УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ШУМА И ВИБРАЦИИ ОТ ДИСКОВЫХ ПИЛ
DISC SAW NOISE AND VIBRATION KILLER

Изобретение относится к техническим средствам снижения шума и вибрации от пильных дисков круглопильных станков, применяемых в лесной и деревообрабатывающей промышленности. Помимо этого оно может быть использовано в станках с круглыми пилами для распиловки металла, камня, и др. материалов.
Известно устройство в виде демпфирующей прокладки в форме диска с отверстием по центру, выполненное из металла или полимерных материалов, размещаемой между пильным диском и зажимным фланцем круглопильного станка (Соколов Г.А. Борьба с шумом в деревообрабатывающей промышленности. Издательство «Лесная промышленность», 1974 г., 144).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что недостатками такого технического решения является низкая демпфирующая способность и, как следствие, незначительный эффект по снижению шума и вибрации, что обусловлено диссипацией колебательной энергии за счет вязкоупругого трения в материале прокладки, диаметр которой должен быть при этом не менее 2/3 диаметра пильного диска. Последнее обстоятельство ограничивает размер пропила обрабатываемого материала.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для снижения шума и вибрации от дисковых пил, включающее установленный на валу в зажимных фланцах пильный диск, к полотну которого хотя бы с одной стороны прижато вибропоглощающее покрытие круглой формы, выполненное композитным из чередующихся металлических и неметаллических вибропоглощающих материалов, различных по толщине, отличающееся тем, что толщина вибропоглощающего покрытия составляет 10-500% от толщины пильного диска, а радиусы вибропоглощающего покрытия и пильного диска различаются по меньшей мере на глубину пропила (патент РФ на изобретение №2048285, B27B 33/08, 20.11.1995).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве, во-первых, используются прокладки, выходящее за габариты зажимных фланцев, что ограничивает функциональные возможности круглопильного станка по толщине обрабатываемых пиломатериалов (глубине пропила); во-вторых, применение в композитных прокладках вязкоупругих материалов, которые подвергаются значительным периодическим сдвиговым деформациям в зависимости от скорости подачи и усилия подачи обрабатываемого материала, а также скорости вращения пильного диска (скорость вращения 4000÷6000 об/мин), сокращает срок службы прокладок и в конечном итоге может привести к их внезапному разрушению, что недопустимо с позиции обеспечения безопасности технологического процесса; в-третьих, такая конструкция с чередующимися металлическими и вязко-упругими слоями относится к армированным вибродемпфирующим покрытиям, которые, как известно, наиболее эффективны для снижения звуковой вибрации в среднечастотном диапазоне (250÷1000 Гц), однако в спектре шума, излучаемого пильным диском круглопильного станка, доминируют высокочастотные составляющие (1000÷8000 Гц); в-четвертых, в процессе обработки древесины пильный диск сильно нагревается, а как известно вибродемпфирующие свойства вязкоупругих материалов с повышением температуры резко ухудшаются (Иванов Н.И., Никифоров А.С. Основа виброакустики. Учебник для вузов. - СПб.: Политехника, 2000. - 482 с.: ил. ISBN 5-7325-0599-7; Соколов Г.А. Борьба с шумом в деревообрабатывающей промышленности. Издательство «Лесная промышленность», 1974 г., 144; Борьба с шумом на производстве: Справочник / Е.Я.Юдин, Л.А.Борисов, И.В.Горенштейн и др. Под общ. ред. Е.Я.Юдина. - М.: Машиностроение, 1985. - 400 с., ил.)
Изобретение решает задачу повышения эффективности демпфирования колебаний пильного диска без ограничения вариативного изменения глубины пропила обрабатываемого материала.
Это достигается тем, что в устройстве для снижения шума и вибрации от дисковых пил, включающем по меньшей мере два вибропоглощающих демпфера круглой формы с центральным отверстием под вал, прижатых по меньшей мере к одной поверхности пильного диска зажимным фланцем, согласно изобретению демпферы выполнены в виде основы с односторонне или двусторонне нанесенными адгезионным способом на ее поверхность мелкодисперсными частицами в виде минеральных абразивных частиц и обращены мелкодисперсными частицами друг к другу, а диаметра вибропоглощающего демпфера не превышает диаметр зажимного фланца. Дисперсность минеральных абразивных частиц составляет 180÷250 мкм. Толщина вибропоглощающего демпфера составляет 8-100% от толщины пильного диска. Основа вибропоглощающего демпфера выполнена бумажной или тканевой.
