Анализ условий работы и методы снижения акустической активности кузнечно-прессовых машин

Кузнечно-штамповочное производство традиционно считается травмоопасным. Большая энергоемкость кузнечно-прессовых машин и широкий диапазон статических и динамических рабочих нагрузок предопределяют наличие ряда негативных производственных факторов, из которых шумы и вибрации наиболее актуальны. Численные значения указанных факторов значительно превышают санитарные нормы, отрицательно влияют на персонал и увеличивают число профзаболеваний.

В среде кузнечно-штамповочного оборудования присутствует большое разнообразие машин: такие, как молоты, прессы, горизонтально-ковочные машины и ряд других, в которых по различным рабочим силовым воздействиям сочетаются большие диапазоны статической и динамической, импульсной нагрузки. Следствием вышеуказанного является генерация многочисленных шумов механической и аэродинамической природы.

Механические шумы традиционно сопровождают кузнечно-прессовое оборудование. Их источники – узлы и элементы станины кузнечно-прессовых машин, а также зона взаимодействия штампов с заготовкой в процессе совершения рабочего хода. Для повышения безопасности труда достаточно полно разработаны и успешно применяются на производстве меры борьбы с шумами механического происхождения. Наиболее часто для этого используются звукоизолирующие кожухи, звукопоглощающие акустические экраны и вибродемпфирующие покрытия, что позволяет уменьшить уровень механических шумов, возникающий при работе кузнечных молотов и прессов.

Аэродинамические шумы также присутствуют в среде кузнечно-прессовых машин. Их источниками являются различные пневмомеханизмы основного и вспомогательного оборудования, средств механизации и автоматизации. Кроме того, наличие массивных и габаритных деталей станин кузнечно-прессовых машин, взаимодействующих друг с другом с импульсными нагрузками, создает предпосылки для возникновения аэродинамического шума. Дополнительное использование энергии сжатого воздуха для сдувки окалины на молотах и отштампованных деталей, изготовленных на прессовом оборудовании, только усугубляет картину.

Штатные глушители аэродинамического шума, представляющие собой металлокерамические, пористые элементы, используемые в пневмомеханизмах систем управления кузнечно-прессовыми машинами, эффективно работают несколько месяцев. Далее поры акустических элементов закупориваются частицами масла в сжатом воздухе, пылью, окалиной и при возникающем повышенном противодавлении разрушаются, генерируя импульсный шум с уровнем звука 120-126 дБА. Проблема прочности акустического элемента осложняется необходимостью иметь минимальное гидравлическое сопротивление тракта глушителя, т.к. при увеличении последнего возникает аварийный режим работы кузнечно-прессовой машины, а именно сдваивание ходов, что вызывает травмирование обслуживающего персонала.

Анализ аэродинамических шумов, возникающих в кузнечно-прессовых машинах, показал, что это шум свободно истекающих струй при критическом и закритическом отношении давлений в полости истечения к внешней среде. Скорость истекающей струи может быть как большой дозвуковой, так и звуковой. Шум струи обусловлен вихреобразованием за счет перемешивания частиц газа, имеющих большую скорость истечения с частицами неподвижного, окружающего воздуха и создающих турбулентные пульсации давления. Таким образом, при анализе источников аэродинамического шума кузнечно-прессовых машин следует использовать, кроме технической акустики, теорию газовой динамики, которая позволяет более точно определить структуру и поведение струи газа в акустическом тракте глушителя. Указанный подход реализован в разработке гаммы конструкций глушителей аэродинамического шума в кузнечно-прессовых машинах, превосходящих зарубежные аналоги, с высокой эффективностью снижая уровень шума на 20-25 дБА, работая без обслуживания и изменения параметров более 10 лет. Использование указанных глушителей позволяет значительно улучшить акустическую обстановку в кузнечно-прессовых цехах.

При эксплуатации конструкций устройств сдувки отштампованных деталей на прессах или окалины  в кузнечных молотах возникает шум с уровнем 96 дБА. Следует аналогично использовать газодинамический подход, при котором возможно трансформировать газовую струю и использовать в виде насадки для сдувки однокамерный реактивный глушитель с определенным сочетанием параметров на входе и выходе. При этом струя газа разделяется на отдельные струйки, которые, не теряя энергии, сдувают детали, а отсутствие турбулентного взаимодействия между ними обеспечивает снижение аэродинамического шума до 82 дБА, что улучшает акустическую картину в целом. Использование указанной конструкции возможно не только для сдувки деталей в прессовом оборудовании, но и в качестве насадки для смазки штампов и сдувки окалины в кузнечных молотах.

Анализируя шум при работе штамповочных молотов, необходимо отметить следующее. При соударении штампов кузнечных молотов создаются предпосылки для возникновения скачка давления в межштамповом объеме, который в момент удара воспринимается как ударная волна. Шум, создаваемый сжатым воздухом, кратковременный, однако его интенсивность составляет 128-135 дБА и является дополнительным вкладом в общий фон механического шума. Газовая струя при соударении штампов является источником интенсивных турбулентных пульсаций скорости и давления, которые создают аэродинамический шум. Для снижения интенсивности струи необходимо использовать дополнительные канавки на зеркале штампа, которые создают встречные потоки струи газа при соударении штампов, уменьшают давление и скорость струи из межштампового пространства. Использование специального наклонного акустического экрана в зоне межштампового пространства позволяет создать режим многосоплового истечения струи, раздробления ее на мелкие составляющие, тем самым уменьшая аэродинамический шум и снижая общий фон механического шума.

Таким образом, использование предлагаемых конструкций глушителей шума, реактивных насадок для сдувки, а также профилирование штампов, подтвердивших свою эффективность при эксплуатации, позволяют в комплексе значительно улучшить акустическую картину в кузнечном производстве и обеспечить повышение безопасности труда персонала. Указанные мероприятия рекомендуются к широкому внедрению в кузнечных цехах.

Список литературы

1. Заборов В.И., Клячко Л.Н., Росин Г.С. Защита от шума в черной металлургии. –  М.: Металлургия, 1988. – 216с.
2. Иванов Ю.В., Коган М.С. Анализ шумообразования при работе механических прессов и опыт снижения акустической активности пневмомеханизма системы управления // Вестник ИжГТУ. – 2006. –  № 2. – С. 49 – 52.
3. Иванов Ю.В., Крамаренко Р.А., Николаева Г.М. Конструирование устройств для снижения аэродинамического шума в условиях действующего кузнечно-прессового цеха // электронный журнал «Социально-экономические и технические системы» http://www.kampi.ru/sets, –  2006. –  № 9. – 7с.