Методология комплексного решения задач совершенствования оборудования и технологических процессов лесопильно-деревообрабатывающих производств в направлении снижения шума

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

рессии составлено на основании зависимости напряжения питания электромагнита /Уу1(щ) от напряжения его управления U/(w) (рис. 4, а) и величины боковой силы Q(w) (рис. 3).

В результате выполненной работы получены зависимости для определения параметров системы управления электромагнитной направляющей от величины отклонения круглой пилы. Разработана методика определения этих параметров.

Выявлено, что отклонение круглой пилы диаметром 0,56 м толщиной 0,0022 м в процессе пиления древесины составляет 0-0,0005 м (рис. 2, а), отклонение вызвано действием боковой силы величиной 0-24,4 Н (рис. 2, б). При такой величине боковой силы напряжение датчика отклонения составляет 0-0,5 В (рис. 3). При поступлении на блок управления с датчика отклонения напряжения такой величины напряжение управления реле составляет 3,8-4,0 В (рис.4, б). При этом реле создаст напряжение питания электромагнита величиной 0-3,5 В (рис. 4, а). Такое напряжение питания электромагнита создаст усилие

притяжения величиной 0-24,4 Н (рис. 3), под действием которого пила вернется в исходное до начала отклонения состояние.

Библиографический список

1. Стахиев, Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил / Ю.М. Стахиев. - М.: Лесная пром-сть, 1977. - 267 с.

2. Пат. 94898 Российская Федерация МПК B 27 B13/10. Отжимная электромагнитная направляющая круглой пилы / Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю.; заявитель и патентообладатель Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. - № 2010107641/22 ; заявл. 02.03.2010; опубл. 10.06.2010.

3. Бершадский, А.Л. Расчет режимов резания древесины: учеб. для вузов / А.Л. Бершадский - М.: Лесная пром-сть, 1967. - 173 с.

4. Торопов, А.С. Экспериментальные исследования взаимодействия электромагнитной опоры с диском круглой пилы / А.С. Торопов, Е.С. Шарапов, Е.Ю. Кузнецов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2011. - № 5(81). - С. 122-124.

5. Longxiang Yang. Supercritical speed response of circular saws: A thesis for the degree master of applied science, Department of Mechanical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, 30 of April, 1990.

МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОБОрудОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

процессов лесопильно-деревообрабатывающих производств в направлении снижения шума

Н.Н. ЧЕРЕМНЫХ, проф., зав. каф. начертательной геометрии и маш.черчения УГЛТУ, д-р техн. наук, засл. изобр. РФ

Акустическая составляющая экологической проблемы в лесопильно-деревообрабатывающих производствах продолжает оставаться заметной в отрасли.

Качественный скачок в производстве технологического оборудования, пневмотранспорте, разработке технологических планировок, в строительстве промышленных зданий, в разработке генеральных планов ДОКа или нижнего склада до определенного времени не сопровождались заметным изменением к проблеме шума.

Напомним, что общей тенденцией развития техники в настоящее время и в ближайшем обозримом будущем является создание

ugltungmh@yandex.ru

машин с непрерывно увеличивающимися параметрами. Машины становятся мощнее; скорости, напряжение, давление, температура, при которой они работают, выше. Так, в частности, деревообрабатывающие машины характеризуются высокой производительностью, для достижения которой приходится обеспечивать рабочие скорости 60,80,100 и даже более м/с; а скорости подачи до (100.. .150) м/мин. Применение более прочных материалов, совершенствование методов расчетов на прочность приводит к тому, что масса новых машин на единицу мощности уменьшается, т.е. машины становятся относительно легче.

130

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Это во многих случаях приводит к увеличению амплитуд и частот колебаний машины и ее частей, к более резким изменениям скоростей, давлений воздушных потоков и струй, в конечном итоге - к увеличению механического (вибрационного происхождения) и аэродинамического шумов. Уменьшению шумового загрязнения способствует и повышение степени механизации и автоматизации технологических процессов, а в последние годы - в условиях малых предприятий - и скученность оборудования в тесных производственных объемах.

