книги из ГПНТБ / Борьба с шумом в черной металлургии

чего неизбежны взаимные соударения проката. Схема устрой­ ства для укладки проката в карман (рис. 70, а) состоит из кармана J и приводных двуплечих рычагов 2. Двупле­ чие рычаги закреплены на приводном валу 3, пропущен­ ном вдоль карманов. Вал приводится от общего привода обычного исполнения*. Прокат при поступлении в карман попадает на рабочую поверхность а-рычага 2, который по­ ворачивается валом 3. При дальнейшем поступлении про­

ней поверхности кармана. При дальнейшем повороте рычаг

Рис. 70. Устройство для укладки круглого проката в карман,

своей рабочей поверхностью б воздействует на прокат, об­ разуя пакет в нижней части кармана. При параллельном размещении карманов рычаг устанавливается в такое поло­ жение, чтобы его рабочая поверхность в была продолжением, например, поверхности наклонной решетки. В этом случае прокат перекатывается по рычагу, как по перекрывателю (рис. 70, в).

Пневматические машины. На рис. 71, а показан глу­ шитель шума, конструкция и габаритные размеры которого позволяют устанавливать его непосредственно около элек­ тропневматических распределителей или выносить за пре­ делы данного участка. Снижение звукового давления обес­ печивается последовательным включением расширитель­ ных камер А и Б, а также покрытием внутренней поверх­ ности корпуса звукопоглощающим материалом. Круговая мембрана, расположенная в приемной камере А, изменяет объем приемной камеры и снимает завихрения потока и виб­ рацию с корпуса глушителя.

* К о л е с н и к о в А. В. и др. Устройство для укладки проката круглого сечения в сборочный карман. Авторское свидетельство № 258235, кл. 7а, 26/03,— «Бюллетень изобретении», 1970, № 1, стр. 17.

133

Корпус глушителя состоит из двух частей, скрепленных болтовым соединением при помощи фланцев. Между флан­ цами установлена резиновая прокладка. Внутренняя поверх­ ность верхней части корпуса 4 покрыта звукопоглощаю­ щим материалом — войлоком 5. В боковой поверхности

верхней части корпуса имеется двенадцать отверстий диа­ метром 10 мм, расположенных равномерно по поверхности корпуса. Ввод воздуха в камеру А глушителя из электро­ пневматического распределителя осуществляется с помощью патрубка 1. Круговая мембрана 8 камеры А выполнена из перфорированной жести, покрытой с внутренней поверх­ ности корпуса глушителя упругой резиной. Резина на ци­ линдре из перфорированной жести крепится хомутом. Перфорированный цилиндр в верхней части приваривается

134

к крышке, а внизу крепится болтами к фланцу. На болты подвешивается колпак-мембрана 12 на упругих подвесках 15. Колпак-мембрана изготовлен из жести толщиной 3 мм, покрытой с обеих сторон пористой резиной. Камера Б пред­ ставляет собой корпус глушителя с колпаком-мембраной. Для удаления конденсата из полости глушителя преду­ смотрен клапан 14.

Глушитель работает следующим образом. Воздух из выпускного отверстия электропневматического распреде­ лителя подается через резиновый шланг к патрубку и по­ ступает в камеру А глушителя, что способствует снижению скорости потока. Возникающий скачок давления при цик­ лической работе пневмопривода гасится цилиндрической двухслойной круговой мембраной, которая растягивается при избыточном давлении воздуха. Из камеры А поток воз­ духа поступает по круговому каналу, образованному ниж­ ней частью корпуса глушителя и колпаком-мембраной 12, проходит в камеру Б и затем через отверстие диаметром 80 мм выходит из глушителя. Спектр шума при выходе воздуха из отверстия электропневматического распреде­

З А Щ И ТА РАБОЧИХ МЕСТ

Когда ослабление шума в цехе оказывается недостаточ­ ным, для защиты персонала на фиксированных рабочих местах устанавливают звукоизолированные кабины — посты управления. Кабины изготовляют из обычных строитель­ ных конструкций, металла или дерева. Звукоизолирован­ ный пост управления, кроме защиты от шума, должен иметь оптимальный микроклимат, давать возможность визуаль­ ного наблюдения за ходом технологического процесса, отве­ чать требованиям эргономики.

Приведенную звукоизолирующую способность всех ограждений кабин определяют следующим образом. Ре­

І35

щадь ограждения кабины; 5; — площадь ограждения с г'-й звукоизолирующей способностью.

Внутренние поверхности кабин следует покрывать звуко­ изолирующей облицовкой. Кабины часто изготавливают

жесткими минераловатными плитами либо многослойными щитами (толь — кожа 2 мм, минеральная вата 60—80 мм, сухая штукатурка 10 мм).

Внутренние поверхности помещения поста покрывают перфорированными листами, за которыми на расстоянии 20 мм размещают минераловатиые плиты.

Пол покрывают обычно линолеумом на мастике.

Г л а в а 4.

АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Проблема шума и вибраций машин имеет технический аспект, так как уровень вибраций и шума характеризует динамическую напряженность машин, что, в свою очередь, определяет надежность машин и качество их работы. По­ этому большое значение имеет исследование процессов пере­ дачи колебательной энергии по элементам механизма и уст­ ранение вредных колебаний в машинах. Основным средством для достижения этой цели является воздействие на шум и вибрацию в их источнике путем подбора для изготовления

136

деталей механизмов соответствующих материалов — с боль­ шим декрементом затухания.

Колебания и шум механизма в процессе его работы являются непосредственным результатом взаимодействия деталей. Силы, действующие между сопряженными дета­ лями, можно подразделить на квазистатические (постоянно или медленно меняющиеся), силы трения и импульсные.

Они различаются между собой характером изменения во времени.

Особенность квазистатических взаимодействий заклю­ чается в том, что они не возбуждают в механизме упругих колебаний.

Импульсные взаимодействия возникают вследствие соударения сопряженных деталей механизма при его работе. Они отличаются значительной величиной и малой длитель­ ностью процесса. В первый момент столкновения, деталей деформация и напряжение локализуются лишь в малом объеме материала, а большая часть механизма остается в невозмущенном состоянии. Лишь через некоторое время, равное В/Сь (В — характерный линейный размер меха­ низма, а Сь — скорость распространения упругих колеба­ ний в материале, из которого он изготовлен), возмущение распространяется по всему механизму, и в нем возникает колебательный процесс.

В отличие от импульсных и квазистатических взаимо­ действий, носящих в основном регулярный характер, дей­ ствие сил трения проявляется в виде последовательных хаотических толчков малой интенсивности и длительности. Трение вызывает широкополосные колебания, которые накладываются на регулярный сигнал в виде шумового фона.

Таким образом, звукоизлучение колеблющихся дета­ лей механизма, изготовленных из различных металлов и сплавов, является вторичным эффектом изменения со­ стояния его кинематических пар. Первичный эффект про­ является в соударении сопряженных деталей. .

Возможность выбора для изготовления деталей и узлов металлов и сплавов, обладающих пониженным звукоизлучением и удовлетворительными механическими свойствами, позволяет решать задачи уменьшения шума еще на стадии проектирования механизмов и машин. Однако звукоизлучейие металлов и сплавов при колебаниях, вызванных меха­ ническими импульсами, и зависимость их от состава, вида

137

обработки, способа производства металла еще мало изучены.

Дальнейшие исследования помогут отыскать пути полу­ чения металла, обладающего пониженным звукоизлучением, а также классифицировать металлы и сплавы в зависимости от характеристик излучаемой при колебаниях звуковой энергии.

ЗВУКОИЗЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Излучение звука происходит в результате передачи колеблющимся телом энергии в окружающую среду, бла­ годаря чему в этой среде образуются звуковые волны.

Способность металлов и сплавов излучать звук при коле­ баниях используется в большом числе физических экспе­ риментов [67]. Примерами излучателей звука являются камертоны, мембраны, стержни, пластины, струны.

При исследовании звукоизлучения пластин, изготов­

ми присадками магния (до 1,52%), кремния (до 0,42%), марганца (до 0,82%), серебра (до 0,72%), цинка (до 1,95%), меди (до 1,0%) [112]. При введении в алю­ миний до 0,1% магния или меди продолжительность зву­

не наблюдалось. При введении в алюминий 0,1% кремния продолжительность звучания возрастает, а при более высоком содержании кремния — существенно сокращается. Это явление объясняется склонностью атомов кремния

138

к ликвации и соединению менаду собой, а не к диспергиро* ванию в матрице. При увеличении в алюминии концентра­ ций цинка до 1,95% или серебра до 0,72% продолжитель­ ность звучания увеличивается незначительно. Исходный алюминий был различен по степени чистоты. Описанный способ приготовления образцов не исключает их наклепа, что не могло не • отразиться на результатах исследования.

Полученные результаты не могут быть экстраполиро­ ваны количественно при одновременном введении в алю­ миний двух и больше элементов из-за возможности обра­

из медных сплавов минимальное затухание достигается путем применения очень однородных структур, обычно твердых растворов, подвергнутых специальной механи­ ческой и термической обработке.

Для выяснения влияния термической обработки при производстве камертонов на время их звучания исследованы два типа термической обработки: а) нормализация при

калка при 850° С с последующим отпуском при 150—200° С [14}. Корреляции между продолжительностью звучания и структурой стали установить не удалось. Авторы реко­ мендуют применять для изготовления камертонов простые углеродистые стали с содержанием углерода больше 0,3%. Было исследовано также влияние защитного никелевого

139

покрытия на продолжительность звучания камертона. Установлено, что никелевое покрытие снижает продол­ жительность звучания.

В процессе деформирования металла и непосредственно перед его разрушением вследствие упругих колебаний про­ исходит излучение звука (явление акустической эмиссии) в относительно широком диапазоне частот. Акустическим излучением сопровождаются процессы пластической дефор­ мации, усталостных испытаний, образования и распро­ странения полос Людерса—Чернова [133].

