Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 8
1.1 Выбор и описание объектов исследования 8
1.2 Нормирование шума строительно-дорожных машин 11
1.3 Характеристики шума строительно-дорожных машин 12
1.4 Практика разделения вклада источников шума во внешнее и внутреннее звуковые поля строительно-дорожных машин 15
1.5 Анализ возможных теоретических подходов для разделения вклада шума источников 19
1.6 Снижение шума на строительно-дорожных машинах 23
Выводы по главе и постановка задач исследования 25
ГЛАВА 2 Теоретическое описание процессов образования внешнего и внутреннего звуковых полей строительно-дорожных машин 27
2.1 Основные предпосылки и этапы выполнения расчетов
по разделению источников 27
2.2 Основные допущения и границы расчетов 30
2.3 Расчеты шума строительно-дорожных машин 31
2.3.1 Вывод математических моделей для образования внешнего звукового поля 31
2.3.2 Вывод математических моделей образования внутреннего звукового поля 38
2.4 Выбор расчетных схем и математическое описание процессов шумообразования исследуемых машин 51
2.4.1 Выбор расчетных схем и математическое описание процессов шумообразования бульдозера 51
2.4.2 Выбор расчетных схем и математическое описание процессов шумообразования погрузчика 61
2.4.3 Выбор расчетных схем и математическое описание процессов шумообразования погрузчика-экскаватора 68
Выводы по главе 76
ГЛАВА 3 Методика экспериментальных исследований 78
3.1 Определение внешнего и внутреннего шума машин 78
3.1.1 Общие положения 78
3.1.2 Условия проведения испытаний 78
3.1.3 Измерительная аппаратура 81
3.1.4 Измерения внешнего шума 82
3.1.5 Измерения шума (внутреннего) в кабине оператора 84
3.1.6 Измеряемые величины 85
3.1.7 Дополнительные требования и регистрируемая информация 86
3.2. Методика определения акустических характеристик источников шума 86
3.2.1 Общие положения 86
3.2.2 Шум выпуска 87
3.2.3 Шум всасывания 89
3.2.4 Шум источников под капотом 89
3.2.5 Шум вентилятора 91
3.2.6 Шум гусениц 91
3.3 Методика определения звукопоглощения в замкнутых объемах 91
3.4 Методика определения звукоизоляции ограждающих конструкций 93
3.5 Обработка результатов экспериментов 94
Выводы по главе 96
ГЛАВА 4 Разделение вклада источников шума во внутреннее и внешнее звуковые поля исследуемых машин 97
4.1 Характеристики шума исследуемых машин 97
4.1.1 Общие положения 97
4.1.2 Шум на рабочем месте оператора (в кабинах) 97
4.1.3 Внешний шум 99
4.2 Характеристики акустической мощности основных источников 100
4.2.1 Общие сведения 100
4.2.2 Характеристики шума выпуска 101
4.2.3 Характеристики шума всасывания 102
4.2.4 Характеристики шума источников, расположенных под капотом 102
4.2.5 Характеристики шума вентилятора 104
4.2.6 Характеристики шума гусениц 105
4.3 Акустические свойства основных шумозащитных конструкций исследуемых машин 105
4.3.1 Общие положения 105
4.3.2 Характеристики звукопоглощения замкнутых объемов 106
4.3.3 Характеристики звукоизоляции кабин и капотов 109
4.4 Выполнение расчетов по разделению вклада источников шума 113
4.4.1 Внешний шум исследуемых машин 113
4.4.2 Внутренний шум исследуемых машин 120
4.5 Проверка точности выполненных расчетов 128
Выводы по главе 134
ГЛАВА 5 Разработка рекомендаций по снижению шума исследуемых машин 137
5.1 Классификация шумозащиты 137
5.2 Рекомендации по снижению шума исследуемых машин 139
5.2.1 Рекомендации по снижению шума бульдозера 139
5.2.2 Рекомендации по снижению шума погрузчика 151
5.2.3 Рекомендации по снижению шума погрузчика-экскаватора 155
Выводы по главе 159
Заключение 162
Литература
- Характеристики шума строительно-дорожных машин
- Выбор расчетных схем и математическое описание процессов шумообразования исследуемых машин
- Измерения шума (внутреннего) в кабине оператора
- Акустические свойства основных шумозащитных конструкций исследуемых машин
Характеристики шума строительно-дорожных машин
Метод может быть реализован не только отведением выхлопа или всасывания трубой, но и установкой звукоизолирующего капота на двигатель или другие источники, установкой акустических экранов, например, на коробки передач, гусеницы и пр.