Тенденцию по снижению допускаемых уровней продемонстрируем со времени реального наступления на шум: с 1971 г. по 1996 г. санитарные нормы ужесточали требования к рабочим местам и рабочим зонам дважды с 90 дБА до 80 дБА ступенями по 5 дБА. Мы должны быть готовы к дальнейшим действиям сангигиенистов, т.к. доказано, что даже шум с уровнем в (40...70) дБА воздействует на вегетативную нервную систему, независимо от субъективного восприятия шума человеком. Привыкание человека к шуму обманчиво, т.к. шум воздействует даже на спящего человека. Считается, что высокие уровни шума снижают производительность труда на 15-20 %. В нашей отрасли, где производительность труда определяется производительностью станка, агрегата, реального снижения производительности труда практически нет (человек вынужден успевать за станком).

Общеизвестно, что основной метод снижения шума - максимальное уменьшение его в источнике образования (местах генерации). Одним из ярких примеров такого эффекта мы считаем замену механической клепки в машиностроении гидравлической. В нашей отрасли можно привести пример замены фрезерования элементов шиповых соединений в мебельном, столярно-строительном и др. производствах бесшумным безотходным способом торцового прессования путем вдавливания в торцы заготовок пуансона с профилем, соответствующим форме прямоугольных шипов и проушин [1].

Реальное снижение шума в местах генерации даже если бы удалось предсказать теоретически какие-то новые виды резания

- скоростное сжатие в замкнутом - полузамкнутом пространстве, беспилочное резание при высоких пропилах, отработка режимов лазерного резания для массива древесины и т.д. - более консервативный путь внедрения, чем рассматриваемые ниже предложения, т.к. это зачастую связано с большими изменениями, к примеру, в инструментальном хозяйстве.

Возрастающие требования к качеству оборудования и технологиям по шумовому фактору предопределяют необходимость рассмотрения на современном уровне знаний всего комплекса вопросов, снижающих эффективность работ по шумобезопасности в отрасли.

Практические возможности современного технического уровня оборудования и производственного помещения во многих случаях не могут обеспечить соблюдение санитарно-гигиенических норм для всех рабочих мест и рабочих зон. Поэтому по аналогии с другими отраслями промышленности, другими случаями шумных помещений с интенсивными источниками шума, решение задачи борьбы с шумом следует искать в рациональном компромиссе между совокупностью противоречивых требований.

Задача проектирования оптимального комплекса сложна даже в упрощенной постановке, когда учитываются хотя бы две характеристики: акустическая эффективность и, к примеру, усложнение конструкции. Хотя, впрочем, в отличие, например, от самолетов и судов, у нас прямо не просматривается некоторый верхний предел, определяемый экономической рентабельностью постройки и эксплуатации воздушного или морского судна с учетом дополнительного веса и уменьшения полезных объемов. Можно лишь отметить некоторые общие закономерности, которые необходимо принимать во внимание при выборе рационального варианта.

Использование скрытых резервов методов звукоизоляции (локализации) и звукопоглощения в отрасли, как в конструировании оборудования, так и рационализации конструкции помещения, во многих случаях один из основных и рациональных методов в технически обоснованной борьбе с шумом на производстве. Эта тенденция продолжает просматриваться и в последние десятилетия, когда исследователи и конструкторы во всем мире, в принципе, про-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2013

131

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

шли весь цикл комплексных решений от мест генерации шума до рабочих зон и селитебных территорий [2]. Применительно к нашему оборудованию это укрытие рабочих зон, встроенные звукоизолирующие ограждения.

