Шойындардың демпфирлік және акустикалық қасиетін зерттеу әдістемесі
Өндірістік орындарда шудың өте жоғары деңгейі әсіресе металлургия мен машина жасау өндірістерінде, ең қауіпті зиянды факторлардың кең тараған түрі болып отыр.
Шу – сонымен қоса басқа да жағымсыз өндірістік, мысалы шаң, жоғары температура, газды бөліністер сияқты факторлармен бірге туындайды. Осы сәйкес факторлар (температура), шудан қорғанудың жеке қорғаныс құралын қолдануды қиындатып жібереді. Земберскийдің зерттеулері бойынша [1], бір жылдағы есту мүшесінің зақымдалунынан тіркелгені 50-60 %, ал оған қоса аурулар 75 %-дан асып кетеді екен.
Әсіресе интеллектуалды өнімділікке шу жоғары әсер етеді. Бұл өте жоғары назар аударуды талап ететін ойлану аймағындағы жұмыстарға қатысты. Өнімділікке бас миының жай-күйіне қобалжу немесе ойлану белсенділігіне кездейсоқ, бөгде немесе ақпараттық шулар әсер етеді. Шу мәселесінің жеңіл түрде шешілуі интеллектуалды еңбек өнімділігінің жақсаруына алып келеді, ал өте ауыр жағдайдағы шарттар өнімділіктің нашарлауына алып келеді [2].
Жиі қайталанатын қарапайым шарттарды орындау кезінде 90 дБА шу әсер етеді. Бұл – тәжірибелі жұмыскерлерге тән құбылыс. Осындай жағдайларда қосымша психологиялық күштеме туындайды, ол жылдам шаршаумен қатар жүреді.
Өнімділікке шудың әсері мен мүкістіктің пайда болуы қауіптілігімен қатар, үшінші аймақты да атап өтуге болады – орталық жүйке жүйесі мен ағзаның вегетативті жүйесіне шудың әсері.
Жоғарыда аталғандардың негізінде, жұмыскердің ағзасына әсер ететін жалпы зияндылықтарды, оның ішінде өндірістік шудан мемлекетке, әлеуметтік ортаға және экономикаға зиянын келтіретіндігін, ал соққылы шудың өте қауіпті және зиянды екендігін атап айту керек, сондықтан соғылатын механизмдер шуымен күресу қажеттігі туындайды.
Жасалған балқымалардың демпфирлегіш қасиеті соққы кезіндегі шудың деңгейі (импульсті), соққы кезіндегі дыбыс деңгейі (пикті), дыбыстың жұтылу жылдамдығы, тербелістің логарифмдік декременті, ішкі үйкелісі, салыстырмалы тербелісі (жұтылу коэффициенті), тығыздығы, жылжыту модулі, Юнг модулі, соққы ұзақтығы және металлографиялық белгілерінің толық қатары (түйіршіктердің өлшемдері, фазалы құрамы, металл емес қоспалардың болуы және оладың пайыздық құрамы, пішіні, химиялық құрамы, құрылымдық құрамалары және т.б.) сияқты акустикалық және физика-механикалық қасиеттері кешенімен бағаланады. Осы жұмыста экспериментальды зерттеулер, жасалған балқымалардың дыбыстық қуатының деңгейі мен тиімділік көрсеткіштерімен микроқұрылымы мен құрылымдық сезімтал факторлардың байланысын негіздейтін, өзара байланысты бекіту мақсатында жүргізілді.
Соңғы уақытта шулайтын жабдықтың бөлшектерін жасау үшін, шу мен дірілдің өшуін қамтамасыз ететін бәсеңдеткіш қасиеттері жоғарылатылған материалдар жиі қолданылады. Бәсеңдеткіш қасиеттері жоғарылатылған қорытпалар (БҚЖҚ) ретінде түсті металл қорытпаларын шектеулі қолдану – қымбаттылығына, физика-механикалық сипаттамалар кешенінің, әсіресе, жоғары температуралар аралығында қанағаттанарлықсыздығына байланысты болады. Түсті металл қорытпаларына қарағанда, физика-механикалық сипаттамалары асып түсетін, бағасы анағұрлым арзан, циклдік жүктеулер режимінде жұмыс істейтін жабдықтардың бөлшектерін жасауға болашақта кең пайдаланылатын темір көміртекті қорытпалар (болаттар) жатады [3].
Бәсеңдеткіш қасиеттері жоғарлатылған қорытпалардан жасалған бөлшектер қарапайым құрылымдық құрылмалық материалдан жасалған бөлшектерге қарағанда, діріл және соққылы жүктемелерге анағұрлым берік болады. Материалдардың бәсеңдету қабілеті еркін тербелістердің үдетілген өшуін, еріксіз резонанстық тербелістер амплитудасының төмендеуін қамтамасыз етеді, материалдағы кернеуді азайтады.
