CC BY
7
This work is devoted to the development of a technique that allows narrowing the set of Pareto-optimal solutions (Pareto set) of a two-criteria optimization problem. The problem of two-criteria optimization is considered. Methods for finding the Pareto set of a two-criteria optimization problem are studied: the geometric method and the comparison method. Pareto-optimal solutions are found on the basis of binary relations between vector estimates. Based on expert assessments, namely on the basis of additional information about the importance (priority) of the criteria, a method for narrowing the Pareto set has been developed. For this, the criteria of the two-criteria optimization problem are transformed based on the importance of the criteria and the properties of invariant binary relations. The result of applying the developed technique is to obtain a new Pareto set of the original optimization problem, the size of which is less than the size of the old Pareto set. In the future, the developed technique can be used to solve problems of two-criteria optimization in practice, and also serve as a theoretical basis for solving problems of multi-criteria optimization.
Key words: two-criteria optimization, Pareto-optimal solution, narrowing of the Pareto set, binary relation, expert judgment, importance of criteria.
Le Van Huyen, postgraduate, [email protected], Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,
Chernenkaya Liudmila Vasilievna, doctor of technical science, professor, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
УДК 629.4.02+06
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-77-78
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА НА РАБОЧИХ МЕСТАХ СТАНОЧНИКОВ РЕЗЬБООБРАБАТЫВАЮЩИХ И ШЛИЦЕФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
А.Е. Набоков
Представлены результаты экспериментальных исследований закономерностей спектрального состава акустических характеристик и выявление частичных диапазонов, в которых активные уровни звукового давления превышают санитарные нормы на рабочих местах резьбообрабатывающих и шли-цефрезерных станков, создаваемых ими на участках машиностроительных предприятий.
Ключевые слова: резьбообрабатывающие станки, шлицефрезерные станки, спектры шума, санитарные нормы.
Процесс фрезерования наружных и внутренних резьб широко применятся в машиностроительном производстве. Анализ литературных источников [1-14], посвященных изучению опасных и вредных производственных факторов, оказывающих влияние на работников на участках станочников, показал, что основное негативное воздействие на здоровье оказывает шум и вибрации, превышающие санитарные нормы.
При обработке различных заготовок минимальные уровни звука на рабочих местах станочников составили: 78 - 83 дБА у станков моделей 5991; 80 - 84 дБА у станков моделей 5994; 83 - 88 дБА у станков моделей 5993 и 5Б63; 85 - 89 дБА у станка модели 5Б65; 82 - 88 дБА у станка модели 5Б64; 86 -92 дБА у шлицефрезерного станка модели 5350А; 86 - 90 дБА у резьботокарного станка 1622.
Объект и методы исследования. Экспериментальные исследования проводились в условиях реальной эксплуатации станков на предприятиях ПАО «Роствертол», РЭРЗ - филиал ОАО «Желдоррем-маш» и включали следующие этапы:
1. Специальная оценка условий труда, цель которой заключалась в выявление опасных и вредных производственных факторов, превышающих предельно-допустимые величины.
2. Анализ закономерностей спектрального состава акустических характеристик и выявление частичных диапазонов, в которых активные уровни звукового давления превышают санитарные нормы, а также величины этих превышений.
Экспериментальные испытания проводились с применением следующей аппаратуры: измерительные комплексы «0КТАВА-110А», «0КТАВА-101ВМ» и «Ассистент» Научно-производственного центра «Охрана труда» ОНИИЦ Научно-исследовательской части ФГБОУ ВО «Ростовский государственный университет путей сообщения», который аккредитован в государственной системе Росаккреди-тации на проведение подобных измерений.
Анализ спектров шума для всех вышеуказанных станков выполнен для условий холостого хода станка и наиболее шумоактивного режима реализации технологического процесса. Следует отметить, что теоретически рассчитанные данные в разнице уровней звука при максимальных и минимальных скоростях вращения больше, чем экспериментальные. В частности, у станка 5991 теоретическое значение составляет Al = 10 lg 500 / 90 = 7 дБА, у станка 5994 Al = 10 lg 90 /16 = 7,5 дБА.
Результаты измерений активных уровней звукового давления приведены на рис. 1 - 10. У станков моделей 5991 (рис. 1) и 5994 (рис. 2) уровни звукового давления холостого хода ниже санитарных норм во всем нормированном диапазоне частот.
