Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние проблемы и постановка задач исследования 12
1.1 Строительно-дорожные машины: назначение, классификация, источники шума 12
1.2 Нормы внешнего и внутреннего шума строительно-дорожных машин 13
1.3 Характеристики внешнего и внутреннего шума строительно-дорожных машин 18
1.4 Процессы шумообразования на строительно-дорожных машинах 24
1.5 Расчеты воздушного шума на строительно-дорожных машинах 28
1.6 Расчеты структурного звука 41
1.7 Методы и средства защиты от шума и звуковой вибрации на строительно-дорожных машинах 44
ГЛАВА 2 Акустические характеристики и источники шума строительно-дорожных машин 51
2.1 Исследование акустических характеристик и классификация строительно-дорожных машин по степени их шумности 51
2.2 Оценка влияния шумовиброактивных рабочих органов на шумовую экспозицию СДМ. Разделение источников шума СДМ по их функционально-конструктивному исполнению 58
2.3 Акустические характеристики базовых источников шума 66
2 31 Общие сведения 66
2.3.2 Характеристики шума выпуска 67
2.3.3 Характеристики шума всасывания 69
2.3.4 Характеристики шума источников, расположенных под капотом 70
2.3.5 Характеристики шума вентилятора 72
2.3.6 Характеристики шума гидравлики 73
2.4 Акустические характеристики шумовиброактивных органов и движителей механического типа 74
2 41 Общие положения 74
2 4.2 Характеристики шума гусениц 74
2.4.3 Шум фрезы 75
2.4.4 Шум вибромолота 75
2.4.5 Шум вибровальца 76
2.4.6 Основные закономерности в шумообразовании рабочих органов 76
2.5 Исследование специальных источников шума (взрывной процесс) 77
2.5.1 Общие полооїсения 77
2.5.2 Теория шумообразования 79
2.6 Классификация источников шума строительно-дорожных машин 84
Выводы по главе 87
ГЛАВА 3 Теоретическое описание процессов образования внутреннего и внешнего звуковых полей строительно-дорожных машин 91
3.1 Основные допущения и границы расчётов 91
3.2 Разработка расчетных схем 92
3.3 Расчёты звука во внешнем звуковом поле 99
3.4. Расчёты звука на рабочих местах 113
ГЛАВА 4. Расчеты вклада источников шума в образование звуковых полей на различных типах строительно-дорожных машин
4.1 Общие положения 148
4.2 Аналитические модели расчета ожидаемого шума в кабинах и на открытых рабочих местах исследуемых машин 148
4 2 1 Сваебойная машина Junttan рт 25 HD 148
4 2 2 Гусеничный бульдозер D5M 155
4.2.3 Погрузчик 962 G 158
4.2.4 Погрузчик-экскаватор 438 С 162
4.2.5 Вибрационный каток Dynapac СС 232 163
4.2.6 Асфальтоукладчик Vogele Super 165
4 2.7 Вибрационный каток Dynapac СС 102 167
4.2.8 Дизель-молот на базе крана МЭК-251 169
4.2.9 Дорожная фреза Wirtgen DC 171
4.2.10 Баровая грунторезная машина БГМ-1 172 4 2.11 Автогрейдер 140 Н 174
4 2 12 Виброкаток 563 CS 175 4 2.13 Взрывогенераторная установка ВН-2 177
4.3 Аналитические модели расчета внешнего шума исследуемых машин 187
4.3.1 Сваебойная машина Junttan рт 25 HD 187
4.3 2 Гусеничный бульдозер D5M 190
4.3.3 Погрузчик 962 G 192
4.3.4 Погрузчик-экскаватор 438 С 194
4 3.5 Вибрационный каток Dynapac СС 232 195
4.3.6 Асфальтоукладчик Vogele Super 196
4.3.7 Вибрационный каток Dynapac СС 102 196
4.3.8 Дизель-молот на базе крана МЭК-251 198
4.3.9 Дорожная фреза Wirtgen 2100 DC 199
4.3.10 Грунторезная баровая машина БГМ 201 4 3 11 Автогрейдер 140 Н 202
4 3 12 Виброкаток 563 CS 202
ГЛАВА 5. Методические основы экспериментальных исследований 212
5.1 Общие положения 212
5.2 Измерения внешнего и внутреннего шума строительно-дорожных машин 212
