Снижение внутреннего шума звукоизолирующими кабинами

Шашурин, Александр Евгеньевич

Снижение внутреннего шума звукоизолирующими кабинами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

Шашурин, Александр Евгеньевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.06 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Снижение внутреннего шума звукоизолирующими кабинами»

Автореферат диссертации на тему "Снижение внутреннего шума звукоизолирующими кабинами"

На правах рукописи

0046120*7

ШАШУРИН АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ

СНИЖЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ШУМА ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИМИ КАБИНАМИ (НА ПРИМЕРЕ СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ МАШИН)

01.04.06 - Акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 1 НОЯ 2010

Санкт-Петербург 2010

004612049

Работа выполнена в Балтийском государственном техническом университете «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова.

Научный руководитель:- доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, Иванов Николай Игоревич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Санников Владимир Антонович

кандидат технических наук

Дробаха Марина Николаевна

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ) Российской академии архитектуры и строительных наук, г. Москва.

Защита состоится 18 ноября 2010 г в 15.00 на заседании диссертационного совета Д.212.010.01 в Балтийском государственном техническом университете «Военмех» им. Д.Ф. Устинова по адресу: Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1, ауд. 217.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова.

Автореферат разослан 15 октября 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Дроздова Л.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Защита от повышенного шума - важная экологическая и социальная проблема современной цивилизации. Повышенный шум вызывает разнообразные заболевания, снижает степень комфорта проживания, уменьшает производительность труда на рабочих местах. Защита от шума выполняется в источнике образования, на пути распространения и на рабочем месте. Самой распространенной мерой снижения шума на рабочем месте оператора, водителя и пр. является размещение работающего в защищенное от акустических воздействий замкнутое пространство - звукоизолирующую кабину. Такие устройства шумозащиты нашли широкое распространение, - они устанавливаются на грузовых автомобилях, самолетах, строительно-дорожных машинах (СДМ), тракторах, в цехах и т.д. Звукоизолирующие кабины, в зависимости от конструкции и их расположения, могут снижать уровни акустических воздействий на величину до 25 дБА и обеспечивать на рабочих местах акустический комфорт.

Кабины по назначению можно отнести к двум типам: стационарные кабины управления и наблюдения, располагаемые в цехах и др. рабочих помещениях, и кабины управления, устанавливаемые на транспортных машинах. Кабины первого типа особенно не ограничены в размерах и представляют собой звукоизолированные помещения, кабины второго типа имеют ограничения по размерам и массе. Последние предназначены для размещения, как правило, одного оператора, поэтому представляют собой звукоизолирующие системы небольшого объема (до 2-3 м^Х Такая кабина - комплекс шумозащиты, элементами которого энергия вибрации гасится, а звуковая энергия преобразуется и перераспределяется за счет отражения, поглощения, дифракции и излучения звука. В кабине возникает сложное звуковое поле, природа которого не до конца изучена.

В настоящее время в конструировании СДМ достигнут большой прогресс, для большинства машин шум в кабине находится в диапазоне 70-80 дБА. Эти значения в основном соответствуют принятым в ЕС и нашей стране нормам 80 дБА, но здесь существует явное разночтение. Принятая в нашей стране норма шума для водителей грузовиков составляет 70 дБА, а труд операторов современных СДМ требует не меньшей напряженности, внимания и способности к восприятию звуковых сигналов, что вызывает необходимость также ужесточить требования к акустическим характеристикам данных кабин. Западные фирмы-производители СДМ рассматривают фактор акустического состояния на рабочем месте как объективный показатель конкурентоспособности своей продукции, что подталкивает их к совершенствованию акустических качеств машин, в том числе, и кабин. Все существующие элементы шумовиброзащиты кабин изучены хорошо и успешно применяются на практике,

но сколько-нибудь заметного снижения шума в кабинах СДМ за последние полтора-два десятилетия не наблюдается. Это позволяет полагать, что процессы шумообразования в кабинах малых объёмов недостаточно изучены, что, собственно, и сдерживает прогресс в этой области.

Целью настоящей работы является изучение процессов шумообразования в звукоизолирующих кабинах СДМ и снижение шума на основе научно обоснованных методов анализа и рекомендаций по их усовершенствованию.

Научная новнзна:

1. Предложены новые расчётные схемы, описывающие образование в кабине воздушного шума от пространственно ориентированных источников (линейных, точечных и плоских) звука.

2. Разработаны и экспериментально подтверждены формулы расчётов воздушного шума в кабине, учитывающие звуковую мощность и характер излучения источников, акустические свойства (звукопоглощение, звукоизоляцию) и геометрические размеры кабины и её элементов.

3. Впервые изучены особенности процессов поведения воздушной и структурной компоненты звука в зависимости от виброакустических свойств кабины.

4. Определён и апробирован новый метод экспериментального выделения компонент структурного и воздушного звука, позволяющий сформулировать новые методы оценки и прогнозирования уровня структурного шума.

Практическая полезность:

1. Создано специальное оборудование, предназначенное выполнять выделение вклада воздушного и структурного звуков в акустическое поле кабин СДМ;

2. Разработаны рекомендации по проектированию локальных звукоизолирующих кабин в составе конструкции СДМ;

3. Разработана упрощённая экспериментально-теоретическая методика расчёта шума в звукоизолирующих кабинах СДМ.

Внедрение результатов работы было осуществлено для экскаватора ЭКГ 12 К фирмы «Картекс», Санкт-Петербург.

Апробация: результаты работы доложены на IV школе-семинаре «Новое в теоретической и прикладной акустике» 21 ноября 2007 г. СПб., II Всероссийской научно-практической конференции «Защита населения от повышенного шумового воздействия», 17-19 марта 2009 г. СПб., II Международном конгрессе ELP IT 2009 г., г. Тольятти, 19 сен-

тября 2009 г., конференции ЕШЮШКЕ 2009, 26-28 октября 2009 г., Эдинбург, Шотландия.

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 8 работах; 4 работы выполнены в личном авторстве, доля автора в остальных от 40% до 70% в т.ч. одна работа в журнале по списку ВАК в личном авторстве - статья «Расчёт ожидаемой шумности в кабинах при проектировании строительных машин». Безопасность жизнедеятельности, 2009, № 8, с. 35-40.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- расчётные схемы и формулы расчётов процесса воздушного излучения от пространственно-ориентированных источников разного типа в кабину, с учётом её звукоизоляции, звукопоглощения, геометрических размеров ограждений;

- результаты теоретических исследований:

а) процессов шумообразования в кабине, обусловленных её геометрией, акустическими свойствами элементов ограждения и типом источников звука;

б) идентичности расчётов коэффициентов звукопоглощения по формулам Сэбина и Эйринга;

- результаты экспериментальных исследований:

а) распределения составляющих звукового поля в объёме кабины структурного и воздушного звука; процессов шумообразования; явления резонансности;

б) наличия диффузности звукового поля в кабине на частотах выше 125 Гц;

в) звукоизолирующих свойств элементов ограждения кабины;

г) корреляционного анализа звуковой вибрации и шума в кабине;

- разработанные методики:

а) выделения структурной составляющей специальным шумозащитным устройством;

б) расчёта шума в кабине;

в) прогнозирования звуковой вибрации на основе экспериментально найденного критерия;

- рекомендации по проектированию локальных кабин;

- результаты измерений уровней шума в опытной локальной кабине.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 115 наименований и приложений. Основной материал включает 59 рисунков и 38 таблиц, изложен на 144 страницах. Объём приложений 34 страницы. Приложения содержат материалы по измерению шума и вибрации, определению

акустических характеристик источников шума и акустических свойств кабин, технический акт внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность работы.

В первой главе выполнен обзор состояния вопроса, определены задачи исследования. Исследования проводились на локальных кабинах строительно-дорожных машин. Объекты исследования, объём и характер экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Объемы исследования

Анализ гистограммы распределения уровней звука (УЗ) в кабинах 33 СДМ (рис.1) показал, что УЗ в кабинах находятся в диапазоне 67-81 дБА. Из них УЗ только для 12% ниже или равны 70 дБА, а основное число (64%) машин имеют УЗ в кабинах в пределах 71-76 дБА. За более, чем 15 лет УЗ в кабинах СДМ кардинально не снижались, что и требует про-

Тип и марка машины

Экскаватор 320С

Погрузчик L 90 F

Экскаватор ЭКГ 12 К

Что выполнялось

Исследования процессов шумообразования

Сравнение расчётов с экспериментом

Апробация результатов

ведения дополнительных исследований. Рекомендуется установить в кабинах СДМ норму шума 70 дБА как и в кабинах водителей автомобилей (рис.1).

