Совершенствование оборудования и технологических процессов при плазменной обработке металлов с целью снижения акустических загрязнений

• Автор: Пыкин, Юрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 296 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АКУСТИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ И СПЕЦИФИКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА ПЛАЗМОТРОНОВ
1.1. Перспективы использования и область применения плазменного оборудования в технологии обработки металлов
1.2. Причины возникновения и основные источники акустических загрязнений в «Системе человек-машина»
1.3. Медико-биологическая оценка акустических загрязнений при использовании плазменных технологий и их влияние на организм человека
1.4. Анализ методов исследований и путей борьбы с акустическими загрязнениями при плазменной обработке металлов
1.5. Постановка задачи исследования
2. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ШУМА
ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
2.1. Методологический подход к исследованию аэродинамического шума плазменного оборудования. Требования к комплексу экспериментальных методов исследования
2.2. Методы исследования акустических характеристик плазменного оборудования в «Системе человек-машина»
2.2.1. Метод исследования акустических характеристик плазменного оборудования в режиме реального процесса
2.2.2. Метод исследования резонансных акустических явлений в условиях диффузного звукового поля
2.2.3. Метод исследования характеристик направленности излучения АШ плазмотрона в условиях свободного звукового поля
2.2.4. Метод исследования и сравнительной оценки эффективности защитных устройств в режиме реального процесса
2.3. Метод разделения источников аэродинамического шума
в «Системе плазмотрон-материал» и определение их энергетического соотношения

2.4. Медико-биологическая оценка воздействия спектральных
характеристик аэродинамического шума при плазменной обработке
металлов
Выводы по главе
3.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ШУМА ПЛАЗМОТРОНА
3.1. Основные источники аэродинамического шума струи плазмотрона, природа возникновения и распространения звуковых колебаний
3.2. Физическая модель генерации звука и расчет акустических характеристик плазмотрона в нормируемом диапазоне слышимых частот
3.3. Физическая модель генерации звука и расчет акустических характеристик плазмотронов в нормируемом диапазоне ультразвуковых частот
3.4. Экспериментальная проверка основных теоретических положений и методов расчета акустических характеристик аэродинамического шума плазмотрона
3.5. Влияние температуры на процесс шумообразования
в плазмотроне
Выводы по главе
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ БОРЬБЫ С АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ШУМОМ ПЛАЗМОТРОНА В ИСТОЧНИКЕ ЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И ПРОВЕРКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ
4.1. Научные основы процесса возникновения и распространения
звука в канале переменного сечения плазмотрона
4.2. Основные направления проектирования газовоздушных трактов плазмотронов
4.3. Проектирование газовоздушного тракта плазмотрона с постоянной площадью проходного сечения
4.4. Проектирование газовоздушного тракта с линейным изменением (уменьшением) площади проходного сечения
4.5. Комбинированная схема проектирования газовоздушного тракта плазмотрона

4.6. Исследование влияния формы и размеров катода на аэродинамический шум плазмотрона
Выводы по главе
5. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ БОРЬБЫ С АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ШУМОМ
ПЛАЗМОТРОНА НА ПУТИ ЕГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ В БЛИЖНЕЙ
ЗОНЕ ИСТОЧНИКА
5.1. Разработка средств снижения аэродинамического шума плазмотрона методом звукопоглощения
5.1.1. Акустическая классификация плазмотронов и методика проектирования звукопоглощающих защитных устройств (ЗПЗУ)
5.1.2. Исследование эффективности звукопоглощающих элементов (ЗПЭл) для плазмотронов прямого действия
5.1.3. Исследование эффективности звукопоглощающих экранов (ЗПЭк) для плазмотронов косвенного действия
5.2. Разработка средств снижения аэродинамического шума плазмотрона методом звукоизоляции
5.3. Исследование влияния положения защитного устройства на спектральные характеристики аэродинамического шума плазмотрона
Выводы по главе
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРЕДЛАГАЕМЫХ
МЕРОПРИЯТИЙ В БОРЬБЕ С АКУСТИЧЕСКИМИ ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ
ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
6.1. Разработка и исследование конструкции плазмотрона с пониженной звуковой мощностью
6.1.1. Исследование влияния конструкции ГВТ на эксплуатационные характеристики плазмотрона
6.1.2. Расчет интенсивности конвективного теплообмена при охлаждении катода. Методика расчета коэффициента теплоотдачи
6.1.3. Сравнительные испытания и исследования стойкости катодов
6.1.4. Пример расчета конструктивных элементов плазмотрона

Круг вопросов, связанных с обеспечением безопасных условий труда в системе «человек-машина» достаточно широк, и в рамках одной работы невозможно охватить все аспекты проектирования. Предлагаемый к рассмотрению материал связан лишь с начальным его этапом, и включает в себя разработку методов экспериментальных исследований акустических характеристик плазмотронов и теоретический анализ генерации шума, что является основой для разработки принципов конструирования плазмотронов и защитных устройств, обеспечивающих снижение шума непосредственно в зоне плазменно-дуговой обработки.
В результате литературного обзора и анализа рассмотренного материала можно заключить, что:
1. Отсутствует общий методический подход в проведении экспериментальных исследований по шуму и его оценке;
2. Не установлены источники и пути распространения шума, отсутствуют закономерности, связывающие технологические, конструктивные и другие параметры системы «плазмотрон-материал» с генерируемым шумом;
3. Отсутствует физическая модель и теоретическое обоснование генерации шума плазмотрона, как наиболее интенсивного источника, действующего в системе «человек-машина»;
4. Отсутствуют принципы проектирования средств снижения шума в источнике — плазмотроне и на пути его распространения;
5. Отсутствуют методы сравнительной оценки предлагаемых технических решений между собой и с действующими нормами.
Основные выводы и задачи дальнейших исследований.
Результаты обзора показывают, что процессы плазменной обработки материалов сопровождаются высокими уровнями шума, а основным источником является аэродинамический шум плазмотрона. Уровни звукового давления в рабочей зоне достигают 110... 125 дБ в функции частоты, что превышает допустимые нормы на 20...25 дБ. Поэтому снижение шума этого оборудования является одной из важнейших задач в улучшении условий труда операторов плазменных установок.
Наблюдается тенденция к увеличению производительности обработки материалов, созданию плазмотронов большой мощности, что является причиной роста аэродинамического шума.