Физика-механикалық қасиеттері жоғарылатылған, технологиялық қасиеттері тиімді және үнемді орындалуды қамтитын бәсеңдеткіш қасиеттері жоғарылатылған қорытпаларды жасау және игеру металл зерттеушілер, металлургтер және акустикалық экология облысындағы мамандар үшін ауқымды мәселе болып отыр [3].
Әдебиеттерден алынған мәліметтер бойынша, қорытпалардың шашырау қасиеттеріне химиялық құрам мен термиялық өңдеу ықпал етеді. Жұмыстардың негізгі бөлігі темір негізді қорытпаларға арналған. Бірақ олар жоғары температураларға тұрақтылығының төмендігімен, бағасының қымбаттылығымен, негізгі компоненттердің тапшы болуымен сипатталады.
Мәліметтер бойынша, темір негізді қорытпаларды бағалау критерийі ретінде логарифмдік декремент, ішкі үйкеліс, салыстырмалы шашырау қолданылады. Соқтығыс кезіндегі дыбыс деңгейі сирек қолданылады.
Химиялық құрам мен термиялық өңдеудің соқтығыс кезіндегі қорытпалардың бәсеңдету қасиеттеріне әсері туралы мәліметтер, болаттардың күрделі қоспаларын немесе стандартты маркаларын қамтиды [3].
Бәсеңдеуі жоғары қорытпаларды қолдану арқылы шуды төмендету мәселесін нақты зерттеулер негізінде шешуге болады. Себебі, материалдың әр түрлі класы үшін дыбыстық тербелістердің энергиясын құрылыстың өзінің сіңіру қабілеті құрылыс компоненттерінің қатысына, технологиялық өңдеудің түріне және т.б. көптеген факторларға байланысты болады. Қорытпалардың бәсеңдету қасиеттеріне химиялық құрамның әсері туралы мәліметтер бәсеңдеткіш қасиеттері жоғарылатылған аз қоспалы болаттарды жасау мүмкіндігіне жол береді [4].
Шойын – қалыптағы құймаларды құюға қолданылатын анағұрлым кең тараған материал. Шойынның кең қолданылуы технологиялық қасиеттеріне және басқа қорытпаларға қарағанда, құнының арзандығына байланысты. Шойынның беріктілік және технологиялық қасиеттерінің үздіксіз одан әрі жоғарылатылуына, сонымен қатар, арнайы физикалық және химиялық қасиеттері бар жаңа маркаларын жасауға байланысты қолданылуы күннен-күнге кеңейе түсуде [4].
Шойынның болатқа қарағанда, кесіктерге сезімталдылығы аз. Осыған байланысты, шойын құймаларындағы кесіктер (ішкі ойық, кеуектер, металл емес кірінділер, механикалық өңдеуден кейінгі қауіптер және т.б.) оның құрылымдық беріктілігіне қатты әсер етпейді. Ал болаттағы осындай кесіктер оның қасиеттерін, әсіресе, иілгіштігі мен қажулық беріктілігін күрт төмендетеді.
Шойынның бұл ерекшелігі графитті қосындылардан пайда болатын кесіктердің көп болуымен және шойынның жоғары циклдік тұтқырлығымен түсіндіріледі. Циклдік тұтқырлық айнымалы жүктемелер кезінде серпімді материалда сейілетін (жылуға айналады) энергиямен сипатталады.
Осы артықшылықтарына байланысты, көп жағдайда шойын болатқа қарағанда, анағұрлым берік құрылымдық материал болып табылады.
Шойынның акустикалық қасиеттерінің өзгеруіне кристалдау үрдісі кезінде құймаларды салқындату шарттарын таңдау жолымен жетуге болады. Құймаларды салқындату жылдамдығын төмендету еркін графиттің бөлінуіне (термодинамикалық потенциалы ең төмен фаза ретінде) септігін тигізеді.
Осы жұмыста экспериментальды зерттеулер, жасалған балқымалардың дыбыстық қуатының деңгейі мен тиімділік көрсеткіштерімен микроқұрылымы мен құрылымдық сезімтал факторлардың байланысын негіздейтін, өзара байланысты бекіту мақсатында жүргізілді.
Зерттеу объектісі ретінде стандартты қорытпалармен бірге жаңадан құйылған қорытпалар қолданылды. Қорытпалардың акустикалық (дыбыс деңгейі, дыбыс қысымының деңгейі) және діріл (діріл үдеуінің деңгейі, діріл үдеуінің жалпы деңгейі) қасиеттері зерттелді.