5.2.1 Определение внешнего шума 212
5.2 2 Измерение шума в кабинах 216
5.3 Определение акустических характеристик и источников шума 217
53 1 Общие положения 217
5.3.2 Шум выпуска 218
5.3.3 Шум всасывания 219
5.3.4 Шум источников под капотом 220
5.3.5 Шум вентилятора 222
5.3.6 Шум гусениц 222
5.3 7 Шум вибровальца 222
5.4 Определение акустических характеристик конструкций машин в натурных условиях 223
5.4.1 Методика определения звукопоглощения в замкнутых объемах 223
5.4.2 Методика определения звукоизоляции ограждающих конструкций 224
5.5 Стенд для исследования эффективности звукоизолирующих конструкций 226
5.6 Стенд для исследования особенностей шумообразования и эффективности шумозащиты в замкнутом объеме при взрывном процессе 228
5.7 Определение уровней вибрации кабины СДМ 229
5.8 Обработка результатов экспериментов 229 Выводы по главе 232
ГЛАВА 6. Реализация результатов исследований путем определения вкладов от разных источников шума. Проверка точности акустических расчётов на СДМ различных типов 233
6.1 Общие положения 233
6.2 Гусеничный бульдозер D5M 234
6 2.1 Внешний шум 234 6 2.2 Шум в кабине 236
6 2.3 Вклад звуковой вибрации в кабину 238
6 2 4 Требования и рекомендации по шумозащите 242
6.3 Погрузчик-экскавагор 438 С 244
6 3.1 Внешний шум 244
6.3.2 Шум в кабине 246
6.3.3 Вклад звуковой вибрации в кабину 249
6.3.4 Требования и рекомендации по шумозащите 253
6.4 Колесный погрузчик 962 G 254 6 4.1 Внешний шум 254
6.4.2 Шум в кабине 256 б 4.3 Вклад звуковой вибрации в кабину 259
6.4.4 Требования и рекомендации по шумозащите 263
6.5 Автогрейдер 140 Н 264
6 5.1 Внешний шум 264
6.5 2 Шум в кабине 266
6 5.3 Вклад звуковой вибрации в кабину 268
6.5 4 Требования и рекомендации по шумозащите 274
6.6 Виброкаток563 CS 275
6.6.1 Внешний шум 275
6.6 2 Шум в кабине 277
6 6.3 Вклад звуковой вибрации в кабину 279
6 6 4 Требования и рекомендации по шумозащите 284
6.7 Проверка метода расчёта ожидаемой шумности 286
6 7.1 Расчеты внешнего шума 286
6 7.2 Расчеты шума в кабинах 291
ГЛАВА 7. Разработка, исследование и апробация шумозащиты 302
7.1 Рекомендации по шумовиброзащите на строительно-дорожных машинах 302
7.2 Акустические свойства звукоизолирующих кабин и капотов 304
7.2.1 Общие положения 304
7.2.2 Характеристики звукопоглощения капотов и кабин 304
7.2.3 Характеристики звукоизоляции капотов и кабин 308
7.3 Исследование акустических свойств ограждающих конструкций на рабочих органах С ДМ 314
731 Влияние материалов на эффективность ограждающих конструкций 314
7.3 2 Влияние размеров на эффективность ограждающих конструкций 318
7.3 3 Влияние формы ограждения на его эффективность 326
7.3 4 Изменение характера внешнего звукового поля от формы ограж дающих конструкций 331
7.4 Разработка конструкций звукоизолирующих ограждений рабочих органов 334
7.5 Апробация разработанных рекомендаций и конструкций шумозащиты 339
7.5.1 Снижение шума на самоходной взрывогенераторной установке 339
7.5.2 Применение звукоизолирующих ограждений и акустических экранов для снижения внешнего шума и шума на рабочих местах строительно-дорожных машин 342
Выводы по главе 344
Заключение 347
Литература 352
Приложение
- Процессы шумообразования на строительно-дорожных машинах
- Характеристики шума всасывания
- Расчёты звука во внешнем звуковом поле
- Аналитические модели расчета ожидаемого шума в кабинах и на открытых рабочих местах исследуемых машин
Введение к работе
