Актуальность применения демпфирующих чугунов

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]:

  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)

Q1  

   0,0116  0,0018

22

(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

  1. 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.
  2. Керженцев В.В., Деденко Л.Г. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента.– М.МГУ, 1971. – с. 10.
  3. Криштал М.А., Головин С.А. Внутреннее трение и структура металлов. – М.: Металлургия, 1976. – с. 376.
  4. Постников В.С. Внутреннее трение в металлах. – М.: Металлургия, 1974. – 352., ил.
Год: 2011
Город: Алматы
loading...