Рис. 1 Гистограмма раснределения значений УЗ, дБА, в кабинах СДМ и тракторов (выборка по 33 объектам исследования) - данные на 2009 г.

I - малошумные; II - шумные.

Решению вопросов снижения шума на СДМ и тракторах в нашей стране посвятила свои работы большая группа учёных и специалистов: Балакирев В.Я.. Вельбель A.M., Воробьёв П.В., Иванов Н.И., Казаков В.А., Кришневский Б.А., Куклин Д.А., Курцев Г.М., По-варков В.И.. Санников В.А., Тереньтьев A.C., Устинов Ю.Ф., Элькин Ю.И., Трахтенбройт М.А.

Анализ литературных источников показал, что существующие методы прогнозирования воздушного и структурного звука в кабинах обладают рядом недостатков, - корректность применения статистической теории для расчётов шума в кабинах требует уточнения, применяемые методы расчёта шума в кабинах иногда излишне усложнены и не универсальны, характер резонансных явлений до конца не изучен. Особое внимание следует уделить исследованию локальных кабин, в которых достигаются наибольшие снижения шума.

Таким образом, основными задачами исследования являются:

обоснование и составление расчетных схем прохождения звука в локальную кабину от основных излучателей шума (точечных, лилейных, плоских), а также на их основе разработка упрощенных математических моделей, учитывающих геометриче-

ские размеры и акустические свойства кабины, расстояния до источника, характера внутреннего и внешних звуковых полей, акустических свойств кабины.

изучение звукового поля в кабине (причины шумообразования, влияние резо-нансов воздушного объема на шумообразование, степени и границ диффузности звукового поля);

постановка и проведение экспериментов по выделению вклада звуковой вибрации в акустическое поле кабины;

разработка методики расчета шума и звуковой вибрации в локальных звукоизолирующих кабинах и метода прогнозирования вклада звуковой вибрации в кабину;

формулирование практических рекомендации по проектированию кабин СДМ с обоснованием их эффективности.

Во второй главе приводятся данные по расчётам и теоретическим исследованиям шума в кабинах.

Основными допущениями рассматриваемых методов расчёта шума являются: диф-фузность звукового поля, неучёт резонансных явлений, некогерентность источников шума.

Определены и разработаны 4 основные расчётные схемы описания воздушного шума в кабине (таблица 2):

- точечный источник, расположенный в пространстве, полупространстве (четвертьпро-странстве);

- плоский источник, расположенный в пространстве;

- мнимый точечный источник звука, расположенный в полупространстве;

- линейный источник звука, расположенный в пространстве.

Для предложенных схем составляются и формируются формулы расчётов вклада источников в образование воздушного шума в кабинах с учётом: звуковой мощности источников шума или уровней звукового давления (УЗД), звукоизоляции ограждающих конструкций, звукопоглощения в кабинах, геометрических параметров кабины, характера излучения звука источником, положения источника в пространстве, акустических свойств примыкающих к кабине замкнутых объёмов и пр.

Выполнены теоретические исследования шума в кабинах при изменении основных конструктивных параметров и акустических свойств кабины (рис. 2), которые показали:

- при увеличении коэффициента звукопоглощения в кабине в диапазоне его реально достигаемых значений максимальное снижение шума в кабине может составляет бдБ;

- если шум в кабине генерируется плоским излучателем звука, то при увеличении его размеров в 2 раза шум возрастает на 3 дБА;

- если шум в кабине генерируется линейным излучателем звука, то при увеличении его длины в 3 раза, шум в кабине возрастает на 4 дБА;

- увеличение длины линейного излучателя звука в 2 раза создаёт рост шума на ЗдБА.

Таблица 2

Расчётные схемы и формулы расчётов воздушного шум а

№ п/п

Расчётная схема

Обозначение

Примеры на машинах

Формула для расчёта

Т/7777777/Т77777/77777777777777777Т/

1 - точечный источник, 2 - кабина; 3 -

панель кабины; 4 - сферическая звуковая волна.

Выпуск и всасывание две, вентилятор

две

= +пнист - ЗИпт +10£ -

каб

13П

1 - звукоизолирующий капот; 2 - плоский излучатель; 3 -задняя панель кабины; 4 - кабина.

^ = Ц,™- ЗИт + 10^-5^-1018 ^ +

капот ДВС

"10^ агс1%

аЪ

штшшшпшшпшш

1 2'АУ7

///////¡///ш////////////////77д/ 6

1 - капот; 2 - проём в капоте; 3 - кабина; 4 -пол кабины; 5 - опорная отражающая поверхность;

6 - мнимый источник;

7 - путь звука от про-

ёма к полу.

Звук, проходящий через проём в капоте ДВС, отражаясь от земли, попадает в кабину через пол

1 +4(1-^аи)

кап кап

+101§( 1 ■- - ЗИпоя+10^-^-1013^-

Ака6

Таблица 2 (Продолжение)

'ист

7777777777777777777777777777

1 - линейный источник; 2 - панель кабины; 3 - кабина; 4 -звуковая волна.

Рабочий орган

кав

' 10^ агсГ£

2г„.

■~ЗИ +

/ г

«а б

-10^-2

Где: МГцст - уровни звуковой мощности источника, дБ; Щшс - уровни звуковой мощности источника под капотом, дБ; ЗИГШ( - звукоизоляция панели, дБ; ПНИСТ - показатель направленности; апе, - коэффициент звукопоглощения опорной поверхности; г — кратчайшее расстояние между проёмом двигателя и полом (этот параметр берётся для упрощения взамен путей звука, показанных на схеме 3 в таблице 2); 4ш - длина источника звука, м; С, - расстояние от источника шума до ближайшей панели кабины; - коэффициент учитывающий характер звукового поля под капотом; - площадь панели, м2; Ч'кю - коэффициент, показывающий степень приближения звукового поля к диффузному; Атв - эквивалентная площадь звукопоглощения в кабине, м ; Акап — эквивалентная площадь звукопоглощения под капотом, м ;

атп - средний коэффициент звукопоглощения под капотом; ^Каб - расчётные уровни шума в кабине; а, Ь - размеры капота, м; Б,,, - площадь открытого проёма под капотом; ЗИлан - звукоизоляция панели кабины, дБ; ЗИГОЛ - звукоизоляция пола кабины, дБ; го - опорное расстояние, м; к - числовой коэффициент, {к ~ б-10^ ® . для источника в пространстве к=-5дБ, в полупространстве к=-2дБ);

а)

ОД 0,15 0.2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6

б)

В)

дБ

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

\Qigarag'

аЬ

;дБ

■ЮЮ-^ХдБ

ОД 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,^X^,5

Рис. 2. Теоретические исследования шума в кабинах при изменении основных конструк-

тивных параметров и акустических свойств кабины: а - зависимость 10^ """ от коэф-

Либ

фициента звукопоглощения (агаб) в кабине; б - площади панели (8^,,,); в - изменение

КЧ^пгр^ ¿б от линейного размера плоского излучателя; г) - изменение шума

Ш^+а'Ч2'

при росте коэффициента звукопоглощения игаб.

В третьей главе описана методика экспериментальных исследований.

Измерения шума в кабине проводились согласно ГОСТ 27717-88. Коэффициенты звукопоглощения находились по формулам Сэбина и Эйрияга по данным времени реверберации, полученным экспериментально. Определение собственных частот колебаний выполнялось с применением узкополосного анализа спектров шума в кабине, как от искусственного возбуждения колебаний воздушного и структурного звука, так и от работы машины. Анализ равномерности звукового поля в кабине проводился для схемы, указанной на рис. 3.

Рис.3. Расположение точек измерений при исследовании равномерности звукового поля в кабине Выделение вклада структурного звука осуществлялось подавлением воздушного шума разработанным и изготовленным опытным устройством (рис. 4).

Рис. 4. Схема экскаватора с установленной на кабину шумозащитой: 1 - кабина; 2 - опытное шумозащитное устройство; 3 - место установки микрофона 4 -

основание кабины

Для измерений использовалась современная прецизионная виброакустическая аппаратура фирмы «Брюль и Къер» «Puls» и фирмы«Октава+», а обработка результатов выполнялась по стандартным методикам.

В четвёртой главе излагаются результаты экспериментальных исследований акустических свойств кабины и процессов шумообразования в ней.