Зерттеуге ЧЮ22Ш жоғары легірленген алюминийлі шойын алынған. Мұндағы алюминийдің пайыздық мөлшері әр түрлі 5%, 10%, 15%, 20%, 25% деп алынған.
Шойын мен болат қорытпаларының акустикалық (дыбыс деңгейі, дыбыс қысымының деңгейі) және діріл (діріл үдеуінің деңгейі, діріл үдеуінің жалпы деңгейі) қасиеттерін зерттейтін қондырғыларды талдау негізінде шойын мен болат қорытпаларының пластина түріндегі үлгілерінің акустикалық және діріл қасиеттерін кешенді зерттеуге арналған, басқа қондырғыларға қарағанда, біршеме өзгертулер мен жаңалықтар енгізілген құрылғысы таңдап алынды (1-сурет).
1-сурет. Шойын және болаттардың қатты үлгілерінің шуы мен дірілін кешенді зерттеуге арналған құрылғы
1 – капрон жіптер; 2 – рама; 3 – пластина түріндегі (50х50х5мм) үлгі; 4 – рама тірегі; 5 – көлбеу жазықтық; 6 – шар-соққыш;
7 – «Bruel&Kj? r» фирмасы шу өлшерінің діріл датчигі; 8 – моделі 1316 октавалы сүзгіші бар моделі 2204
«Bruel&Kj? r» фирмасының шу өлшері;
9 – С-18 осциллографы; 10 – жүк; 11 – шарларды қабылдағыш; 12 – «Октава 101А» шуөлшері; 13 – «Октава 101А» шу өлшерінің микрофоны; 14 – тіректі бекіту бұрандасы
Берілген жұмыстың міндеттерінің бірі – зерттелетін қорытпалардың акустикалық және діріл сипаттамаларын зерттеу құрылғысын жаңарту болатындықтан, құрылғыға жіптердің тартылуы тұрақты; шу мен дірілді бір уақытта тіркеу мүмкіндігі; тіректі бекіту бұрандасы арқылы шар- соққыштың құлау биіктігін өзгертіп отыру; жоғары дәлдікті аспаптарды және пішіндері әр түрлі (пластина және құбыр түріндегі) және өлшемдері ыңғайлы үлгілерді қолдану сияқты өзгерістер енгізілді.
Қондырғы төмендегідей жұмыс істейді. Шар-соққыш 6 көлбеу жазықтықта 5 орналасқан. Шар-соққыш 6 көлбеу жазықтықпен домалап, пластина түріндегі үлгінің 3 геометриялық орталығына еркін түрде келіп түседі. Шар-соққыш 6 үлгіден 3 ыршып түсіп, шар қабылдағышқа 11 келіп түседі. Шар-соққыш 6 пен үлгінің 3 соғылуынан пайда болатын шу «ОКТАВА-101А» 12 шу өлшерінің көмегімен тіркеледі.
Капрон жіптердің 1 өрілуінде тербелетін үлгі 3 (пластина түріндегі) моделі 2204 «Bruel&Kj? r» фирмасының аспабымен 8 бағаланатын діріл тудырады. Үлгінің 3 капрон жіптерімен 1 тартылуы әрдайым тұрақты, себебі оларға жүк (салмағы 30 кг) 10 ілінген. Шардың құлау биіктігі соққыш тірегінің бекіту бұрандасының 14 көмегімен өзгеріп тұрады. Үлгі 3 мен шар-соққышты 6 бекітудің барлық жүйесі еденнен белгілі биіктіктегі тіректер 15 арқылы тағанда 2 орнатылған.
Өлшеулерде диаметрлері: 9,5; 12,7; 15,2; 15,8; 18,3 мм (шар-соққыштардың салмақтары сәйкесінше: 2,5; 5; 9 және 25г) ШХ15 болатынан құйылған болат шар-соққыштар қолданылған.
Қондырғыда болаттан жасалған пластина (50х50х5мм) түріндегі үлгілер, шойыннан жасалған пластина түріндегі, Т-тәрізді өлшемдері 50х50х5 мм үлгілер зерттелді.
Шардың массасы, үлгінің тығыздығы, соғылу нүктесінен үлгіге дейінгі қашықтық, үлгінің қалыңдығы өзара тәуелді :
m 4,6 l h2 , (1)
мұндағы m – пластина түріндегі үлгінің массасы, г;
ρ – пластина түріндегі үлгі материалының тығыздығы, г/см3;
l – соғылу нүктесінен пластина түріндегі үлгінің ең жақын шетіне дейінгі қашықтық, см;
h – пластина түріндегі үлгінің қалыңдығы, см.