L, дБ
110
100
90
80
70
----
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 f, Гц
Рис. 1. Спектры шума на рабочем месте станочника станка модели 5991:1 - холостой ход;
2 - рабочий режим; 3 - предельно-допустимые значения
Уровни звукового давления при реализации технологического процесса выше санитарных норм шума в интервале 500-8000 Гц, в частности, в пятой октаве на 3 дБ, в шестой на 5 дБ, в седьмой на 5 дБ, в восьмой на 2 дБ.
У станка модели 5994 (рис. 2) уровни звукового давления на холостом ходу также ниже предельно допустимых значений в нормируемом частотном диапазоне.
L, дБ 110
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 f, Гц
Рис. 2. Спектры шума на рабочем месте станочника станка модели 5994:1 - холостой ход;
2 - рабочий режим; 3 - предельно-допустимые значения
Уровни звукового давления при нарезании резьбы выше, чем у станка модели 5991, несмотря на то что частота вращения режущего инструмента существенно ниже. Объясняется этот факт следующими обстоятельствами. Мощность привода главного движения практически в два раза больше, поэтому и сила резания значительно больше. Причем не только вследствие мощности привода, но ещё и потому, что с увеличением частоты вращения сила резания уменьшается. Следует отметить также расширение активного диапазона спектра шума, т.к. превышение уровней звукового давления начинается с четвертой октавы и составляет 3 дБ. В пятой - девятой октавах уровни звукового давления выше предельно-допустимых на 5, 7, 5, 3 и 3 дБ (соответственно).
Станок модели 5993 оснащен шестиступенчатой коробкой скоростей, звуковое излучение которой создает повышенные уровни звукового давления на холостом ходу (рис. 3) в широкой полосе частот 250 - 8000 Гц.
и ДБ
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ь Гц
Рис. 3. Спектры шума на рабочем месте станочника станка модели 5993:1 - холостой ход;
2 - рабочий режим; 3 - предельно-допустимые значения
Величины превышений составляют 3 дБ в четвертой октаве, 4 дБ в пятой и шестой, 2 дБ - в седьмой. В восьмой октаве уровень звукового давления холостого хода находится на предельно-допустимом значении. Звуковое излучение заготовок и режущего инструмента увеличивает уровни звукового давления на рабочих местах станочников на 5 дБ в интервале 500 - 8000 Гц. Таким образом величины превышений уровней звукового давления над санитарными нормами составляет 8 дБ в пятой октаве, 9 дБ в шестой, 7 дБ в седьмой, 4 дБ - в восьмой и 4 дБ в девятой.
Станки моделей 5Б63, 5Б64, 5Б65 имеют развитый зубчатый привод, в котором изменение частот вращения достигается за счёт сменных зубчатых колёс. При идентичной кинематической структуре эти станки существенно различаются по скоростным и силовым характеристикам. Наиболее высокоскоростным является станок 5Б63, максимальная частота вращения режущего инструмента составляет 2500 об/мин. Уровни звукового давления на рабочих местах операторов превышают санитарные нормы в диапазоне частот 500 - 8000 Гц (рис. 4).
и, ДБ
110
Рис. 4. Спектры шума станка модели 5Б63:1 - спектр шума рабочего режима; 2 - спектр шума холостого хода; 3 - спектр шума бабки станка; 4- предельно-допустимые значения
Величины превышений составляют 5 - 7 дБ, что фактически определяется звуковым излучением фрезерной бабки. Уровни звукового давления бабки станка ниже санитарных норм и не оказывают влияние на акустические характеристики на рабочих местах станочников. Акустической воздействие при реализации технологического процесса проявляется в увеличении уровней звукового давления (в сравнении с акустическими характеристиками при холостом режиме работы) на 3 - 4 дБ в области средних и высоких частот 500 - 8000 Гц.
Уровни холостого хода станка модели 5Б64 существенно ниже, чем у 5Б63 и превышают санитарные нормы фактически только в четвертой октаве на 3 дБ, 6 дБ в пятой октаве и 4 дБ в шестой октаве (рис. 5)
и ДБ
110
100
90
80
70
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ь Гц
Рис. 5. Спектры шума станка модели 5Б64:1 - спектр шума рабочего режима; 2 - спектр шума холостого хода; 3 - спектр шума бабки станка; 4- предельно-допустимые значения
Объясняется этот факт тем, что частота вращения шпинделя режущего инструмента в 2,5 раза меньше, чем у станка 5Б63 (теоретическое значение уменьшения уровня шума составляет 4 дБ, что достаточно точно соответствует экспериментальным данным). Уровни звукового давления при обработке деталей выше на 3 - 4 дБ (чем у станка 5Б63), превышают санитарные нормы в четвертой - восьмой октавах на 4 - 10 дБ. Этот факт объясняется тем, что мощность привода станка в 3,4 раза больше, что соответственно, приводит к увеличению сил резания при фрезеровании резьбы.