Все численные условия разделения, описанные для предыдущего метода, могут быть применены и к методу 2.
Этот метод состоит в том, что выделяемый источник шума заключается в специальный канал, через который звук направляется к микрофону. Специальный канал выполняется в виде малой звукомерной камеры. Один конец камеры выполнен в виде цилиндра, а другой закрыт. У открытого конца камеры располагается испытываемый источник шума, в отверстие закрытого конца плотно располагается микрофон. Основные акустические функции камеры - обеспечить звукоизоляцию и внести минимальные искажения в поле внутри камеры. С этой целью камера должна обеспечивать плотное прилегание по основанию к поверхности выделяемого источника, а ее стены должны обладать звукоизоляцией не менее 10-15 дБ А (этим отношением обеспечивается предел измерений камеры). Камера изнутри облицовывается звукопоглощающим материалом. Вид такой камеры показан на рис. 1.6.
Камера вносит в результаты искажения, значения которых должны быть определены экспериментально.
Особенностью метода выделения является то, что, как правило, он используется не для разделения вклада источников в искомых звуковых полях, а для разделения вклада источников вблизи их нахождения. В противном случае камера должна была бы быть слишком большой, чтобы канализировать звук от источника в точку наблюдения. Этот метод является вспомогательным для разделения вклада источников.
Этот метод был использован авторами {76, 29, 79, 80]. При реализации этого метода используется двухканальный прибор. Один микрофон располагается у искомого источника, а другой - в измерительной точке внутреннего или внешнего звукового поля. Величина функции корреляции в измерительной точке равна доле шума источника. Этот метод может быть реализован в тех случаях, когда на звуковое поле искомого ис-точника не влияют звуковые поля других источников. Это условие, как правило, трудновыполнимо для строительно-дорожных машин, где источники звука расположены вблизи друг друга. Таким образом, из выполненного анализа можно утверждать, что экспериментальные методы разделения вклада источников имеют ограниченное применение для строительно-дорожных машин.
Применение интенсиметрии при определении звуковой мощности имеет ряд преимуществ, главными из которых являются возможность проведения измерений на месте эксплуатации исследуемого источника звука, в присутствии фоновых шумов и/или в ближнем звуковом поле. Однако самым важным достоинством этого метода является его простота. Звуковая мощность, излучаемая источником звука, определяется произведением средней по пространству интенсивности звука на поверхности окружающей этот источник, на площадь этой поверхности. При применении этого метода нужно прежде всего определить учитываемую опорную поверхность. В качестве опорной можно выбрать любую замкнутую поверхность, окружающую только исследуемый источник звука. Определив достаточно большое значение времени усреднения используемой интенсиметрической аппаратуры, интенсиметрический зонд плавно перемещают по учитываемой опорной поверхности. В результате получается значение являющееся средним по пространству значением интенсиметрии.
Из вышеизложенного следует, что новые методы разделения вкладов источников шума должны быть теоретическими или экспериментально-теоретическими. Проанализируем методы аналитического описания внутреннего и внешнего звуковых полей на строительно-дорожных машинах. Эти методы были созданы в 70-х годах Н.И. Ивановым и Г.М. Курцевым и использовались в основном для расчетов ожидаемой шумности строительно-дорожных машин [1-4, 8-Ю, 83-86]. Более полно полученные научные результаты и их практическое использование показаны в справочниках [2, 86]. Остановимся на основных особенностях разработанного подхода. В качестве научной базы авторами использовалась статистическая теория акустики. Из основных положений этой теории [5, 87-90] можно отметить, что эта теория была применима к помещениям достаточно больших размеров. В работе Н.И. Иванова [84] была доказана возможность использовать статистическую теорию для акустических расчетов в малых объемах, которые располагаются на строительно-дорожных дорожных машинах. Им было введено понятие квазидиффузного звукового поля и в несколько раз снижена граница применения статистической теории. Таким образом, при расчетах шума строительно-дорожных машин мог использоваться принцип энергетического сложения акустических сигналов в расчетной точке. Для исследуемых объектов были добавлены и некоторые новые положения: - предложено представить любые элементы конструкций строительно-дорожных машин, через которые проходит или на которые падает звук, как вторичные источники; - учитываются дифракционные явления и отражения о конечные и бесконечные поверхности; - рассматриваются сложные звуковые поля от размерных источников. В качестве примеров расчета ожидаемой шумности рассмотрим несколько предложенных формул для расчетных схем, приведенных ниже. Схема 1 Проникновение шума двигателя и выпуска непосредственно на рабочее место Схема проникновения шума выпуска и шума двигателя представлена на рис. 1.7. Основными каналами проникновения шума на рабочее место являются шум выпуска и шум двигателя, проникающие непосредственно на рабочее место, которое является открытым.