Выявлено, что шумообразованне в кабине обусловлено сложными процессами к основным из которых можно отнести следующие:

- на частоте вращения вала двигателя (гармоника первого порядка) при закрытых дверях и окнах наблюдаются вынужденные колебания воздушного столба (объема) в кабине (добавка ~ 10 дБ);

- на низких частотах (63-125 Гц) для хорошо виброизолированных кабин процессы звуковой вибрации превалируют (63 Гц) или сопоставимы с вкладом воздушного звука;

- в диапазоне выше 250 Гц в виброизолированных кабинах преобладает вклад воздушного звука от внешних источников;

- для кабин с высокой звукоизоляцией поправка на шум при работе кондиционера достигает 3 дБА, вклад гусеничного движителя - 2 дБА; рабочего режима - 2 дБА.

В результате исследования акустических свойств кабины найдены:

1. Значения коэффициентов звукопоглощения (аМб) для типовых кабин СДМ, равны 0,15-0,2 для низких и средних частот и 0,22-0,24 для высоких(рис. 5). Доказано, что вычисления (а^б) по формулам Сэбина и Эйринга дают одинаковые результаты.

2. Значения звукоизоляции элементов ограждения кабины (рис. 6), которые составляют 19-36 дБ в диапазоне частот 63-8000Гц. Снижение зв>тсоизоляции для отдельных элементов ограждений на средних и высоких частотах обусловлено наличием щелей и неплотностей.

Показано, что акустически герметизированные ограждения имеют практически равномерную звукоизоляцию (±3 дБ);

Полученные данные могут использоваться для прогнозирования шума в кабинах.

«ИкаО.З

0.2

0.1

f, Г|ц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 <

Рис. 5. Усредненные значения коэффициента звукопоглощения а в кабине

1 верхняя панель (стекло); 2 - левая панель (металл); 3 - пол кабины (металл); 4 - левая

панель (тонкое стекло); 5 - правая панель.

Рис.6. Звукоизоляции отдельных элементов ограждения кабины

Исследовались резонансы звука в кабине сопоставлением данных расчетов собственных частот воздушного объёма в кабине (табл. 3) с экспериментальными (рис.7), возбуждением от искусственного источника шума. Установлены резонансы на частотах 100, 216, 273, 324, 442 Гц;

Таблица 3

Расчетная оценка собственных частот воздушного объема в кабине

Кабина

-^{исло полуволн

По длине кабины

По высоте кабины

По ширине кабины

Рис. 7 УЗД в кабиие при работе источника постоянной звуковой мощности

Аналогично сравнивались расчетные значения собственных частот колебаний панелей кабины (табл. 4) и экспериментов с использованием ударного воздействия (рис. 8). Обнаружены резонансные частоты 63, 140, 201, 385,409 Гц.

Таблица 4

Оценка собственных частот переднего и заднего стекол кабним_

- т п ^ 1 2 3

1 121 407 884

2 196 483 960

3 322 609 1086

Уровень виброскорости, дБ

Рис. 8. Частотные характеристики вынужденных колебаний основания кабины

Выполнялись измерения узкополосных спектров (ширина частоты пропускания 1 Гц) шума в кабине при работе двигателя внутреннего сгорания (рис. 9). Получены пики для частот равных или кратных частоте вращения коленчатого вала двигателя. Так, ярко

выражены колебания кабины или воздушного столба на частоте 29 Гц (/ = — = ~ 29

60 60

Гц - первая гармоника) и на частотах 56-57 Гц - вторая гармоника). Однако, наличие чётко выделенных пиков на частотах 227 (224), 454 (453), 680 Гц связано с резонансными колебаниями воздушного объёма кабины.

Рис. 9 УЗД в кабине при работе экскаватора в стояночном режиме

Важнейшими задачами, решаемыми в процессе исследования, являлись вопросы: влияют ли эти резонансы заметно на процесс образования звукового поля в кабине, корректно ли допущение о диффузности звукового поля, положенное в основу разработанных методов расчёта шума в кабинах?

Согласно условию Шредера поле в замкнутом объёме диффузное, если оно равномерно и изотропно. Для определения степени равномерности звукового поля выполнялись две серии экспериментов: измерялись уровни звукового давления и уровни звука при работе двигателя и, для сравнения, при включении искусственного источника звука (ИИЗ) (таблица 5).

Таблица 5

Усредненные данные УЗД н УЗ в кабине и отклонения от средних значений

Усредненные уровни звукового давления и отклонения Усреднен-

Режим (дБ), в октавнмх полосах со среднегеометрическими час- ные УЗ

испытаний тотами, Гц и отклоне-

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 ния, дБА

Искусственный 92 91,5 89 90 93,5 91 96 97 89 102

источник звука ±0,5 ±2,0 ±2 ±2,5 ±3 ±2,0 ±2 ±1 ±1 ±1,5

Имитационный 91,5 82 72 70,5 63 55 53 51,5 50,5 67

режим работы ±1 ±4 ±1,5 ±1,5 ±1 ±1,5 ±1 ±0,5 ±0,2 ±1

Разность - - 0,5 0,5 2 0,5 1 0,5 0,8 -

Анализ экспериментальных данных (таблица 5) позволил установить:

- при работе испытываемой машины в имитационном режиме в диапазоне частот 125-8000 Гц степень неравномерности колеблется от ±(0,2 до 1,5)дБ (УЗ±1дБА).

- разность полученных величин при работе машины и применении ИИЗ на частоте 63 Гц обусловлена заметным вкладом звуковой вибрации на данной среднегеометрической частоте.

Таким образом, доказало, что звуковое поле диффузно, а расчёты с применением статистической теории корректны с частоты 125 Гц.

Выполнена проверка точности предложенных методов расчёта, последовательность расчётов и данные экспериментов приведены в таблице 6.

Таблица 6

Рассчитанные и измеренные УЗД и уровни звука в кабине погрузчика

Источники излучения Уровни звукового давления (дБ) в окгавных полосах частот со среднегеометрическими частотами (Гц)

и каналы проникновения

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

L71 72,5 68,1 65,2 52,1 47,7 43,4 35,1 21,9

1 50,2 49,0 42,4 34,4 30,1 21,8 16,4 -0,7

А>в кап 38,3 51,8 42,4 38,6 31,1 25,3 17,0 9,7

izt^ 58,2 70,9 65,3 62.3 55,9 53,0 47,5 37,7

^-еидргюл 69,8 56.2 53,8 54,0 44,5 40,5 36,9 27,7

ттб ^сум. расчет. 74,5 72,9 68,4 63,3 56,8 53,7 48,1 38,2

ттб сум.жпгрим. 80 74,5 67,2 62,1 58 55,2 47,9 36,7

Разница в полученных значениях на частотах 63 и 125 Гц обусловлена вкладом звуковой вибрации

Выявлено, чю в расчётном диапазоне 125- 8000 Гц, за исключением частоты 63 Гц, отклонение расчётных от экспериментальных данных не превышает ±(1,2-1,5) дБ.

В питой главе изучена звуковая вибрация в кабине.

Получены спектры звуковой вибрации на раме двигателей до и после виброизоляторов кабины, элементов ограждения кабины. Отмечается:

- в спектре вибрации на раме кабины значительных составляющих на низких частотах (например, 64 Гц) не обнаружено, т.е. на этих частотах увеличение УЗД в спектре шума в кабине обусловлено звуковой вибрацией элементов ограждения;

- виброизоляторы кабины обеспечивают высокую эффективность (до 30-40 дБ) в диапазоне 250-1000 Гц, на низких частотах в диапазоне 25-100 Гц наблюдаются провалы,

связанные, вероятно, с процессами резонансов виброизолированной кабины, так как эффективность на отдельных частотах падает до 15 дБ;

Анализ спектров вибрации элементов ограждения кабины в исследуемом диапазоне с допущением ±5 дБ показывает, что вибрация в них распределена равномерно. Следовательно, усреднённый спектр вибрации элементов ограждения кабины можно трактовать как некий критерий вибрации.

С целью выявления доли структурного звука в процессах образования звукового поля в кабине выполнялись эксперименты по одновременному измерению шума в кабине (рис. 10) и спектров звуковой вибрации её элементов ограждения с использованием анализа взаимных спектров и корреляционного анализа (рис. 11).

Рис. 10. Спектральные характеристики шума в кабине (точка 1), вибрации лобового стекла и функция когерентности между этими сигналами.

Рис. ] 1. Взаимные корреляционные функции шума в кабине и вибрации элементов ее ограждения Процессы считаются тесно связанным, если коэффициент корреляции превышает

0,9. В экспериментах же получено значение до 0.6, что говорит об определённом вкладе

звуковой вибрации. Поскольку качественный корреляционный анализ не позволяет провести численное разделение вкладов воздушного и структурного звука, требовалось проведение специального эксперимента.