Наименее скоростным и, следовательно, наименее шумным на холостом режиме работы является станок 5Б65, частота вращения фрезы которого составляет 300 об/мин (теоретическое значение уменьшения уровня шума составляет 2 дБ). Уровни шума холостого хода (рис. 6) превышают санитарные нормы на 2 - 4 дБ в интервале 500 - 8000 Гц.
и, ДБ
110
Рис. 6. Спектры шума станка модели 5Б65: 1 - спектр шума рабочего режима; 2 - спектр шума холостого хода; 3 - спектр шума бабки станка; 4- предельно-допустимые значения
Следует отметить, что по уровням звукового давления этот станок является наиболее шумным, вследствие большей (в сравнении с другими резьбофрезерными станками) мощностью привода (11 кВт).
Превышения уровней звукового давления составляет 6 дБ в четвертой октаве, 12 дБ - в пятой, 10 дБ - в шестой, 11 дБ - в седьмой, 10 дБ - в восьмой и 7 дБ - в девятой. Следует также отметить, значительное увеличение уровней звукового давления при обработке резьб (в сравнении с холостым режимом), достигающее 7 - 9 дБ.
Закономерности формирования спектров шума при нарезании длинных резьб по специальном резьботокарном станке 1622 приведены на рис. 8 - 10.
Вследствие низких частот вращения уровни звукового давления при холостом режиме ниже санитарных норм (рис. 7).
L, дБ
110 i-1-1-1-1-1-1-1-
105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55
\
\ •ч S
..... --' ....
__ — i ---
31,5
63
125
250
500
1000 2000 4000 8000 f, Гц
2 —
3
Рис. 7. Спектры шума станка: 1 - рабочий режим при нарезании резьбы М20*300;
2 - предельно-допустимые уровни; 3 - холостой режим
При нарезании резьбы характер спектра шума существенно изменяется и приобретает средне и высокочастотный характер. Превышение уровней звукового давления зафиксировано в пятой - девятой октавах. Минимальное значение превышения наблюдается в пятой октаве - 2 дБ, что в принципе сравнимо с погрешностью проведения измерений в производственном помещении. В шестой октаве уровень звукового давления превышен на 7 дБ, в седьмой на 12 дБ, в восьмой на 12 дБ и девятой на 13 дБ. Следует отметить, что для данных условий нарезания резьбы наблюдается более равномерное распределение интенсивности звукового излучения в области частот 1000 - 8000 Гц, чем при фрезеровании резьб.
При нарезании резьбы М 50*400 уровни звукового давления на 2 - 2,5 дБ выше, чем в предыдущем случае (рис. 8).
и дБ
110
100
90
80
70
60
31,5
63
125
250
500 1 —
1000 2
2000
4000 f, Гц
8000
Рис. 8. Спектры шума при нарезании резьбы М50*400:1 - рабочий режим при нарезании резьбы
М20*300; 2 - предельно-допустимые уровни
Превышения уровней звукового давления составляют: 3 дБ в пятой октаве, 9 дБ в шестой, 14 дБ в седьмой, восьмой и девятой.
При нарезании резьбы М85*1600 уровни звукового давления достигают значений 88 дБ (рис.
9).
В этом случае превышения уровней звукового давления составляют: 7 дБ в пятой октаве, 12 дБ в шестой, 14 дБ - в седьмой, 15 дБ - в восьмой и 16 дБ в девятой.
Следует отметить, что влияние диаметры и длины обрабатываемых на станке 1622 заготовок на интенсивность звукового излучения в значительной степени соответствует условиям токарной обработки проходными резцами.
^ дБ 110
100
90
80
70
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 --1 норм — -- 1 I Гц
Рис. 9. Спектры шума при нарезании резьбы М85*1600:1 - рабочий режим при нарезании резьбы
М85*1600; 2 - предельно-допустимые уровни
Аналогичные результаты получены для условий фрезерования шлицов на длинных заготовках
(рис. 10).