Отметим, что идея (направление в конструировании) - дать оградительным и предохранительным устройствам режущих инструментов и рабочих зон шумозащитные функции - начала разрабатываться нами с момента широкого внедрения в условиях действующего производства откидывающегося кожуха для рабочей зоны пилы станка ЦА-2 [3], а подтверждение новизны предлагаемых решений зафиксировано с 1972 г. в изобретениях по а/с № № 404619, 406736, 439390, 482288, 484990, 484996, 852552, 981099, 1036531, 1384380.

Отсутствие внимания к оградительным устройствам - термин, не характерный как для наших производств, так и, к примеру, для текстильной и пищевой промышленности [4]. В лесопильно-деревообрабатывающих произ-

водствах этими вопросами постоянно занимались ЦНИИМОД, Вологодское ГКБД и другие организации; регулярно выпускались альбомы рабочих чертежей на рекомендуемые оградительные устройства и приспособления. Однако вопросы шумозащиты, шумопонижения там десятилетиями не просматривались. Что касается попутно цитируемой нами работы [4], то в ней на основе анализа 1200 наименований этих устройств на различных видах оборудования и состояния проектирования ограждений в 20 проектно-конструкторских организациях ни слова не сказано о необходимости сочетания оградительных и шумозащитных требований.

Реальные сдвиги в изменении отношения отечественных разработчиков оборудования произошли после сообщения автора данной работы 17.06.1975 г. на заседании секции НТС Минстанкопрома с участием потребителей по вопросу «Снижение шума деревообрабатывающего оборудования». Наши 10 позиций для находящегося в эксплуатации и 12 позиций для вновь разрабатываемого оборудования вошли в приказ 126/31 - 3 от 8.03.76 г. по Минстанкопрому «О развитии работ по дальнейшему снижению уровня шума деревообрабатывающего оборудования».

Примеры реализации так называемых «встроенных» звукоизолирующих ограждений ВНИИДМАШа в ряде станков строгальной группы видим уже в работах [5,6,7].

Напомним разработчикам и производителям оборудования требования к шумопонижающим устройствам, сформированные нами и проверенные многолетней практикой.

- Легкость конструкции. Это требование ставит своей целью заметно не увеличивать вес станка или агрегата.

- Удобство обслуживания. Обеспечение этого требования не будет снижать технологические возможности машин.

- Быстросъемность. С учетом этого требования шумопонижающая конструкция должна легко откидываться, сдвигаться, убираться, а также фиксироваться в откинутом или поднятом положении. Это обеспечивается при широком применении телескопических пружинных или воздушных упоров, откидных болтов, шарниров, фиксаторов, гаек-барашков, магнитных фиксаторов и т.д.

- Обеспечение долговечности в отношении сохранения герметичности. Это требование служит целям обеспечения звукоизоляции, т.е. акустической надежности и долговечности звукоизолирующей конструкции. Напомним, что в общем случае надежность - свойство машины, устройства, конструкции выполнять заданные функции при сохранении своих эксплуатационных показателей на заданном уровне в течение определенного промежутка времени. В отношении рассматриваемого нами оборудования акустическая надежность - свойство работать с требуемыми величинами виброакустических характеристик в течение заданного промежутка времени.

- Рационально спроектированное шумопонижающее устройство, да и весь станок (агрегат) в целом, должны обладать равнонадеж-ностью акустической и физической, т.е. к концу срока эксплуатации последних должны быть одновременно достигнуты как пределы прочности, текучести, выносливости, предельные износы элементов кинематических пар, так и предельные величины акустических характеристик.

- Обеспечение беспрепятственного удаления опила, стружки и кусковых отходов из

132

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

зоны резания при сохранности звукопоглощающего слоя (слой не должен забиваться опилками, засмаливаться и не разрушаться под действием «пескоструйного эффекта» опилок, а также действия кусковых отходов при ручном и автоматическом, т.е. пневмотранспорте, удалении их).

- Универсальность применения. Здесь, прежде всего, будем иметь в виду работу на разных обрабатываемых заготовках, а также отсутствие ограничений по температурным показателям.

