книги из ГПНТБ / Борьба с шумом в черной металлургии

управления устанавливают в положение «выключено», а тумблеры 7\ и Т3 в положение «включено». При этом пост) - пает питание на катушку электромагнита КЭМ, приводя­ щего в действие штифты отсекателя установки, и происхо­ дит подача шара. На панели загорается лампа Л2, сигна­ лизирующая о наличии напряжения на катушке электро­ магнита и готовности установки к работе. При переводе тумблера Тх в положение «выключено» прекращается пита­ ние электромагнита, штифты отсекателя установки пере­ мещаются, шар падает и одновременно происходит дистан­ ционный пуск двигателя самописца / .

Вызванный ударом шара по пластине звук воспринима­ ется микрофоном М, преобразуется в напряжение, посту­ пающее на вход шумомера •?, используемого в качестве предварительного усилителя. С шумомера усиленный сиг­ нал поступает на третьоктавный анализатор спектра 2, с помощью которого осуществляется последовательный ана­

уровни звукового давления. Запись производится на диаг­ раммной бумаге с магниевым покрытием БМП типа А. Авто­ матическая запись спектрограмм производится при мини­ мальной скорости пера 50 мм/сек. В этом случае незави­ симо от частоты настройки и ширины полосы пропускания анализатора время интегрирования выходной цепи будет превышать время интегрирования фильтра и мгновенные спектры будут усредняться [43].

Для регистрации скорости затухания звука, излучае­ мого пластиной, тумблер Т3 переводят в положение «выклю­ чено», а тумблеры 7\ и Т2 — в положение «включено». При выключении тумблера 7\ происходит удар шара по плас­ тине и осуществляется дистанционный пуск двигателя само­ писца. Усиленный сигнал с шумомера поступает непосред­ ственно на вход самописца, скорость движения бумаги которого подбирается таким образом, чтобы наклон записи спада уровня звука составлял угол около 45°.

С помощью звукового генератора 5 типа ЗГ-Ю произво­ дится калибровка измерительного тракта в следующем порядке:

1) тумблер Тз переводят в положение «выключено». При' переводе тумблера Тг в положение «включено» на вход шу­ момера и, соответственно, вход самописца подают синусои­ дальный сигнал частотой 1000 гц;

2) регулировкой величины входного напряжения зву­ кового генератора добиваются такого уровня сигнала, что­ бы игла самописца установилась на максимальном делении визуальной шкалы;

3) суммируя показания индикатора и аттенюатора шумомера, определяют уровень тест-сигнала.

Уровень звукового давления исследуемого сигнала оп­ ределяют прибавлением к значению записанного уровня постоянной величины, численно равной разности между уровнем тест-сигнала и верхним пределом функциональ­ ного делителя самописца.

Трансформатор Тр (220/127 в) предназначен для питания катушки электромагнита КЭМ и лампы Лх освещения шкал в установке. Включение освещения осуществляется тумб­ лером Тъ.

ЗВУКОИЗЛУЧЕНИЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ Ж Е Л Е З А

Несмотря на то что рациональный выбор металла для изготовления отдельных элементов предопределяет пара­ метры шума широко распространенных механизмов (редук­ торы, подшипники, двигатели внутреннего сгорания и др.), исследования звукоизлучения чугунов и сталей, наиболее широко применяемых при конструировании, не проводи­ лись. Данные о влиянии выбора металлов и сплавов для из­ готовления отдельных деталей на шум механизмов носят случайный .характер и сводятся к замене стали другими металлами, часто менее прочными и дорогостоящими.

Исследование звукоизлучения сплавов на основе железа позволяет глубже проникнуть в механизм звукоизлучения не только сплавов железа, но и других металлов и, тем самым, расширить знания об акустических свойствах метал­ лов и сплавов.

С целью выявления влияния на параметры звукоизлу­ чения каждого легирующего элемента в отдельности были подвергнуты исследованию двойные сплавы железа.

Для исключения влияния на результаты исследования факторов, не связанных с изменением содержания вводи­ мого в железо элемента, соблюдались следующие условия: геометрические размеры образцов одинаковы (50x50X4 мм; отклонение не более + 0,05 мм); класс чистоты поверх­ ностей пластин одинаков (Ѵ?); усадочные раковины, внут­ ренние трещины в исследуемых образцах отсутствуют;

164

содержание прочих элементов невелико (для каждой системы их количество оговаривается); режимы испытаний (сила удара, условия окружающей среды, способ крепления об­ разцов) идентичны [27].

В процессе исследования с помощью самописца элект­ рических колебаний типа Н-110 регистрировались уровни звукового давления в фиксированных однотретьоктавных полосах и скорость затухания звуковых колебаний плас­ тин при возбуждении их механическим импульсом (ударом). Продолжительность звучания металлических образцов по­ зволяет использовать обычную шумометрическую аппара­ туру.