и, ДБ
110
100 90 80 70
60 1-1-1-1-1-1-1-1-
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ъ Гц
Рис. 10. Спектры шума при фрезеровании шлицов: 1 - длиной 1600 мм; 2 - длиной 800 мм; 3 - предельно-допустимые уровни звукового давления; 4 - спектр шума холостого хода
ли дБ
20
15
10
0
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ъ Гц
5
Рис. 11. Превышение уровней звукового давления станка 5350А: 1 - длина 800 мм; 2 - длина 1600 мм
82
Аналогично станка 5Б63 уровни звукового давления холостого хода станка модели 5350 А превышают предельно-допустимые значения на 2 - 3 дБ в шестой - седьмой октавах, что и создается звуковым излучение фрезерной бабки. Для реализации технологического процесса фрезерования шлицов превышение уровней звукового давления достигает 13 дБ на заготовках длиной 800 мм и 17 дБ у заготовок длиной 1600 мм (рис. 3.11).
Разница в уровнях звукового давления, обусловленная длинами заготовок, аналогична вышеописанным закономерностям.
Выводы:
1. Основными источниками шума, создающими превышения над санитарными нормами являются у станков моделей 5991 - обрабатываемые заготовки и узлы фрезерования.
2. У станков моделей 5993, 5Б63, 5Б64, 5Б65 в формировании повышенных уровней звукового давления участвуют: в области средних частот фрезерные бабки, в области высоких частот заготовки и узлы фрезерования.
3. Аналогичные источники создают повышенные уровни звукового давления на рабочих местах станочников шлицефрезерных станков.
4. Повышенные уровни звукового давления при нарезании резьбы на резьботокарных станках создаются системой «заготовка-резец».
5. Установленные данные фактически определяют способы снижения шума на рабочих местах станочников.
Список литературы
1. Чукарин А.Н. Теория и метода акустических расчетов и проектирования технологических машин для механической обработки. Ростов н/Д, Издательский центр ДГТУ, 2004. 152 с.
2. Яицков И.А., Финоченко Т.А., Чукарин А.Н. Идентификация производственных факторов, влияющих на условия труда работников локомотивных бригад тепловозов и мотовозов // Инженерный вестник Дона. 2017. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n4y2017/4438.
3. Yaitskov I.A., Chukarin A.N., Finotchenko T.A. Theoretical research of noise and vibration spectra in cabins of locomotive and diesel shunting locomotive // International journal of applied engineering research. 2017. V. 12. № 21. Р. 10724 - 10730.
4. Яицков И.А. Теоретическое исследование воздушной составляющей шума силовых установок транспортных машин // Интернет-журнал «Науковедение». 2017. Т. 9. № 6.
5. Яицков И.А., Чукарин А.Н. Экспериментальные исследования шума на рабочих местах локомотивных бригад тепловозов // Вестник РГУПС. 2018. № 3. Р. 37 - 45.
6. Finochenko, T., Yizkov, I, Dergacheva, L.: Risk Management in Transportation Safety System. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science Volume 2, с. 144-145 (2021). doi:10.1088/1755-1315/666/2/022050
7. Borisova, А.^, Finochenko, T.A., Finochenko, VA.: The Use of the Expert Method in Solving the Issues of Choosing the Instrumentation of the Procedure for Controlling Production Factors. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science; IOP Publishing ([Bristol, UK], England), Volume 666 № 2, 2021, doi:10.1088/1755-1315/666/2/ 022022.
8. Бондаренко В.А. Теоретическое исследование спектров вибрации и шума рельс при движении мостовых кранов // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №3 (2016).
9. Козлюк А.С., Финоченко В.А. Эмпирические исследования виброакустических воздействий на операторов выправочно-подбивочных машин // Инженерно-строительный вестник Прикаспия: научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань: ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2019. № 4 (30). С. 104-107.
10. The estimation coefficient of the vibration transmission to the engines' support structures / В.Э. Фролов, Т.А. Финоченко, И.А. Яицков // AKUSTIKA, ISSN 1801-9064, Studio D - Akustika s.r.o., Ceské Budejovice, 2021, VOLUME 39. P. 129-133. DOI: 10.36336/akustika 202139127.
11. Фролов В.Э. Экспериментальные исследования шума и вибрации на участках обкатки двигателей внутреннего сгорания и тяговых электродвигателей машиностроительных предприятий / Фролов
B.Э., Яицков И.А. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 3.