Выбор расчетных схем и математическое описание процессов шумообразования исследуемых машин
Расчетная акустическая модель бульдозера представлена системой, состоящей из отдельных источников излучения, обладающих различной интенсивностью, которые формируют суммарное звуковое поле в расчетной точке внешнего поля и на рабочем месте оператора Ряд источников шума располагается в моторном отсеке под капотом, к которым необходимо отнести двигатель внутреннего сгорания, вентилятор системы охлаждения, корпус глушителя и генератор. Другие непосредственно излучают звуковую энергию в открытое пространство (выпуск отработанных газов, всасывание, гусеницы).
Внешнее поле бульдозера формируется шумом следующих каналов: от двигателя через ограждения капота, от вентилятора через ограждения капота и от выпуска, всасывания и гусениц непосредственно в расчетную точку. Все расчеты выполняются по акустической мощности источников излучения. Расчетная схема для определения внешнего шума бульдозера представлена на рис. 2.12.
Суммарное звуковое поле в кабине бульдозера формируется шумом, проникающим различными каналами от основных источников излучения (из моторного отсека непосредственно через перегородку и пол кабины, через ограждения капота моторного отсека и далее через панели ограждения кабины с учетом приведенной звукоизоляции; от выпуска и всасывания через панели ограждения кабины без перегородки и пола; от гусениц через пол кабины и от гусениц через панели ограждения кабины с учетом приведенной звукоизоляции). Расчетная схема для определения внутреннего шума бульдозера представлена на рис. 2.13.
Суммарный расчетный спектр шума в кабине бульдозера от основных источников излучения, при динамическом режиме работы определен по формуле: ткаб _ 1 ОІаПО0 1 "" J-1Q0,Ii«K і -l Q 1LMom.отепер , плткаб плткаб (\\Гка6 П 11каб 5 ДБ (2.70) + 1 0 MOmomc пол + 1 CV3 1 «от.оте.кап і 1 Qp 11 гус.пол , 1 Г гус.вн \ Шум выпуска, проникающий на рабочее место оператора через панели ограждений кабины, с учетом дифракционных явлений, за исключением перегородки между моторным отсеком и кабиной и пола определяется по следующей формуле:
Шум выпуска, проникающий на рабочее место оператора через панели ограждений кабины, с учетом дифракционных явлений, за исключением перегородки между моторным отсеком и кабиной и пола; 2 - шум моторного отсека, проникающий на рабочее место через пол кабины непосредственно; 3 - шум моторного отсека, проникающий на рабочее место через ограждения капота и далее через панели кабины, за исключением пола и перегородки; 4 - шум гусениц через пол; 5 - шум гусениц проникающий через панели ограждения кабины; 6 - шум всасывания, проникающий на рабочее место оператора через панели ограждений кабины, с учетом дифракционных явлений, за исключением перегородки между моторным отсеком и кабиной и пола; 7 - шум моторного отсека, проникающий на рабочее место через перегородку между моторным отсеком и кабиной; 2.4.2 Выбор расчетных схем и математическое описание процессов шумообразования погрузчика
а) Внешний шум погрузчика
Внешнее поле погрузчика формируется шумом следующих источников излучения: от двигателя через ограждения капота и через открытый проем капота с учетом отражения от поверхности, от вентилятора через ограждения капота и от выпуска и всасывания непосредственно в расчетную точку. Все расчеты выполняются по акустической мощности источников излучения. Расчетная схема для определения внешнего шума погрузчика представлена на рис. 2.14.
Этапы расчета шума от основных источников излучения, проникающего различными каналами, приведены в приложении 1, табл.3. Рис. 2.14 Расчетная схема для определения внешнего шума погрузчика шум двигателя, проникающий через панели ограждения капота; 2 - шум двигателя проникающий через нижний открытый проем капота; 3 - шум вентилятора, проникающий через панели ограждения капота; 4 - шум выхлопа ДВС; 5 - шум всасывания б) Внутренний шум погрузчика
Суммарное звуковое поле в кабине погрузчика формируется шумом, проникающим различными каналами от основных источников излучения (от двигателя непосредственно через перегородку и пол кабины, через открытый проем капота и далее через пол кабины с учетом отражения от поверхности, через ограждения капота двигателя и далее через панели ограждения кабины с учетом приведенной звукоизоляции; от вентилятора непосредственно через перегородку и пол кабины и через ограждения капота вентилятора и далее через панели ограждения кабины; от выпуска и всасывания через панели ограждения кабины без перегородки и пола). Расчетная схема для определения внутреннего шума погрузчика представлена на рис. 2.15.
