чугуна 3 (литое состояние) с шаром-ударником
В соответствии с рисунком 4 по осциоллограмме определены демпфирующие характеристики чугуна 3, которые равны δ= 0,003 ; ψ= 0,006 ; Q-1= 0,00095 . Значения, которых меньше по сравнению и со стандартным серым чугуном СЧ20 и с новыми демпфирующими чугунами 1 и 2.
На рисунке 5 приведена осциллограмма затухания звукового импульса от соударения стандартной стали Ст.45 (после ковки) с шаром-ударником.
Рис. 5. Осциллограмма затухания звукового импульса от соударения стандартной стали Ст. 45 (после ковки) с шаром-ударником
В соответствии с рисунком 5 по осциоллограмме определены демпфирующие характеристики стандартной стали Ст.45, которые равны δ= 0,01;ψ= 0,02 ;Q-1= 0,003 . Значения, которых меньше по сравнению и со стандартным серым чугуном СЧ20 и с новыми демпфирующими чугунами ЕА-1, ЕА-2 и ЕА-3.
В соответствии с рисунками 1-5 на приведенных осцилллограммах видно, что демпфирующий чугун 1 имеет повышенные значения скорости затухания и демпфирующих характеристик (δ= 0,048 ; ψ= 0,096 ; Q-1= 0,015 ) по сравнению со стандартным серым чугуном СЧ20 и сталью Ст.45, а также с вновь разработанными чугунами 2 и 3.
Заключение. Получены серые чугуны с оптимальными механическими характеристиками. Один из них обладает повышенными демпфирующими свойсивами, который можно рекомендовать для деталей металлургического оборудования, работающего в режиме соударений.
ЛИТЕРАТУРА
- Ерконыр А.К., Утепов Е.Б., Утепова А.Б. и др. Исследование шума и вибрации твердых образцов.//Труды шестой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология), часть I, Алматы, 2004, С. 52-54.
- Керженцев В.В., Деденко Л.Г. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента.– М.: МГУ, 1971. – с. 10.
- Криштал М.А., Головин С.А. Внутреннее трение и структура металлов. – М.: Металлургия, 1976. – с. 376.
- Постников В.С. Внутреннее трение в металлах. – М.: Металлургия, 1974. – 352., ил.