C. 271-278.
12. Фролов, В.Э. Теоретическое исследование шума на участках обкатки двигателей / Фролов В.Э., Яицков И.А., Финоченко Т.А. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 10. С. 111-115.
13. Фролов В.Э. Условия труда операторов участков обкатки двигателей / В.Э. Фролов, Т.А. Финоченко, И.А. Яицков // В сб. научных трудов "Актуальные проблемы и перспективы развития транспорта, промышленности и экономики России" (ТрансПромЭк-2020), РГУПС, Ростов н/Д, 2020. С. 243246.
14. Theoretical research studies of regularities formation of acoustic characteristics for threading and spline shaft milling machine / А.Е. Набоков, И.А. Яицков, А.Н. Чукарин // AKUSTIKA, Studio D - Akustika s.r.o., Ceské Budejovice, 2021, VOLUME 41. P. 189-194. DOI: 10.36336/akustika 202141189.
Набоков Александр Евгеньевич, старший преподаватель, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
EXPERIMENTAL STUDIES OF NOISE AT THE WORKPLACES OF MACHINE WORKERS OF THREADING
AND SLOT MILLING MACHINES
A.E. Nabokov
The results of experimental studies of the regularities of the spectral composition of acoustic characteristics and the identification ofpartial ranges in which the active levels of sound pressure exceed the sanitary standards at the workplaces of thread-cutting and slot-milling machines, created by them at the sites of machinebuilding enterprises, are presented.
Key words: threading machines, slot milling machines, noise spectra, sanitary standards.
Nabokov Alexander Evgenievich, senior lecturer, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-84-85
РОЛЬ СОВРЕМЕННЫХ СИММУЛЯЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ
ПРОЦЕССЕ
А.М. Лященко, Д.В. Глазунов, П.В. Губарев, А.Д. Глазунова
В статье рассмотрены тренажерные комплексы по управлению различных видов транспорта: подвижным составом, одноковшовым гидравлическим экскаватором с ковшом типа «обратная лопата», маломерным судом, авиалайнером, получившие широкое распространение, как в нашей стране, так и за рубежом. Рассмотрен медицинский тренажер для развития хирургических навыков при проведении эндоскопических операций. Приведены преимущества и недостатки тренажерных комплексов. Проведен сравнительный анализ тренажерных комплексов и компьютерных программ, в результате чего определено, что приобретение, обслуживание и ремонт тренажёров требуют выделения дополнительных помещений и вложения существенных финансовых затрат, к тому же в рамках учебного занятия каждому студенту или специалисту в группе, невозможно полноценно освоить тренажёр. Поэтому внедрение симуляционных компьютерных программ в электронный образовательный процесс транспортных университетов является важным.
Ключевые слова: симуляционная программа, тренажерный комплекс, компьютерная программа, транспорт, подвижной состав, экскаватор, маломерное судно, авиалайнер.
В соответствии с Законом об образовании №273-Ф3 от 29.12.2012 года (статья 85) сказано, что реализация образовательных программ в области подготовки специалистов железнодорожного транспорта, включает в себя теоретическую, тренажёрную и практическую подготовку по эксплуатации объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств [1]. А также, по мнению работодателей ОАО «РЖД», результатом обучения в вузе должно быть не усвоение выпускниками определённого набора теоретических знаний, а подготовка их к успешному выходу на рынок труда, для чего знания как таковые должны сочетаться с практическим опытом, навыками поведения в профессиональной среде и соответствующими поведенческими установками и компетенциями.
Поэтому внедрение в учебный процесс симуляционных программ и тренажеров является одним из приоритетных направлений, решающих многочисленные дефекты в теоретической и практической подготовке студентов транспортных вузов.
Тренажёрные комплексы получили широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. Проведем обзор симуляционных кроссплатформенных технологий и программ, используемых в образовании. Современные симуляционные комплексы представлены на рисунке 1.
В Самарском научно-производственном центре «СПЕКТР» разработан отечественный высокотехнологичный полномасштабный универсальный тренажёрный комплекс для профессиональной подготовки машинистов поездных и маневровых локомотивов (рис. 1, а), который позволяет воспроизводить «среду», максимально приближенную к реальным условиям эксплуатации. На тренажёрном комплексе отрабатываются рациональные и энергосберегающие режимы вождения поездов, навыки поведения в нештатных ситуациях, после чего присуждается и подтверждается классность машиниста-студента или слушателей курсов повышения квалификации [2, 3].