Измерения шума (внутреннего) в кабине оператора
Аналогично описанной выше методике, также определяется акустическая мощность вентилятора. Если установить перегородку, отделяющую вентилятор от подкапотного пространства, то образовавшееся пространство аналогично подкапотному. При этом перегородка вьшолняет двойную роль: формирует пространство капота вентилятора и снижает выход шума корпуса двигателя в измеряемое внутреннее поле вентилятора.
В замкнутом объеме (в кабине или в моторном отсеке) размещается ненаправленный излучатель звука («Брюль и Къер»). На излучатель с генератора шума т. 1405 («Брюль и Къер») через усилитель т. LV-103 (RFT) подается сигнал типа «белый шум». С помощью специальной кнопки на передней панели генератора производится мгновенное выключение сигнала. Выполняются измерения звукового давления через короткие интервалы времени после выключения сигнала с использованием, например, анализатора спектра 2144 («Брюль и Къер»). Октавные уровни измеряемого через каждые 2-4 мс (миллисекунды) звукового давления автоматически заносятся в память анализатора в виде отдельных файлов (500 файлов для одного измерения в одной точке).
Дальнейшая обработка выполняется, например, с использованием электронных таблиц Excel. По полученным данным строятся графики спада уровней звукового давления в октавных полосах частот и уровней звука в дБА в зависимости от времени. По графикам определяется время стандартной реверберации - время снижения уровня звукового давления на 60 дБ. Это осуществляется следующим образом. Выбирается средний участок кривой спада, на котором данная кривая характеризует именно спад уровней после выключения источника, а не флуктуации уровней, а сами уровни выше фонового шума не менее чем на 6 дБ. Затем этот участок кривой спада аппроксимируется прямой линией, по которой прогнозируется время снижения уровня звукового давления на 60 дБ.
На средних и высоких частотах выбрать подходящий участок кривой и провести такую линию сравнительно просто. На низких частотах (63-125 Гц) превышение сигнала над фоновым шумом невелико (15-20 дБ). Поэтому надежность результатов определения времени реверберации на этих частотах ниже, чем на более высоких частотах. Для облегчения построения прямой линии, аппроксимирующей кривую спада уровней, на низких частотах эта кривая предварительно аппроксимируется полиномиальной функцией. Эта процедура выполнялась автоматически с использованием соответствующей команды таблиц Excel.
Определение времени реверберации описанным способом необходимо проводить в каждом из объемов (кабина, моторный отсек) в 2-3 точках. Полученные результаты усредняются.
При проведении исследований звукоизоляции шумозащитных ограждающих конструкций используется метод предложенный Д. Зборальских, который затем применялся Н.И. Ивановым [26].
Этот метод заключается в следующем. Внутри конструкции устанавливается искусственный источник звука, генерирующий звуковое поле, которое можно назвать квазидиффузным.
На излучатель через усилитель подается сигнал с формой спектра «белый шум». При включенном источнике звука в намеченных точках одновременно измеряются уровни звукового давления у всех элементов ограждения конструкции на расстоянии 0,1 м от них снаружи Lt и внутри -Ц . Расположение микрофона вблизи испытываемого ограждения обусловлено тем, чтобы избежать фиксации вклада от излучения соседних ограждений.
Измерения у каждого ограждения осуществляется не менее чем в 3-5 точках (в зависимости от размеров исследуемой панели ограждения) с последующим усреднением результатов.
При прозвучивании кабин следует обратить особое внимание на определение звукоизоляции пола и перегородки между моторным отсеком и кабиной т.к. именно через эти элементы ограждения в кабину проникает основная доля звуковой энергии при работе машины. В случае если панель ограждающей конструкции имеет перфорацию, то следует отдельно определять звукоизоляцию перфорированной и неперфорированной части панели. При этом при определении звукоизоляции неперфорированной части панели необходимо по возможности исключить возможность проникновения звука в точку измерений находящуюся снаружи конструкции через перфорированную часть панели.
Акустические свойства основных шумозащитных конструкций исследуемых машин
Таким образом, описанный в настоящей главе подход разработки рекомендаций по снижению внешнего и внутреннего звуковых полей исследуемых машин, позволяет определить эффективность и целесообразность каждого предлагаемого мероприятия. Тем самым находится набор шумозащиты строительных дорожных машин, уже на стадии их проектирования. Полученные результаты - хорошая иллюстрация разработанного метода разделения вклада источников в процессы шумообразования.