Σ
Σ
Σ
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено устройство для снижения шума и вибрации от дисковых пил; на фиг.2 изображена зависимость изменения суммарного коэффициента потерь (η) от частоты (f, Гц), основы демпфера (тканевая) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм); на фиг.3 изображена зависимость изменения суммарного коэффициента потерь (η) от частоты (f, Гц), основы демпфера (бумажная) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм); на фиг.4 изображена зависимость снижения уровня звукового давления (L, дБ) от частоты (f, Гц), основы демпфера (тканевая) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм); на фиг.5  изображена зависимость снижения уровня звукового давления (L, дБ) от частоты (f, Гц), основы демпфера (бумажная) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм); на фиг.6  изображена зависимость изменения суммарного коэффициента потерь (η) на частоте 1000 Гц от температуры (Т, C°).
Предлагаемое устройство состоит по меньшей мере из двух вибропоглощающих демпферов 1, с отверстием под вал 2, прижатых по меньшей мере к одной поверхности пильного диска 3 фланцем 4 и выполненных в виде основы 1а с односторонним или двусторонним нанесением адгезионным способом на ее поверхность мелкодисперсных частиц 1б в виде минеральных абразивных частиц, дисперсность которых должна быть в диапазоне 180÷250 мкм, что подтверждается экспериментальными данными, представленными на фиг.2, 3, 4, 5. Конструктивно демпферы выполняются обращенными друг к другу мелкодисперсными частицами, причем частицы наносятся адгезионным способом на основу. Суммарная толщина демпфера выбирается оптимальной, с точки зрения своих вибропоглощающих свойств, и может составлять 8÷100% от толщины пильного диска.
Наиболее шумным технологическим процессом обработки древесины является процесс резания. Во время контакта пильного диска с обрабатываемой поверхностью древесины возникает вибрация режущего инструмента, передаваемая через шпиндельный вал на корпус станка и его детали, генерирующая излучение шума в окружающее пространство. В результате в прижатых к поверхности пильного диска вибропоглощающих демпферах происходит рассеивание вибрационной энергии за счет сухого трения, возникающего между мелкодисперсными частицами. Фрикционная площадь поверхности увеличивается в несколько раз за счет взаимного проникновения мелкодисперсных частиц демпферов, что позволяет повысить их акустическую эффективность, при этом ограничить их размер до диаметра зажимного фланца.
Σ
Круглопильные станки относятся к наиболее шумному оборудованию, используемому в деревообрабатывающей промышленности. Уровень шума (на рабочем ходу) достигает 110÷115 дБ (А). Наиболее интенсивным излучателем шума является пильный диск на рабочем ходу станка. Поэтому существующие конструктивные решения направлены, в первую очередь, на снижение шума в доминирующем источнике его возникновения, а именно, от пильного диска. По спектральной характеристике излучаемый шум - высокочастотный (доминирующее значение уровней звукового давления L, дБ находится в диапазоне частот f>1000 Гц). Интенсивное шумоизлучение от пильного диска связанно с возникающей в нем звуковой вибрацией. Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить эффективность снижения шума от пильного диска, при этом не ограничивая размер пропила в обрабатываемом материале. Это достигается за счет увеличения фрикционной площади поверхности в результате взаимного проникновения мелкодисперсных частиц демпферов, а рассеивание вибрационной энергии происходит за счет сухого трения, возникающего между ними. Помимо этого, вибропоглощающие свойства предлагаемого устройства с повышением температуры не ухудшаются, а несколько повышаются, что видно из анализа фиг.6. Это обстоятельство имеет важное значение для демпфирования, так как пильный диск сильно разогревается в процессе обработки материалов. Вибропоглощающие демпферы с сухим трением обладают наибольшей виброакустической способностью в высокочастотном диапазоне, что наиболее предпочтительно для демпфирования вибрации пильного диска, в спектре шума которого преобладает высокочастотная составляющая (фиг.2, 3, 4, 5). Из фиг.2, 3, где 1 - стержень, 2 - ст. + 1 слой 710 мкм, 3 - 710 мкм, 4 - 355 мкм, 5 - 255 мкм, 6 - 180 мкм, 7 - 150 мкм, 8 - 105 мкм, 9 - 46 мкм, 10 - 10 мкм, видно, что суммарный коэффициент потерь увеличивается с увеличением частоты. Также суммарный коэффициент потерь зависит от размера мелкодисперсных частиц, вида основы и достигает своего максимального значения при размере частиц 180 мкм на тканевой и 250 мкм на бумажной основе. Экспериментальные данные получены методом составных стержней Оберста. Следуя данной методике, измерялся суммарный коэффициент потерь (η) несущего стержня и варьируемых материалов демпфера, наносимых клеевой фиксацией). Из анализа графических зависимостей на фиг.4, 5, видно, что в результате использования предлагаемого устройства снижение уровня звукового давления достигает своих максимальных значений на частотах с 1000 Гц до 8000 Гц, что подтверждает акустическую эффективность покрытий в высокочастотном диапазоне. Также видно, что наибольшее снижение уровня звукового давления во всем частотном диапазоне происходит при определенном размере частиц: 180 мкм на тканевой основе и 250 мкм на бумажной основе.