Так как данные корреляционного анализа указывают на существенное преобладание в кабине составляющей воздушного звука, было создано опытное шумозащитное устройство в виде акустического экрана сложной формы, установленного между основными источниками шума и кабиной, с целью максимального снижения воздушного шума. Эффективность шумозащиты составила 3-8 дБ в средне-низкочастотном диапазоне и от 11 до 17 дБ для высоких частот (рис. 12) при испытаниях искусственным источником звука (ИИЗ).

Рис. 12. Эффективность шумозащиты при испытании искусственным источником шума: При измерениях с работающим двигателем получена разница от 7 до 20 дБ в диапазоне 250-8000 Гц, что говорит о практически отсутствии воздушной компоненты звука при применении шумозащитного устройства. На частоте 31,5 Гц процессы шумообразова-ния определяют колебания всего объема воздушного столба в кабине, а в диапазоне частот 63-125 Гц з<же заметен вклад вибрации. Этот результат полностью подтвердил данные вышеописанных экспериментов. В таблице 7 приведены полученные экспериментально данные разделения вкладов воздушного и структурного звука в кабине. Так, анализируя полученные сведения, можно в целом утверждать, что при УЗ в кабине равном 66 дБА величина структурного звука равна 60 дБА, т.е. вклад воздушного шума в кабине составляет 65 дБА. Таким образом, эксперимент позволил выполнить разделение вкладов воздушного и структурного звука. Учитывая особенности конструктивного исполнения кабин СДМ, можно предполагать, что такое соотношение характерно для большинства типов СДМ (без виброактивных рабочих органов).

Важным для практики расчётов структурного звука в кабине СДМ является соотношение - разность (дБ) между вибрацией кабины (в предположении, что вкладом воздуш-

ного звука можно пренебречь) и генерируемым этой вибрацией шумом. В таблице 7 приведён критерий вибрации элементов ограждения кабины, полученный путём усреднения, а на рис. 13 показаны спектры шума и звуковой вибрации.

Таблица 7

Разделённые вклады воздушного и структурного звука в кабине

Эффективность, дБ в октавных поносах со среднегеометрическими частотами Гц дБА

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Вклад звуковой вибрации 81 70 67 56 45 37 30 31 60

Вклад воздушного шума 76 65 67 62 56 53 51 47 65

Таблица 8

Вибрация элементов ограждения кабины

Уровни виброскоросги, дБ, в октавных полосах со среднегеомет-

рическими частотами Гц

63 125 250 500 1000 2000

86 74 76 64 48 43

ЗД.Д6

85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30

18. }

■ Л :........ :'""!

ч г-"™"— Л

о—. • - -1

* , ......... к \

,'.....;.............-1

ч •• \

_ __ -----¿_-2 ^-- "Щ

—---- 4-:- 4

125

250

500

1000

Г,Гц

2000

Рис. 13.Переходная функция между шумом в кабине и вибрацией элементов.

1 - уровни виброскорости; 2 - УЗД в кабине с установленной шумозащитой.

Данное соотношение дает возможность прогнозировать шум в кабине от звуковой вибрации. Так, вибрации 86 дБ (на частоте 63 Гц) соответствует уровень звукового давления 69 дБ, вибрации 74 дБ (125Гц) - 63 дБ, вибрации 76 дБ (250Гц) - 53дБ и т.д. Такой подход позволяет осуществлять ориентировочную оценку структурного шума в кабине по уровню вибрации её элементов на стадии проектирования, т.к. выбранная для исследования конструкция кабины является по своим акустическим показателям малошумной.

В шестой главе даны результаты апробации исследования.

Основные рекомендации по снижению шума в кабине:

- следует применять локальные кабины, обеспечивающие максимально возможное снижение шума до 66-68 дБА;

-снижение шума ниже 66 дБА требует улучшение виброизоляции кабины, т.к. вклад звуковой вибрации становится сравнимым с вкладом воздушного шума;

-снижение вклада воздушного шума в кабине на 2-3 дБА достигается примененем дополнительного звукопоглощения в кабине;

- мерами по акустической герметизации может быть обеспечено дополнительное снижение УЗД на 3-4 дБ;

- изменением расположения кабины в пространстве по отношению к основному источнику шума максимальное снижение шума в кабиле может составить 3 дБА.

По результатам исследований с учётом предположенных рекомендаций, была спроектирована опытная локальная кабина, в которой проводились измерения шума (рис. 14).

Рис. 14. Спектры шума в кабинах экскаваторов на рабочем режиме: 1 - для серийного экскаватора; 2 - для опытной кабины; 3- рекомендуемая норма

шума в кабине.

По сравнению с серийной кабиной в локальной УЗД на частотах 125-8000 Гц снижены на 6-13 дБ, снижение УЗ составило 7 дБ А. Шум в опытной локальной кабине ниже рекомендуемой нормы (70 дБА).

Разработана методика вычислений воздушной компоненты шума с использованием предложенных расчётных схем, полученных формул и экспериментальных поправок, а также экспериментальных данных по акустическим характеристикам кабины. Определяется вклад звуковой вибрации с использованием полученного критерия вибрации. Далее проводится энергетическое суммирование вкладов воздушного и структурного шума.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Статистический анализ уровней звука в кабинах СДМ (выборка по 33 машинам) вьивил их диапазон 67 - 81 дБА, из них только 12% имеют уровни до 70 дБА, а 64% машин имеют УЗ в кабинах 71-76 дБА. За более чем 15 лет уровни звука в кабинах СДМ кардинально не снижались.

2. Существующая норма шума в кабинах операторов СДМ (80 дБА) должна быть ужесточена до нормативных требований к водителям автомобилей (70 дБА)

3. Разработаны 4 основные расчётные схемы описания воздушного шума:

- точечный источник, расположенный в пространстве, полупространстве или чет-вертьпространстве;

- плоский источник, расположенный в пространстве;

- мнимый точечный источник звука, расположенный в полупространстве;

- линейный источник звука, расположенный в пространстве.

Основные допущения разработанных методов расчёта шума:

- диффузность звукового поля в кабине;

- неучёт резонансных явлений;

- некогерентность источников шума (линейных, точечных или плоских).

4. Разработаны и апробированы формулы расчётов вклада источников в образование воздушного шума в кабинах с учётом: звуковой мощности источников шума (или УЗД), звукоизоляции ограждающих конструкций, звукопоглощения в кабинах, геометрических параметров кабины, характера излучения звука источником, расположения источника в пространстве, акустических свойств примыкающих к кабине замкнутых объёмов и пр.

5. Шумообразование в кабине обусловлено сложными процессами к основным из которых можно отнести следующие:

- вынужденные колебания воздушного объёма кабины (добавка до 10 дБ) наблюдаются на частоте вращения вала двигателя (гармоника первого порядка) при закрытых дверях и окнах;

- в низкочастотном диапазоне 63-125 Гц для хорошо виброизолированных кабин процессы звуковой вибрации превалируют (63 Гц) или сравнимы (125Гц) с вкладом воздушного звука;

- в диапазоне частот более 250 Гц для виброизолированных кабин преобладает вклад воздушного звука от внешних источников;

- для кабин с высокой звукоизоляцией поправка в расчёты на работу кондиционера 3 дБА, гусеничного движителя - 2 дБА; рабочего режима - 2 дБА.

6. Степень равномерности звукового поля в кабине определяется частотой:

- на частоте 31,5 Гц звуковое поле равномерно (поршневые колебания отдельного элемента ограждения);

- на частоте 63 Гц звуковое поле неравномерное и обусловлено разным излучением элементов ограждения кабины вследствие преобладания звуковой вибрации;

-звуковое поле в кабине начиная с частоты 125 Гц диффузное и выполнение расчетов с использованием статистической теории корректно.

7. Выявлены и экспериментально подтверждены основные резонансные частоты воздушного объема кабины 100, 216, 273, 324, 442 Гц и резонансы отдельных элементов ограждения; показано, что, за исключением частоты со среднегеометрическим значением 63 Гц, резонансные явления не сказываются на процессах шумообразования, т.е. использование статистической теории для расчета шума в кабинах правомерно.

8. Сравнение данных расчета шума в кабине серийной машины с экспериментальными показали, что во всем расчетном частотном диапазоне, за исключением 63 Гц, отклонение не превысило ±2 дБ, что говорит о высокой точности предложенных методик.