- Отсутствие усложнения и удорожания эксплуатации; ремонтопригодность (заметим, что по причине отсутствия ремонтопригодности тонкие плоские серповидные ножи ВНИИДрева, принимающие при закреплении винтообразную форму, внедренные нами на фуговальном станке, были демонтированы вместе с ножевым валом через 5 смен работы).

- Отсутствие снижения качества продукции и производительности труда работающих.

- Невысокая начальная стоимость шумопонижающего решения. Она обуславливается экономической целесообразностью обес-шумливания.

- Максимальное сохранение основной конструкции машины. Оно позволяет проводить модернизацию с целью улучшения шумовых характеристик машины как в условиях эксплуатации, так и на этапе создания новой.

Практически все вышеприведенные решения направлены на совершенствование зоны рабочих инструментов.

Создать полностью герметичные зоны резания (с полосовыми, круглыми пилами, фрезами, ножевыми валами) не представляется возможным из-за требований обеспечения прохода заготовок через рабочую зону. Снятие шумодиаграмм в вертикальной плоскости подачи заготовок показывает, что на оси подачи уровни звука выше на (5.. .6) дБА, чем в других точках на периметре снятия; превышение же спектральных уровней (особенно у лесорам в высокочастотной области) достигает 10 дБ. По этой причине на входе-выходе заготовок шумозагушающие каналы должны представлять активные (диссипативные) глушители, в которых основная роль в глушении шума принадлежит звукопоглощающему слою [2].

Основные требования, изложенные выше, дополним особенностями работы и требованиями к глушителям на вход-выход заготовок (технологические отверстия):

- эффективность в средне- и высокочастотной областях нормируемого спектра должна быть не менее (6.10)дБ;

- часть сечения канала при рабочем ходе занята бревном, брусом или доской различных размеров;

- перед подачей заготовки (в первую очередь бревна в лесопильную раму или фрезернопильный агрегат) в вальцы возможен поворот ее вокруг своей оси;

- возможен частичный возврат заготовок назад;

- должна быть обеспечена защита звукопоглощающего материала от возможных механических повреждений при прохождении материала;

- каналы-глушители должны быть быстрооткидывающимися или легкосъемными;

- размер глушителя по длине должен быть ограничен.

Библиографический список

1. Рублева, О.А. Формирование элементов шиповых соединений безотходным способом торцового прессования заготовок из древесины: дис. ... канд. техн. наук /

О.А. Рублева. - Екатеринбург, УГЛТУ 2011. - 16 с.

2. Черемных, Н.Н. Совершенствование оборудования и технологий в лесопильно-деревообрабатывающих производствах с целью улучшения шумовых характеристик: дис. ... докт. техн. наук / Н.Н. Черемных. - Воронеж, ВГЛТА, 1999. - 36 с.

3. Чижевский, М.П. Уменьшение шума при работе станка ЦА-2 / М.П. Чижевский, Н.Н. Черемных // Деревообр. пром-сть. - 1970. - № 9. - С. 24-25.

4. Зимин, О.И. Совершенствование оградительных устройств на оборудовании текстильной и пищевой промышленности / О.И. Зимин, Л.В. Виноградова // Сб. ВНИИОТ «Улучшение условий и охраны труда», 1987. - С. 62-66.

5. Слободник, М.А. Снижение шума деревообрабатывающих станков: информационно-руководящий материал / М.А. Слободник. - ВНИИДМАШ-НИ-ИМА111. 1979. - 44 с.

6. Слободник, М.А. Звукоизоляция деревообрабатывающих станков (обзор) / М.А. Слободник. - ВНИ-ПИЭИлеспром, 1981. - 40 с.

7. Черемных, Н.Н. Устройства для снижения шума на деревообрабатывающих предприятиях / Н.Н. Черемных, М.А. Слободник., Е.С. Прессер // Лесная пром-сть. - 1986. - 152 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

133