Для более полной оценки влияния состава сплавов железа на характеристики звука спектр его разделен на низкочастотный (до 350 гц), среднечастотный (350—800 гц) и высокочастотный (выше 800 гц) диапазоны. В каждом диапазоне номографическим методом [43] определены сум­ марные уровни звукового давления [СУЗД]. Полученные данные сопоставлены с изменением известных физических и механических свойств (плотности, модуля нормальной упругости, твердости, внутреннего трения) исследуемых сплавов при варьировании состава.

Сплавы железа с углеродом и кремнием. Содержание уг­ лерода в исследованных сплавах железо — углерод изме­ нялось в пределах 0,21—3,96%; содержание кремния в сплавах железо — кремний изменялось в пределах 0,86— 5,82%; содержание углерода в сплавах железо — углерод— кремний (Si = 1,9 — 2,1%) изменялось в пределах 0,5— 3,87%; содержание кремния в сплавах железо — углерод —

с пластинчатой и шаровидной формой графитовых включе­

и железо — кремний изменяются в-пределах 78—113 дб.

. В диапазоне низких частот СУЗД сплавов железо — уг­ лерод изменяются в пределах 81—91 дб. Максимальный СУЗД (91 дб) соответствует сплаву, содержащему 3,96% С.

163

Увеличение содержания углерода способствует росту СУЗД низкочастотного диапазона спектра.

В зависимости от концентрации углерода в двойных сплавах железо — углерод СУЗД среднечастотного диапа­ зона спектра изменяется в пределах 78т—84 дб.

Величина уровней звукового давления в среднечастотиом диапазоне спектра в значительной мере определяется мас­ сой колебательной системы.

Сопоставление характера изменения СУЗД с изменением массы пластин и плотности сплавов при повышении кон­ центрации углерода показывает, что уменьшение плотности

пределения уровней звукового давления в полосах частот показывает, что максимальная звуковая энергия для спла­ вов с концентрацией углерода до 3% излучается в диапа­ зоне высоких частот. Увеличение концентрации углерода (больше 3%) вызывает перераспределение звуковой энер­ гии: СУЗД низкочастотного диапазона спектра превышают СУЗД диапазона высоких частот на 2—4 дб.

В зависимости от концентрации углерода в двойных' сплавах железо — углерод скорость затухания звуковых колебаний изменяется от 120 до 200 дб/сек. Скорость зату­ хания звуковых колебаний сплавов, содержащих 0,21— 0,87% С, изменяется в пределах 120—140 дб!сек. При даль­ нейшем увеличении содержания углерода наблюдается зна­ чительный рост скорости затухания колебаний. Для спла­ вов, содержащих больше 2% С, это объясняется появлением новой фазы — графита. Пластинчатый графит вызывает возникновение пиков напряжения в микрообъемах матриц, примыкающих к острым концам пластинок графита, по­ этому даже в области незначительных упругих деформаций напряжения в микрообъемах матрицы вызывают значи­ тельные микропластические деформации [41].'

Характер изменения СУЗД сплавов железо — кремний аналогичен сплавам железо — углерод. Максимальная зву­ ковая энергия зарегистрирована для этих сплавов в диа­ пазоне высоких частот. При изменении концентрации крем­ ния в сплавах СУЗД высокочастотного диапазона изменя­ ются в пределах 102—113 об, среднечастотного' — 81—84 дб и низкочастотного — 78—94 дб.

166

Скорость затухания звуковых колебаний двойных спла­ вов железо — кремний (0,86—5,82% Si) изменяется в преде­ лах 140—215 дб/сек. Увеличение содержания кремния (боль­ ше 0,86%) повышает твердость, предел прочности и ухуд­ шает пластические свойства сплавов железо — кремний. Снижение пластических свойств вызывает значительные неупругие деформации по границам отдельных зерен, спо­

ных сплавов изменяются от 80 до 104 дб. При этом зарегистри­ ровано некоторое понижение СУЗД при увеличении содер­ жания углерода.

Величины СУЗД высокочастотного диапазона спектра в зависимости от концентрации углерода изменяются в пре­ делах 85—116 дб. Максимальная величина уровня зареги­ стрирована для сплава, содержащего минимальное коли­ чество углерода, дальнейшее повышение концентрации которого вызывает снижение СУЗД.

У исследованных сплавов в интервале концентраций 0,5—2,88% С максимальная звуковая энергия излучается в диапазоне высоких частот. Дальнейшее увеличение кон­ центрации углерода способствует смещению максимума

167

в низко- и среднечастотный диапазоны, что объясняется относительно высокой демпфирующей способностью этих сплавов.

Распределение звуковой энергии по частотным диапа­ зонам дает возможность проанализировать влияние состав­ ляющих частотного спектра на общий уровень звукового давления. Уменьшение общего уровня звукового давления сплавов железо — углерод — кремний при содержании углерода до 2,88% вызвано снижением уровня высокочас­ тотных составляющих, так как СУЗД средне- и низкочас­ тотного диапазонов меньше величины высокочастотных уровней на 11—22 дб.

При содержании в сплавах углерода в пределах 2,88— 3,2% СУЗД в диапазонах частот почти равны, а при даль­ нейшем увеличении концентрации углерода СУЗД низко­ частотного диапазона превысили уровни диапазона высо­ ких частот на 2—3 дб.