9. Выделение вкладов воздушного и структурного шума в кабине выполнялась специальной установкой, применением которой удалось снизить вклад воздушного звука в процессы шумообразования в кабине (эффективностью до 7дБА) до минимальных УЗД и УЗ. Это позволило установить, что шуму с УЗ в кабине 66 дБА, соответствует вклад воздушной составляющей 65 дБА, а структурного звука 60 дБА.

10. Экспериментально установлен критерий вибрации (среднее значение колебаний в звуковом диапазоне) элементов ограждения кабины, позволяющий прогнозировать уровень структурного шума в кабине.

10. Применение и рациональное расположение локальной кабины увеличивает её эффективность на 7 дБА (на холостом ходу), по сравнению с серийной.

И. Разработана и апробирована новая экспериментально-теоретическая методика расчёта шума в кабинах СДМ.

12. Разработаны рекомендации, направленные на снижение шума.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1) В изданиях го Перечня ВАК:

1. Шашурин А.Е. Расчёт ожидаемой шумности в кабинах при проектировании строительных машин / Шашурин А.Е. // Безопасность жизнедеятельности, 2009, № 8, М.: Новые технологии, 2009. - с. 35-40.

2) Ирочке публикации:

1. Шашурин А.Е. Акустические свойства кабин / Иванов Н.И., Шашурии А.Е. // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: сборник трудов IV школы-семинара с Международным участием, 21 ноября 2007г., - СПб.: Балтийский государственный технический университет. - 2007. - с. 121-126.

2. Шашурин А.Е. Зависимость шума в кабинах строительно-дорожных машин от режимов работы / Шашурин А.Е. // Защита населения от повышенного шумового воздействия: сборник трудов II Всероссийской научно-практической конференции с Международным участием 17-19 марта 2009 г. - СПб.: с. 597-602.

3. Шашурин А.Е. Расчет ожидаемой шумности в кабинах при проектировании строительных машин / Иванов Н.И., Курцев Г.М., Шашурин А.Е. // Защита населения от повышенного шумового воздействия: сборник трудов II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием 17-19 марта 2009 г. - СПб.: с. 586597.

4. Шашурин А.Е. Экспериментальная оценка связи воздушного звука с вибрацией элементов кабины / Иванов Н.И., Шашурин А.Е. // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: сборник трудов IV школы-семинара с Международным участием, 21 ноября 2007г., - СПб.: Балтийский государственный технический университет. - 2007. - с. 126-132.

5. Шашурин А.Е. Упрощённые расчёты шума в кабинах транспортных машин / Шашурин А.Е. // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно- транспортных комплексов ELPIT 2009: сборник трудов 11-го Международного экологического конгресса, - Тольятти. - 2009г. с. 400- 411.

6. Шашурин А.Е. Расчёты шума в кабинах транспортных машин / Шашурин А.Е. // Мир дорог № IV, 2009 г. - СПб.: с. 37-42.

7. Шашурин А. Е. Анализ шума строительно-дорожных машин: новый метод разделения вклада источников шума / Иванов Н. П., Курцев Г. М, Тюрина Н. В., Минина H.H., Атабекян М.С. // SS-6646, сборник трудов Международной конференции Euronoise 2009 г., 2009г. - Эдинбург, Шотландия, с. 221- 229.

Издательство Балтийского государственного технического университета «Военмех» имени Д. Ф. Устинова. 190005, г. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д. 1. Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Тираж 130 экз. Заказ № 110

Отпечатано в типографии БГТУ. 190005, г. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д. 1.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Шашурин, Александр Евгеньевич

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ 10 ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Краткое описание объектов исследования

1.2 Нормирование шума в кабинах транспортных машин

1.3 Характеристики шума в кабинах СДМ

1.4 Анализ процессов шумообразования в кабинах СДМ

1.5 Обзор методов расчет шума в кабинах

1.6 Снижение шума в кабинах СДМ

1.7 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2 РАСЧЁТ И ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА В КАБИНАХ

2.1 Общее описание процесса образования звукового поля в ка- 33 бинах

2.2 Допущения и границы расчётов

2.3 Описание расчётных схем

2.4 Разработка и описание математических моделей. 37 2.4.1 Расчёт вклада шума от точечного источника в пространстве (полупространство)

2.4.2. Расчёт вклада шума от плоского источника в простран

2.4.4. Расчёт вклада от мнимого источника звука

2.4.5. Расчёт вклада от линейного источника в пространстве 43 2.5. Теоретические исследования процессов шумообразования в кабине

Выводы по главе

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Определение характеристик шума в кабине

3.2 Определение звукопоглощающих свойств кабины

3.3 Определение звукоизолирующих свойств элементов ограждения кабины

3.4 Определение собственных частот колебаний кабины и воздушного объема

3.4.1 Определение собственной частоты колебаний кабины

3.4.2 Определение собственных частот колебаний воздушного объема кабины

3.5 Исследование звуковой вибрации 65 3.5.1. Корреляционный анализ шума в кабине со звуковой вибра

3.5.2. Исследование эффективности виброизоляторов кабины

3.5.3. Измерение уровней вибрации на панелях ограждения кабины

3.6 Определение равномерности звукового поля в кабине 67 3.1 Описание установки и проведение измерений по разделению структурного и воздушного шума в кабине 67 3.7.1. Описание установки 67 3.7.2 Условия измерений 69 3.7.3. Проведение измерений 69 3.8 Измерительная аппаратура 70 3.9. Обработка результатов измерения 71 Выводы по главе '

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПРОЦЕССОВ ШУМООБРАЗОВА

НИЯ В КАБИНАХ

4.1 Общие положения

4.2 Исследования акустических свойств кабины

4.2.1. Сравнительный анализ спектра внешнего шума со спектром шума в кабине

4.2.2. Исследование звукопоглощения в кабине

4.2.3. Звукоизоляция элементов ограждения кабины 80 4.3. Исследования резонансов звука в кабине

4.3.1 Расчетное и экспериментальное определение собственных частот воздушного объема кабины

4.3.2 Определение первых собственных частот колебания панелей кабины

4.3.3 Анализ узкополосных спектров воздушного шума в кабине при работе ДВС

4.4 Исследования характера звукового поля в кабине

4.5. Проверка точности расчётов шума в кабине

4.6. Экспериментальные поправки в расчёты в зависимости от режимов работы

4.6.1 Общие положения

4.6.2 Шум в кабине при различных режимах работы кондиционера

4.6.3 Шум в кабине при передвижении

4.6.4. Изменения шума в кабине при изменении нагрузки

4.6.5 Поправки в расчеты на режимы работы

Выводы по главе

ГЛАВА У ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ВИБРАЦИИ В КАБИ- 105 НЕ

5.1 Общие положения

5.2 Анализ спектров звуковой вибрации

5.3 Корреляционный анализ при одновременных измерениях 108 шума в кабине и вибрации элементов ее ограждения

5.4 Определение эффективности опытного шумозащитного 111 устройства

5.5. Снижение вклада воздушной составляющей в кабине при- 114 менением опытной шумозащиты

5.6. Экспериментальное определение переходной функции ме- 116 жду вкладом звуковой вибрации и шумом в кабине

Выводы по главе

ГЛАВА VI РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ, МЕТОДИКИ РАС- 120 ЧЁТА ШУМА И АПРОБАЦИЯ ЛОКАЛЬНОЙ КАБИНЫ

6.1. Измерения шума в опытной локальной кабине

6.2. Рекомендации по снижению шума в локальной кабине

6.3. Методика и пример расчёта шума в кабине

6.3.1. Методика расчёта

6.3.2. Пример расчёта шума в кабине погрузчика L 90F 125 Выводы по главе

Введение диссертация по физике, на тему "Снижение внутреннего шума звукоизолирующими кабинами"

Защита от повышенного шума - важная экологическая и социальная проблема современной цивилизации. Повышенный шум вызывает разнообразные заболевания, снижает степень комфорта проживания, уменьшает производительность труда на рабочих местах. Защита от шума выполняется в источнике образования, на пути распространения и на рабочем месте. Самой распространенной мерой снижения шума на рабочем месте оператора, водителя и пр. является заключение работающего в защищенное от акустических воздействий замкнутое пространство -звукоизолирующую кабину. Такие устройства шумозащиты нашли широкое распространение; они устанавливаются на грузовых автомобилях, самолетах, строительно-дорожных машинах, тракторах, в цехах и т.д. Звукоизолирущие кабины, в зависимости от конструкции и расположения, могут снижать уровни акустических воздействий на величину до 25 дБА и обеспечивать на рабочих местах акустический комфорт.