Сонымен, пластина түріндегі үлгінің ені мен ұзындығы оның қалыңдығынан кем дегенде 5 есе үлкен болуы керек. Өлшемдері 50 х 50 х 5 мм пластина түріндегі үлгі бұл талаптарды қанағаттандырады.
Дыбыс қысымының деңгейлері 1000–31500 Гц аралығындағы жиіліктердің октавалық жолақтарында, ал діріл үдеулері 31,5–31500 Гц жиіліктер аралығында, дыбыс деңгейі – «А» шкаласы бойынша, ал діріл үдеуінің жалпы деңгейі «Lin» сипаттамасы бойынша зерттелді.
Дыбыстық импульсты МК-102 микрофон капсюлімен тіркеді. Бұл импульс электрлік сигналға түрленеді де, МК-102 алдын ала күшейткішімен күшейтіліп, «Bruel&Kj? r» нақты шу өлшерінің кірісіне беріледі. Шу өлшердің индикаторы дәлдігі 0,5 дБ дейінгі 30-130 дБ аралығындағы дыбыстық қысымды тіркеуге мүмкіндік береді. Дыбыстық белгілердің жиілік спектрін өлшеу үшін ОF-101 октавалық сүзгілер блогы қолданылады. РSG-101 типті өздігінен жазғыштың көмегімен дыбыстық импульс жазылды.
ЗГ-10 дыбыстық генераторын дыбыстық сигналдардың өлшеулерін калибрлеу үшін қолданды. Дыбыстық сигналдардың атмосфералық қысымға қатысты өзгерісіне түзетуді PF-101 маркалы пистонфонның көмегімен жүзеге асырды. Зертханадағы ауа температурасы мен ылғалдылығы тұрақты күйде болды. Акустикалық өлшеулер бес рет өлшеудің орташа мәні ретінде анықталды.
Қорытынды
- Әдебиет көздеріне шолу жасау, соққыдан болатын шуды төмендету әдістерін бағалауға және шудың пайда болуы көзінде демпфирлегіш металдық материалдарды қолдануға мүмкіндік
берді.
- Стандартты шойындармен салыстыра отырып, жаңа демпфирлегіш қасиетті жоғары легирленген алюминийлі шойындары жасалды.
- Дыбыстық қысымның деңгейін салыстыра отырып, стандартты шойындарға қарағанда, жаңадан жасалған құрамындағы алюминийдің пайыздық мөлшері әртүрлі шойындардың шуды жұту қасиетінің жоғары екендігі анықталды.
ӘДЕБИЕТТЕР
- Утепов Е.Б., Лидтке В.Ю., Мякотин В.Н., Утепов Т.Е. // Снижение шума в направляющих трубах токарных автоматов. – Алматы: ЧП «Шевченко», 1998. б.72.
- Утепов Е.Б., Утепова А.Б., Ерконыр А.К. и др. Влияние производственного шума на организм человека //Сборник научных трудов «Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организация производства)», Алматы, 2005, Вып. 2, б.43-50.
- Утепов Е.Б., Актаев Б.Г., Актаева Д.У., Утепов Т.Е. Применение «тихих» сплавов в технике борьбы с шумом: / -Алматы, 1998, 78с.
- Литейное производство. Под ред. И.Б. Куманина. М., «Машиностроение», 1971, 320 б.
- Утепов Е.Б., Калдыбаева С.Т. Пайда болу көздеріндегі өндірістік шуды төмендетуге арналған демпфирлегіш балқымаларды жасау// III-ші Халықаралық Қазақстандық металлургия конференциясының еңбектері//, Теміртау, 2010. – 248 б.
- Gremer H, Gremer L, Thiorie der Entstchung des klopfschall. Frequenz, 1948, Bd, N.3.3, s 61-71.
- Сүлеев Д.Қ., Өтепов Е.Б., Ерқоңыр Ә.К. және т.б. Демпферлік қорытпалар. //Сборник научных трудов «Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организация производства)». – Алматы, 2005: Вып. 2: c.69- 74.
- Сулеев Д.К., Утепов Т.Е., Утепова А.Б., Ерконыр А.К. Теоретические и экспериментальные аспекты процессов соударения твердых тел. //ВЕСТНИК КазНТУ им. К.И. Сатпаева, Алматы, 2004, №3, С. 35-39.
- Акустическая диагностика процессов соударения твердых тел. /М.Э. Акелис, А.Т. Бразджинис, Ю.Д. Валангаускас и др. – В кн.: Кибернетическая диагностика механических систем виброакустическим процессам: Материалы Всесоюзного симпозиума, 1972, - Каунас /Под общ. ред. К.М. Рагульскис, с. 273-275.
- Утепов Е.Б. Пути снижения производственного шума ударного происхождения в металлургических цехах: Дисс… канд. техн. наук. – М., 1983. 251 с.