Выводы по главе
1. Разработана классификация шумозащиты на исследуемых машинах, включающая методы и средства снижения внутреннего и внешнего шума; методы -звукоизоляция, звукопоглощение и глушители; средства - акустические экраны, звукоизолирующие капоты и кабины, отдельные звукоизолирующие конструкции, звукопоглощающие облицовки и глушители различного назначения.
2. Выполнены поэтапные расчеты по снижению внутреннего и внешнего шума для исследованных машин и показана эффективность каждой из рекомендуе 159 мых конструкций по отдельности и в их совокупности. Для большей наглядности изложения рассматриваются конструкции с приблизительно одинаковой эффективностью. Полученные результаты поэтапного расчетного снижения шума достаточно надежно показывают практическую полезность разработанного метода разделения вклада источников шума.
3. Применением на бульдозере акустического экрана (на гусеницы), увеличен ной звукоизоляцией капота, перегородки и пола кабины, увеличением зву копоглощения в кабине и под капотом, получены следующие результаты. Во внешнем звуковом поле вклад гусениц за счет АЭ уменьшен на 4,9 дБА, вклад от источников под капотом за счет его дополнительной звукоизоляции и размещения звукопоглощения под капотом, уменьшился на 6,6 дБА, что обеспечило снижение внешнего шума на 4,6 дБА. Во внутреннее звуковое поле получены снижения: вклад шума моторного отсека через перегородку снизился на 8 дБА; вклад шума моторного отсека через пол снизился на 8,1 дБА; вклад шума выпуска снизился на 1,1 дБ А; вклад шума гусениц, проникающего через пол на - 10,5 дБА; вклад шума моторного отсека, про никающего через панели ограждения капота и далее через панели кабины, за исключением перегородки и пола уменьшился на 3,5 дБА; вклад шума гусе ниц, проникающего через панели ограждения кабины уменьшился на 6.5 дБА; вклад шума всасывания, проникающего в кабину снизился на 1.5 дБА. Шум в кабине снижен на 5 дБА.
4. Применением на погрузчике мер по дополнительной звукоизоляции капота а также перегородки и пола кабины, мер по увеличению звукопоглощения под капотом и в кабине, а также применением глушителя шума выпуска на вы пуске двигателя внутреннего сгорания получены следующие результаты. Вклады во внешнее звуковое поле уменьшились: вклад вентилятора через панели капота - на 6,1 дБ А, вклад двигателя через панели капота - на 6,4 дБА, вклад выпуска - на 4,5 дБА., вклад двигателя через открытый проем в капоте - на 1,8 дБА, а внешни шум этими мерами снижен почти на 5 дБА. Получены следующие снижения вкладов шума в кабине: вклад шума двига теля, проникающего через пол кабины снизился на 8,3 дБА; вклад шума выпуска снизился на 5,5 дБА; вклад шума двигателя, проникающего через перегородку снизился на 8,3 дБА; вклад шума всасывания, проникающего в кабину снизился на 1,9 дБА; вклад шума двигателя, проникающего че 160 рез панели ограждения капота и далее через панели кабины, за исключением перегородки и пола уменьшился на 3,6 дБА; вклад шума вентилятора проникающего через панели ограждения капота и далее через панели ограждения кабины, за исключением перегородки и пола уменьшился на 3,7 дБ А; вклад шума двигателя в кабину, проникающего через нижний открытый проем капота уменьшился на 8,3 дБА; вклад шума вентилятора, проникающего через пол кабины и перегородку между моторным отсеком и кабиной уменьшился на 10,4 дБА и 9,7 дБА соответственно. Применением перечисленных мер шум в кабине снижен на 5 дБА. 5. Для снижения внутреннего и внешнего шума погрузчика-экскаватора применен аналогичный набор мер. При этом внешний шум снижен на 4 дБА уменьшением вклада вентилятора через панели капота на 4,7 дБА, вкладом двигателя и всасывания через панели капота на 6,4 дБА, вкладом двигателя и всасывания через нижний открытый проем капота на 1,7 дБА. Шум в кабине уменьшен на 6,6 дБА путем уменьшения: вклада шума источников моторного отсека через пол на 8,7 дБА, т.ж. через ограждения капота - на 4,3 дБА, уменьшение вклада шума вентилятора - на 3,7 дБА, шум выпуска - на 2,4 дБА, вклад шума через проем в капоте, а далее через пол - на 8,7 дБА., вклад шума вентилятора, проникающего через пол - на 10,2 дБА.