Кабины по назначению можно отнести к двум типам: стационарные кабины управления и наблюдения, располагаемые в цехах и др. рабочих помещениях, и кабины управления, устанавливаемые на транспортных машинах. Кабины первого типа не особенно ограничены в размерах и представляют собой звукоизолированные помещения; кабины второго типа имеют ограничения по размерам и массе. Они предназначены для размещения, как правило, одного оператора, поэтому представляют собой звукоизолирующие системы небольшого объема (до 2-3 м^). Для малых кабин характерна меньшая плотность собственных частот колебаний и большая неоднородность звукового поля. Такая кабина представляет собой сложную систему шумозащиты, элементами которой звуковая энергия преобразуется или перераспределяется за счет отражения, поглощения, дифракции и излучения звука. В кабине возникает сложное звуковое поле, природа которого не до конца изучена.

Термин «звукоизолирующая кабина» принят в нормативно:технической литературе [115] для стационарных кабин, снижающих воздушный звук. На кабины транспортных, и в частности строительно дорожных машин, действует также вибрация, создаваемая силовой установкой, поэтому, наряду с воздушным шумом от внешних источников, в кабине возникает структурный звук от действия вибрации. Для снижения структурного звука в кабине применяется виброизоляция, поэтому правильнее было бы назвать их звуко-«виброизолирующие кабины», но для краткости ограничимся термином «звукоизолирующие», но предполагая в них всегда наличие виброизоляции.

В настоящее время в конструировании СДМ достигнут большой прогресс и на большинстве этих машин шум в кабине находится в диапазоне 70-80 дБА. Эти значения в основном соответствуют принятым в ЕС и нашей стране нормам (80 дБА), но здесь существует явное недоразумение. Принятая в нашей стране норма шума для водителей грузовиков составляет 70 дБА, а труд операторов современных СДМ требует не меньшей напряженности, внимания и пр. качеств, а также обработки акустической информации, что позволяет объективно повысить требования к акустическим характеристикам кабин. Западные фирмы-производители СДМ рассматривают фактор акустического состояния на рабочем месте как объективный показатель конкурентоспособности своей продукции, что подталкивает их к совершенствованию акустических качеств машин, в том числе, и кабин. Все необходимые элементы шумовиброзащиты кабин изучены хорошо и успешно применяются на практике, но сколько-нибудь заметного снижения шума в кабинах СДМ за последние полтора десятилетия не наблюдается. Это позволяет предположить, что процессы шумообразования в кабинах малых объёмов недостаточно изучены и это обстоятельство сдерживает прогресс в этой области.

Целью настоящей работы является изучение процессов шумообразования в звукоизолирующих кабинах СДМ и снижение шума на 7 основе научно обоснованных методов анализа и рекомендаций по их усовершенствованию.

Научная новизна:

Практическая полезность

2. Разработаны рекомендации по проектированию локальных звукоизолирующих кабин в составе конструкции СДМ;

Внедрение результатов работы было осуществлено для экскаватора ЭКГ 12 К фирмы «Картекс», Санкт-Петербург.

Апробация: результаты работы доложены на IV школе-семинаре «Новое

В' теоретической и прикладной акустике» 21 ноября 2007 г. СПб., II 8

Всероссийской научно-практической конференции «Защита населения от повышенного шумового воздействия», 17-19 марта 2009 г. СПб., II Международном конгрессе ЕЬР1Т 2009 г., г. Тольятти, 19 сентября 2009 г., конференции ЕиЯОИОШЕ 2009, 26-28 октября 2009 г., Эдинбург, Шотландия.

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 8 работах; 4 работы выполнены в личном авторстве, доля автора в остальных от 40% до 70% в т.ч. одна работа в журнале по списку ВАК в личном авторстве - статья «Расчёт ожидаемой шумности в кабинах при проектировании строительных машин», Безопасность жизнедеятельности, 2009, № 8, с. 35-40.

Автор приносит благодарность своим коллегам - сотрудникам кафедры «Экология и Безопасность жизнедеятельности» Балтийского государственного технического университета им. Д.Ф. Устинова.

Заключение диссертации по теме "Акустика"

4. Основные результаты исследований были апробированы на локальной опытной кабине экскаватора фирмы «Картекс».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Статистический анализ уровней звука в кабинах СДМ (выборка по 33 машинам) выявил диапазон 67-81 дБ А, из них только 12% имеют уровни до 70 дБА, а количество 64% машин имеют УЗ в кабинах 71-76 дБА. За более чем 15 лет УЗ в кабинах СДМ кардинально не снижались.

3. Разработаны 4 основные расчётные схемы описания воздушного шума:

- точечный источник, расположенный в пространстве, полупространстве или четвертьпространстве;

- плоский источник, расположенный в пространстве;

- мнимый точечный источник звука, расположенный в полупространстве;

- линейный источник звука, расположенный в пространстве;

Основные допущения разрабатанных методов расчёта шума:

- диффузность звукового поля;

- неучёт резонансных явлений;

- некогерентность источников шума (линейных, точечных или плоских).

5. Шумообразование в кабине обусловлено сложными процессами к основным из которых можно отнести следующие:

- вынужденные колебания всего воздушного объёма кабины (до 10 дБ) наблюдаются на частоте вращения вала двигателя (гармоника первого порядка) при закрытых дверях и окнах;

- в низкочастотном диапазоне 63-125 Гц для хорошо виброизолированных кабин процессы звуковой вибрации превалируют (63 Гц) или сравнимы с вкладом воздушного звука;

- в диапазоне более 250 Гц для виброизолированных кабин преобладает вклад воздушного звука от внешних источников;

- для кабин с высокой звукоизоляцией поправка на работу кондиционера 3 дБА, гусеничного движителя - 2 дБА; рабочего режима - 2 дБА.

6. Степень равномерности звукового поля в кабине определяется частотой:

- на частоте 31,5 Гц звуковое поле равномерно (поршневые колебания отдельного элемента ограждения);

131

9. Выделение вкладов воздушного и структурного шума в кабине выполнялась специальной установкой, применением которой удалось снизить вклад воздушного звука в процессы шумообразования в кабине (эффективность до 7дБА) до минимальных УЗД и УЗ. Это позволило установить, что шум с УЗ в кабине 66 дБА, соответствует вклад воздушной составляющей 65 дБА, а структурного звука 60 дБА.

10. Экспериментально установлен критерий вибрации (среднее значение её колебаний в звуковом диапазоне) элементов ограждения кабины, позволяющий прогнозировать уровень структурного шума в кабине.

10. Применение и рациональное расположение локальной кабины увеличивает её эффективность на 7 дБ А (на холостом ходу), по сравнению с серийной.

11. Разработана и апробирована новая экспериментально-теоретическая методика расчёта шума в кабинах технических конструкций.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Шашурин, Александр Евгеньевич, Санкт-Петербург

1. Акустика: учебник для вузов/ Ш.Я. Вахитов, Ю.А. Ковалгин, A.A. Фадеев, Ю.П. Щевьев: Под'редакцией профессора Ю.А. Ковалгина. - М. Горячая линия Геликом. 2009, 660с.

2. Контюри Л. Акустика в строительстве. М: Стройиздат пер. с франц., М., 1960, 235с.

3. Строительная, дорожная и специальная техника. Краткий справочник, Изд. второе, перераб. и дополн., М.: АО «Профтехника», 1998. 640 с.

4. Раннев A.B., Полосин М.Д. Устройство и эксплуатация дорожно-строительных машин, М.: ИРПО; Из. Центр «Академия», 2000. -488 с.

5. Резников И. Г. Виброакустика строительно-дорожных машин: Учеб. пособие / И.Г. Резников; М-во образования Рос. Федерации, Твер. гос. техн. ун-т. Тверь : Твер. гос. техн. ун-т, 1999. - 111 с.

6. Машины для земляных работ. Кириллов Г.В., Марков П.И., Раннев A.B. и др.; Под общ. Редакцией М.Д. Полосина, В.И. Полякова. 3 изд., перераб. И дополн. - М.: Стройиздат, 1994. - 288с.

7. Епифанов С.П. Строительные машины: Общая часть. Епифанов С.П., Полосин М.Д., Поляков В.И. 3 издание, перераб. И дополн. -М.: Стройиздат, 1991. - 176с.

8. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Учебник для вузов / Под ред. В.Н. Лукашина, М.: Высшая школа, 2001.-273с.