На рис. 73 приведены энергетические спектры колеба­ ний пластины из стали 65Г в зависимости от температуры отпуска, полученные при разрыве пластины [87]. Макси­ мальная звуковая энергия, отвечающая некоторым сред­ ним температурам отпуска в пределах 350 — 400° С, умень­ шается интенсивно в сторону высоких температур.

Основная часть энергии звуковых колебаний прихо­ дится на довольно широкий диапазон частот (3—24 кгц). Установлено, что существует корреляция между излучен­ ной и упругой энергией, запасенной образцом к моменту разрушения.

П Р О Б Л Е М А БЕСШУМНЫХ МЕТАЛЛОВ

- С целью снижения вибрации и шума механического происхождения следует использовать дл-я изготовления деталей и узлов шумящего и вибрирующего оборудования металлы и сплавы с высокими демпфирующими свойствами.

На рис. 74 показано изменение демпфирующей способ­ ности марганцево-медных сплавов, закаленных из у-области диаграммы состояния двойной системы Си—Мп, и сплавов, охлажденных с печью со скоростью 100° С в час [110].

В закаленном состоянии демпфирующая способность марганцево-медных сплавов низка при содержании мар­ ганца до с\э75%, а затем заметно увеличивается. В сплавах, охлажденных с печью, демпфирующая способность начи­ нает увеличиваться-при содержании марганца меньше 40% и при росте содержания марганца изменяется независимо от состава, приобретая максимальное значение при <х>80% марганца.

Демпфирующая способность также заметно растет; когда увеличивается первоначально приложенное среднее напряжение, вызывающее колебания. Это иллюстрирует

140

рис. 75, на котором показано изменение демпфирующей способности в зависимости от содержания марганца-- при разных приложенных напряжениях. Сплавы были охлаж­ дены с печью из -г-области со скоростью 100° С в час. Демп­ фирующая способность заметно увеличивается при росте приложенной нагрузки: при 7,2 кГ/ммг максимальное зна­ чение-превышает 240%, что гораздо больше тех значений, которые обычно наблюдаются для всякого другого неметал­ лического или металлического материала.

ганцево-медных сплавов, содержащих больше 80% мар­ ганца, связывается с релаксацией напряжений вдоль (101) и (102) плоскостей раздела двойников в тетрагональной структуре [100]. Высокие значения демпфирующей способ- ' ности обнаружены и в сплавах с более низким содержанием марганца после медленного охлаждения, что связано с созда­ нием переходных состояний, в которых атомы у-фазы уже частично перестраиваются в связи с предстоящим образо­ ванием новых фаз.

Металлы и сплавы с высокими механическими свойствами, обладающие способностью гасить колебания,' предложено называть бесшумными металлами — «Hidamet» [105].

Были проведены исследования некоторых сплавов меди

сникелем, меди с марганцем, сплавов на магниевой основе

иразличных тройных сплавов подобного типа [101].

141

(

Среди сплавов, обладающих удовлетворительными свойг ствами, называют никель-кобальтовые сплавы (Нивко-10, содержащий 73% Со, 22% Ni, 1,8% Ті, 1 % Zr), сплавы марганца с медю (70% Мп, 30% Си; 60% Мп, 40% Си), соностон (54% Мп, 4,25% AI, 3% Fe, 1,5,% Ni, остальное Си), нитиноль (50% Мп и 50% Ті), сплавы алюминия с цинком, железо с высоким содержанием углерода (состав не указан), хромистую сталь (12% Cr), чугун со сфероидальным гра­ фитом, магниевые сплавы, прессованные металлические порошки, сплавы свинца, содержащие до 20% РЬ, и др. [106, 107].

Важным результатом применения сплавов с высокой демпфирующей способностью является не только сниже­ ние общего уровня звукового давления, но и уменьшение уровней высокочастотных составляющих в спектре шума. Введение, например, свинца в сплавы меди с марганцем ухудшает сопротивление износу и возможность подвер­ гаться механической обработке, повышает способность сплавов гасить резонансные колебания.

У структурно неоднородных материалов (например, чугун, металлокерамические изделия) или у дисперсионноупрочняемых материалов относительно высокая способ­ ность гасить резонансные колебания может быть отнесена за счет трения и релаксации напряжений вдоль промежуточ­ ных плоскостей. Соответствующим выбором состава и техно­ логии отливки чугуна длительность звучания можно сокра­ тить.

В изделиях из прессованных металлических порошков затухание объясняется уменьшением напряжений по гра­ ницам связей между порошкообразными металлическими частицами.

Исследование температурной зависимости демпфирую­ щей способности указанных выше сплавов показало, что

фикация некоторых металлов и сплавов по демпфирующей способности. В качестве показателя демпфирующей спо­ собности выбраны потери колебательной энергии, опреде­ ленные при касательном напряжении, численно равном 0,1 предела текучести при растяжении с остаточной деформа-

142