При содержании углерода в сплавах железо—угле­ род— кремний в пределах 2,6—2,8% величины СУЗД во всей области звуковых частот меняются в пределах 75—

шем увеличении содержания кремния суммарные уровни

увеличивается от 140 до 330 дбісек.

Механизм влияния углерода и кремния на скорость затухания звуковых колебаний описанных ранее сплавов имеет одинаковую природу: при увеличении содержания углерода и кремния возрастает количество пластинчатого графита, который способствует росту скорости затухания звука.

Скорость затухания звуковых колебаний сплавов с шаро­ видным графитом и ферритной металлической основой изме­ няется от 140 до 160 дб/сек при содержании углерода в пре­ делах 2,1—3,65%. Подобное влияние углерода наблюда­ ется также и у сплавов с перлитной металлической основой,

168

у которых скорость затухания изменяется в пределах 128—140 дбісек.

Некоторое повышение скорости затухания звуковых колебаний сплавов с высоким содержанием углерода можно объяснить увеличением количества графита. Форма гра­

160,019 43,55

170,012 59,92

С п л а в ы ж е л е з о— х р о м . Согласно теорети­ ческим расчетам, на значения звуковой мощности в диапа­ зоне высоких частот существенное влияние оказывает вели­ чина внутреннего трения. При этом влияние его возрастает с повышением частоты. На рис. 79 представлены построен­ ные по результатам вычислений на ЭВМ «Минск-2» кривые

169

уровней звуковой мощности в зависимости от частоты для сплавов № 6 (3,17% Cr), № 10 (14,96% Cr) и № 11 (18,99% Cr). Максимальные уровни мощности звука спла­ вов № 6 и 10 сосредоточены в высокочастотном диапазоне спектра. Сопоставление кри­ вых, полученных расчетным путем, показывает, что с уве-

личением внутреннего трения происходит снижение уров­ ней звуковсти мощности в собственной, а также приле­ гающих к ней полосах частот. Так, по сравнению с уров­ нями звуковой мощности-сплава № 6, величина внутрен­ него трения которого Q - 1 = 2,12 • Ю - 4 , .уровни звуковой мощности сплавов № 10 ( Q - 1 = 10,6 • Ю - 4 ) и № 11 ( Q - 1 ='23,2 • Ю - 4 ) в собственной полосе частот снижаются соответственно на 4 и 6 о б .

170

На рис. 80 представлены кривые уровней звукового давления в полосах частот, построенные по результатам экспериментального исследования пластин из сплавов № 6, 10 и 11. При этом по оси абсцисс отложена безразмер­ ная частота т- Экспериментальные данные подтверждают выводы, сделанные на основании теоретических предпо­ сылок. При относительно большой величине внутреннего трения уменьшение уровней звукового давления в диапа­ зоне высоких частот происходит в такой мере, что макси­ мум излучаемой энергии сосредоточен на низких .и средних частотах. Такое явление наблюдается, в частности, для сплава № 11.

с ударником, несмотря на то что начальная скорость удара мала и составляет 0,14 м/сек. Согласно приведенным ранее данным, контактные явления оказывают влияние на уровни звукового давления, проявляющееся в снижении послед­ них в диапазоне средних частот. Из выражения (ЮЗ) была определена продолжительность контакта шара с пласти­ нами, изготовленными из двойных сплавов железо — хром, а затем — частоты, начиная с которых проявляется влияние местного смятия на уровень звукового давления. Резуль­ таты расчетов показывают, что влияние контактных явле­ ний на уровни звукового давления проявляется и в диа­ пазоне низких частот-для сплавов, отличающихся низкой твердостью и относительно невысоким пределом текучести.

171

для сплавор железо — хром наблюдаются в области а-фазы. В непосредственной близости от границы с двухфазной об­ ластью а + а уровни звукового давления резко снижаются,

уровней звукового давления. Этого не происходит, оче­

так как не были созданы условия (продолжительная вы­ держка в соответствующем интервале температур) для ее образования. В микроструктуре сплава № 16, содержа­ щего 43,55% хрома, а-фаза не обнаружена.

Характер изменения СУЗД высокочастотного диапазона спектра аналогичен характеру изменения уровней звуко­ вого давления в фазовых областях диаграммы состояния двойных сплавов железо — хром. В зависимости от кон­ центрации хрома в двойных сплавах железо — хром ско­ рость затухания звука изменяется в пределах 21,6—90дбІсек.

Зависимость продолжительности звучания, скорости затухания звука и внутреннего трения от состава сплавов железо—хром графически показана на рис. 82. Присадки до 0,85% Cr снижают скорость затухания звука. При даль­ нейшем повышении концентрации хрома скорость затуха­ ния звука последовательно возрастает, обнаруживая ясно выраженный максимум (90 дбісек) при концентрации 18,99% Сг (сплав № 11). У сплавов, содержащих больше 18,99% Cr, скорость затухания звука по мере увеличения

172