9. Шумовое воздействие, шумовое раздражение, использования аппарата защиты слуха и утомление среди рабочих "Синих воротниковв". (Noise exposure, noise annoyance, use of hearing protection devices and distress among blue-collar workers.) Melamed,

10. S., Green, M. S., Scand. O. Work, Environ. And Health., 1994, 20, (4), 294-300 (Английский).

11. Опасности для здоровья от шума. (Gesundheitsgefahren durch Larm.) Rebentisch, E., Lange-Asschefeld, H., Ising, H., Bga-Schriften, 1994, (1), 1-114, (Немецкий).

12. Вляние шума на организм человека и животных. Юдина, Т.Б., 21 Техн. Начн.-метод. Конф. "Студ. Наукаэ '97", Москва, июнь, 1997, Пригласит, билет, прогр. И матер.- М., 1997, 47-48, (Русский).

13. Зависимость продуктивности-труда и числа несчастных случаев от уровня шума. (Dependence of productivity and number of accidents on the level of noise.) Kowal, E., 1998, 561-566 (Английский).

14. Иванов Н.И. Борьба с. шумом и вибрацией на путевых и строительных машинах, Изд. 2-е пре. и доп. М.: Транспорт, 1987.223.

15. Требования к уровню шума тракторов. (Per la rumorosita del trattore, il legisla-tore "calca la mano".) Guidotti, R., Macch. e mot. agr., 1994, 52.

16. US Emission Reguirements on Outdoor Equipment «Noise / News International», vol. 9, № 2, 2001 june, p. 102-104.

17. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки СН 2.2.4/2.18.562-96.

18. ССБТ Шум общие требования безопасности ГОСТ 12.1.003-83*.

19. Каток для уплотнения траншеи. Strassen-und Tiefbau, 1993, 47, (4), 43.

20. Многоцелевая машина. Neue Landschaft., 1993, (4), 305.

21. Тракторы Steyr в Великобритании. Farmers Weekly, 1994, 121 654.

22. Энергонасыщенный трактор. Pearce, F., Farmers Weekly, 1994, 121, 60-62.

23. Уменьшение в работе погрузчика. Onfield J.N. Chant. Fr., 1994, 43.

24. Малошумный погрузчик. (Leiser geht's fast nicht.) Bd: Baumaschinendienst, 1994, 30, (12), 1052, 1055.

25. Трактор Fendt-Farmer 300. Macch. e mot. agr., Suppl., 1994, 52, 18.

26. Шарнирно-сочлененные автосамосвалы фирмы Caterpillar. (Саг E-series artics set new Standards.) Mining mag., 1996,174, (2), 117.

27. Снижение уровня шума погрузчиков и экскаваторов. (Larmarme Bag-gerr und Radlader auf der bauma'95.) BMT: Bau-masch.+Bautechn., 1995, 42, (3), 33-34, 36-37.

28. Грейдеры серии H. (Baureihe H jetzt komplett in Serie.) BMT: Вaumasck+Bautechn., 1995, 42, (5), 6.

29. Погрузчики колёсные. BMT, Baumasch.+Bautechn., 1995, 42, 44.

30. Тракторы фирмы New holland. (le nuove serie "1" e "m" della new holland.) trebbia, g., macch. e mot. agr., 1996, 54, (4), 57-59.

31. Колесный трактор. (Novy tazny prostrtdek jak jej hodnotim.) Pecha, s., mech. zemmd., 1996, 47, (1), 44-45

32. Тракторы John deere. (la serie 8000 john deere, una nuova classe di potenza.) Maresca, a., macch. e mot. agr., 1996, 54, (4), 60-66.

33. Новые компактные погрузчики. BW Bauwirtschaft, 1996, 50,47.

34. Функциональность и дизайн колесных погрузчиков. Funktionatität und Design bei Radladern. Pantermöller J. Tiefbau. 2001. 113, № 4, c. 237-238, 240. (Немецкий).

35. Экскаватор furukawa 738-ii ls-tronic. Viel Baggerarbeit an der neuen Ruhrbrücke. Steinbruch und Sandgrube. 2001. 94, № 10, c- 30, 31. (Немецкий).

36. Акустический и вибрационный комфорт автомобилей BMW 7-й серии. Akustik- und Schwingungskomfort des neuen 7er. Rebholz Cornelius, Sibinger Harald. ATZ: Automobiltechn. Z. 2001, Прил., с. 118-121. (Немецкий).

37. Новые цепные бульдозеры фирмы Caterpillar. Cat Kattendozer D6R der Serie П. Asphalt (BRD). 2002. 37, № 6, c. 46. (Немецкий).

38. Компактный экскаватор с повышенной производительностью. Kompaktbagger mit mehr Leistung. Strassen- und Tiefbau. 2003. 57, № 10, c. 37. (Немецкий).

39. Анализ шума строительно-дорожных машин: новый метод разделения вклада источников шума. SS-6646, Сборник трудов международной конференции Euronoise 2009, 26-28 октября 2009г., Эдинбург, Шотландия.

40. Расчёты шума в кабинах транспортных машин. Журнал «Мир дорог» 6, 2009г.

41. Дорожные испытания легкового автомобиля Honda Stream Absolute. Ямада Набору. Jidosha kogaku= Automob. Eng. 2004. 53, № 3, с. 128133. (Японский).

42. Третье поколение Ford Mondeo. Leyer G.Auto, Mot. und Sport. 2007, №136 c.24-30, 32.

43. Разработка программы расчёта ожидаемых уровней шума на рабочих местах операторов. Поварков В.И., Передельский В.В., Строит, и дор. машины. 1993, № 4, с. 30-31.

44. Казаков В.А. Исследование шума карьерных экскаваторов. «Борьба с шумом, вибрацией и акустическими загрязнением окружающей среды в строительстве / Под редакцией Иванова Н.И., Научно-практическая конференция 3-4 июля», Л.: 1987, с. 27-31.

45. Устинов Ю.Ф. Метод конечных элементов в задачах виброакустики тяговых машин. Доклады конференции / Под редакцией Иванова Н.И. «Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии», СПБ, 14-16 октября, 1996, с. 232-235.

46. Кришневский Б.А., Ягнетинский А.Л. Звукоизоляция малых объёмов. Сборник докладов II Всероссийской научно-практической конференции «Защита населения от повышенного шумового воздействия», 17-19 марта 2009г, СПБ.: БГТУ, с. 210-213.

47. Иванов Н.И., Курцев Г.М., Шашурин А.Е. Расчёт ожидаемой шумности в кабинах при проектировании строительных машин. Доклады конференции / Под редакцией Иванова Н.И. «Новое вбезопасности жизнедеятельности и экологии», СПБ, 14-16 октября, 1996, с. 586-596.

48. Шашурин А.Е. Зависимость шума в кабинах строительно-дорожных машин от режима работы. Доклады конференции / Под редакцией Иванова Н.И. «Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии», СПБ, 14-16 октября, 1996, с. 597-601.

49. Элькин Ю.И. Снижение шума строительно-дорожных машин. СПБ.: БГТУ, 2006. 192с.

50. Шум в кабинах строительно-дорожных машин и тракторов. Иванов Н.И., Курцев Г.М., Элькин Ю.И. БЖД 2005, № 10, с. 10-15.

51. Снижение акустического шума в кабине. Hoshino Hiroaki, Ishii Hideaki (Nissan Diesel Motor Co., Ltd, 1-1 Ooaza, Ageo, Saitama, 3628523 Japan). Nihon kikai gakkai ronbunshu. C=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. C. 2000. 66, № 645, c. 93-100.

52. Снижение низкочастотного шума в кабинах транспортных средств с помощью воздушных резонаторов. Толстошеее А. К. Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Сб. науч. тр. Брянск, гос. техн. ун-т. Брянск: Изд-во БГТУ, 1999, с. 37-40. (Русский).

53. Конструкции кабин управления стационарных горных машин, обладающие оптимальными звукозащитными свойствами. Тарасова

54. О, Г., Чернобай Т. В., Дьяконова С. Н. Тр. Сев.-Кавк. гос. технол. ун-та. 2000, № 7, ч. 2, с. 125-128. (Русский).

55. Рассмотрение расчётной модели для определения шума в кабине экипажа самолёта. Engelstand S.P., AIAA, 1993, с.7.

56. Нюнин Б.Н., Ларюков A.C. Теория исследования тонкой структуры акустического поля автомобиля. «Проблемы акустической экологии», сборник научных статей / Под редакцией Н.И. Иванова, т. 1, Л.: Стройиздат 1990, с. 108-113.

