Устройство для снижения шума от дисковых пил

Устройство 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 № 2 048 285, 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 4000ч6000 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 (250ч1000 Гц), однако в спектре шума, излучаемого пильным диском круглопильного станка, доминируют высокочастотные составляющие (1000ч8000 Гц); в-четвертых, в процессе обработки древесины пильный диск сильно нагревается, а как известно вибродемпфирующие свойства вязкоупругих материалов с повышением температуры резко ухудшаются. 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 180ч250 мкм. Толщина вибропоглощающего демпфера составляет 8−100% от толщины пильного диска. Основа вибропоглощающего демпфера выполнена бумажной или тканевой.

На рис. 6 изображено устройство для снижения шума и вибрации от дисковых пил. 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 180ч250 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 8ч100% от толщины пильного диска.

Рис. 6. Устройство для снижения шума и вибрации от дисковых пил. 1 — вибропоглощающий демпфер; 2 — отверстие под вал; 3 — поверхность пильного диска; 4- фланец.

На рис. 7 изображена зависимость изменения суммарного коэффициента потерь () от частоты (f, Гц), основы демпфера (тканевая) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм).

Рис. 7. Зависимость изменения изменения суммарного коэффициента потерь от частоты, основы демпфера (тканевая) и размера частиц минерального абразивного материала.

На рис. 8 изображена зависимость изменения суммарного коэффициента потерь () от частоты (f, Гц), основы демпфера (бумажная) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм).

Рис. 8. Зависимость изменения суммарного коэффициента потерь от частоты, основы демпфера (бумажная) и размера частиц минерального абразивного материала.

На рис. 9 изображена зависимость снижения уровня звукового давления (L, дБ) от частоты (f, Гц), основы демпфера (тканевая) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм).

Рис. 9. Зависимость снижения уровня звукового давления от частоты, основы демпфера (тканевая) и размера частиц минерального абразивного материала.

На рис. 10 изображена зависимость снижения уровня звукового давления (L, дБ) от частоты (f, Гц), основы демпфера (бумажная) и размера частиц минерального абразивного материала (d, мкм).

Рис. 10. Зависимость снижения уровня звукового давления от частоты, основы демпфера (бумажная) и размера частиц минерального абразивного материала.

На рис. 11 изображена зависимость изменения суммарного коэффициента потерь () на частоте 1000 Гц от температуры (Т, C°).

Рис. 11. Зависимость изменения суммарного коэффициента потерь на частоте 1000 Гц от температуры.

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.

Круглопильные станки относятся к наиболее шумному оборудованию, используемому в деревообрабатывающей промышленности. Уровень шума (на рабочем ходу) достигает 110ч115 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 связано 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 рис. 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 () 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[15].