57. Снижение шума в зданиях и жилых районах / Под редакцией Г.Л. Осипова и Е.Ю. Юдина. М.: Стройиздат, 1987.- 558с.

58. Акустика помещения и хаотический характер распространения звукового поля. Tohyama M. Acoust. Soc. Jap., 1997, 53, 151-159.

59. Распространение звуковой энергии в помещениях. Kuttruff H., Acústica, 1996, 83, 622-628.

60. Рассеянность звукового поля и диффузность стен. Fujiwara К. J. Acostk Soc. Jap., 1997, 53, 301-305.

61. Обзор методов моделирования при расчётах звуковых полей в помещениях. Kawai Y.J. Acoust Soc. Jap., 1997, 53, 297-300.

62. Щевьев Ю.П. Физические основы архитектурно-строительной акустики. СПб.: изд-во СПБГУГиТ, 2001. -408с.

63. Щевьев Ю.П., Белоусов A.A. Аналитические методы расчета шумозащитных конструкций.-СПб.: Политехника, 2002.-340 с.

64. Звукоизоляция и звукопоглощение: Учебное пособие / Г.Л. Осипов, В.Н. Бобылёв и др./ Под редакцией Г.Л. Осипова, В.Н. Бобылёва. -М.: ООО «Издательство ACT» . 2004. 450с.

65. Боголепов И.И. Архитектурная акустика. СПБ.: Судостроение. 2001 226с.

66. Боголепов И.И. Промышленная звукоизоляция, Л.: Судостроение, 1986.-363с.

67. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом.: учебник-М.: Университетская книга. Логос, 2008. 424с.

68. Техническая акустика транспортных машин: Справочник/ Л.Г. Балишанская, Л.Ф. Дроздова, Н.И. Иванов и др.; Под ред. Н.И. Иванова. СПб.: Политехника, 1992. - 365 с.

69. Handbook of Noise and Vibration. M. J. Cracker, Willey 2007, 1569p.

70. Иванов Н.И., Шашурин А.Е. Экспериментальная оценка связи воздушного звука с вибрацией элементов кабины. IV школа-семинар с международным участием 21 ноября 2007г, стр. 126-132.

71. Исследования техники шумоподавления в акустических кабинах. KamataM. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. C., 1997, 63, 1983-1988.

72. Акустическое проектирование шумозащитных конструкций кабин самоходных машин. Либерман М.Ю., Барастов Л.П., Техническая акустика, 1993, Том 2, выпуск 4, Санкт-Петербург, 1993, с. 33-35.

73. Применение экскаватора в каменоломне. Steinbruch und Sandgrube, 1993, 86(7), 30.

74. Шумозащитные кабины. (Gefangnis fur Larm). Produktion, 1993, (3031), 25.

75. Снижение шума в кабинах винтовых самолётов Saab, Flight Int., 1995, 147, 9.

76. Активные методы снижения шума в кабинах самолётов с помощью оптимизации системы возбудителей результаты лабораторных исследований. Mathur, G.P. Boi N., Simpson, M.A., First Joint

77. CEAS/AIAA Aeroacoustics Conference, June 12-15, Munich, 1995, 1, 605-613.

78. Новый метод анализа звукового поля. Nishi Т. Acoust. Soc. Jap., 1997, 53, 126-131.

79. Активное снижение уровня шума в звукоизоляционных промышленных кабинах. Aktywna redukcja hatasu w dzwiekoizolacyjnych kabinach przemysrowych. Gorski Pawet, Morzynski Leazek. Mechanika (Krakdw). 2004. 23, № 2, c. 177-185, 123.

80. Строительные и дорожные машины. Рекомендации по проектированию средств шумозащиты и методы их расчёта. РД 22 -4 78. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978. - 221 с.

81. Методы и средства снижения шума мелиоративных машин: Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1984. - 38 с.

82. Методы и средства снижения шума мелиоративных машин / Л.Ф. Дроздова, Н. И. Иванов, Б. А. Кришневский, M. М. Самойлов. М.: ЦНИИТЭИстроймаш, 1984. - 70 с.

83. Луканин В. Н., Гудцов В. Н., Бочаров Н. Ф. Снижение шума автомобиля. М.: Машиностроение, 1981. - 158 с.

84. Разумовский М. А. Борьба с шумом на тракторах. Минск: Наука и техника, 1973. - 206 с.

85. Контроль шума в промышленности / Под редакцией Дж. Д. Вебба: Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1981. - 312 с.

86. Снижение уровней шума строительных машин / Сакаи Томоаки // КЭНСЭЦУ кикай = Constr. Mach, and Equip. 1987. - 23, № 11, с. 41-45.

87. Иванов H. И. Теоретические основы проектирования малошумных путевых и строительных машин // Борьба с шумом и звуковой вибрацией: Мат. Семинара. М.: Знание, 1980. - С. 45-48.

88. Ivanov N.I. «Noise and vibration Control of Transporation and construction Vehicles», Transport Moskow, 2-nd edition, (in Russia) p. 232.

89. Бородицкий А. С., Спиридонов В. M. Снижение структурного шума в судовых помещениях. Л.: Судостроение, 1974. 221 с.

90. Борьба с шумом на производстве: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

91. Заборов В И., Клячко Л. Н., Росин Г. С. Защита от шума и вибрации в черной металлургии. М.: Металлургия, 1976. - 248 с.

92. Клюкин И. И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах. -JL: Судостроение, 1971. 416 с.

93. Лагунов Л. Ф., Осипов Г. Л. Борьба с шумом в машиностроении.-М.: Машиностроение, 1980. 150 с.

94. Справочник по технической акустике /Под ред. М. Хелла и X. А. Мюллера.-Л.: Судостроение, 1980. 439 с.

95. Шум на транспорте/Пер. с англ.;/Под ред. Тольского В. Е., Бутакова Г. В., Мельникова Б. H. М.: Транспорт, 1995.-368 с.

96. Тупов Б.В. Снижение шума от энергетического оборудования, М.: Изд-во: МЭИ, 2005, с. 232.

97. Noise and Vibration Control Engineering. Principles and Applications Ed. By. Leo L. Beranek, Ivtvan L. Ver, N.Y. John Willey Esons, 1992. -804 p.

98. Иванов Н. И. Курцев Г. М. К расчёту ожидаемой шумности на строительных машинах // Тр. ЛИИЖТ. 1977. - Вып. 408. - С. 3857.

99. ГОСТ 31299-2005 ГОСТ 31299-2005 «Шум машин. Определение звукоизоляции кабин. Испытания в лаборатории и на месте установки».

100. Иллюстрации процесс измерения шума ивибрации

101. Рис. П1 Измерение шума в кабине экскаватора CAT 320 С

102. Рис. ПЗ Измерение звукоизоляции передней панели кабины

103. Рис. П5 Измерение звукоизоляции задней панели кабины1. Точка измерения шума 1

104. Рис. П7 Точка измерения шума в кабине

105. Точки измерения вибрации на панелях кабины показаны на рис. П 81. П10.

106. Рис. П9. Точка измерения вибрации 2

107. Рис. П10. Точка измерения вибрации 3

108. Расположение микрофона в т. 1

109. Искусственный источник шума

110. Рис. П11. Измерение времени реверберации в кабине экскаватора 320 С

111. Технология измерения акустических характеристик источниковшума

112. Определение акустических характеристик моторного отсека выполнялось для наиболее шумных условий, когда двигатель работает на максимальных оборотах коленчатого вала 1700 об/мин.

113. Оператор контролировал работу машины на протяжении всего времени тестирования.

114. Характеристики звукового поля под капотом осуществлялось путем измерения УЗД и УЗ в 8 точках. Точки измерений выбирались таким образом, чтобы разность уровней не превысила 5дб (дБА)

115. Апах ~~ Ашп 5, дБ (дБ А) (1)

116. Если это условие не выполнялось, то измерения продолжались.

117. Измерения в каждой выбранной точке были выполнены не менее трех раз, чтобы исключить случайные величины.

118. Полученные результаты по всем точкам измерения усреднялись:п £дБ(дБА) (2)7=1 П

119. Суммарная акустическая мощность под капотом силовой установки от всех основных источников излучения на основании экспериментальных измерений определялась по формуле:с;:. = +-?-) (3)кап.общ. кап.

120. Расположение микрофона в моторном отсеке, в некоторых точках, показано на рис. П.2.1.

121. Рис. П.2.1. Положение микрофона в моторном отсеке

122. Результаты измерений акустических характеристик выпуска (рабочий режим)