Акустика - одна из самых древнейших областей знания, акустика - это наука о звуке. Она зародилась как музыкальная, основателями которой были великий греческий математик Пифагор и великий греческий философ Аристотель. Но по мере развития и усложнения цивилизации границы акустики расширялись, предметом акустики стали распространение звуковых волн в различных средах, речь, генерация звука источниками и пр. В её развитии приняли участие великие и выдающиеся учёные: Леонардо да Винчи, Г. Галилей, Р. Гук, И. Ньютон, О. Френель, Г. Юнг, Г. Гельмгольц, Дж. Рэлей, У. Сэбин, Г. Бэлл, Ш. Эдисон, Дж. Лайтхилл, Л.М. Бреховских и др. В начале XX века появился новый раздел акустики - виброакустика - наука о борьбе с шумом. Шум - настоящее бедствие машинной цивилизации. Шум - чума XX века, как образно выразился великий учёный Л. Пастер. Под действием повышенного шума к началу XXI столетия находится каждый второй житель Земли, шум - причина многих заболеваний и дискомфорта в городах. Проблема защиты от шума - важная научная и практическая проблема, в решении которой заняты сотни тысяч человек, решению этой проблемы посвятили свои труды выдающиеся учёные И.И. Клюкин, Е.Я. Юдин, Г.Л. Осипов, М.С. Седов, Б.Д. Тартаковский, В.И. Заборов, А.С. Никифоров, В.Т. Ляпунов, А.Г. Мунин, Л.Л. Мясников, сэр Дж. Лайтхилл, М. Крокер, Л. Беранек, М. Хекл, 3. Маекава, У. Куртце, Е. Скучик, Э.Л. Мышинский, Ю.П. Щевьев, В.Ю. Кирпичников, Ю.А. Круглов, К.В. Фролов и др.
Проблема борьбы с шумом становится всё более актуальной. В новых условиях развития рыночных отношений обязанность каждого производителя продукции, создающей шум, предпринять эффективные меры по его снижению в соответствии с действующими нормами. Это является обязательным требованием глобального рынка по обеспечению совместимости новой продукции с требованием защиты окружающей среды и обеспечения безопасности работающих.
Основными источниками шума являются средства транспорта (в основном автомобили), силовые установки, системы вентиляции, электрифицированный инструмент и т.д. Одним из наиболее распространённых источников являются также и строительно-дорожные машины, в обслуживании которых заняты сотни тысяч человек. Строительно-дорожные машины (СДМ) заняты в многочисленных видах работ в городах и населённых пунктах (прокладка дорог и коммуникаций, сооружение зданий, выполнение работ по благоустройству и т.д.), где они являются заметным источником акустического загрязнения. Таким образом, проблема защиты от шума СДМ имеет двойственный характер - это проблема защиты обслуживающего персонала (операторов) СДМ и проблема снижения шума от работающих машин в окружающей среде.
Шум в кабинах СДМ и в окружающей среде зависит от типа машин, интенсивности её источников, характера выполняемой работы, года выпуска и т.д. Уровни звука на рабочих местах операторов СДМ, эксплуатирующихся в нашей стране в основном лежат в диапазоне 75-90 дБА (при норме 80 дБА), что говорит об актуальности снижения шума. Внешний шум машин характеризуется уровнями 80-95 дБА (на расстоянии 7,5 м) при норме шума в жилой застройке 55 дБА (в дневное время), и 45 дБА (в ночное время), что не позволяет использовать большинство СДМ для работы в городах ночью, а в дневное время вводить определённые ограничения.
В области виброакустики СДМ ведутся исследования, сложились научные школы, среди которых наибольшую известность имеет школа под руководством д.т.н. проф. Н.И. Иванова. Вопросами шумозащиты на СДМ (и близких к ним типах машин) посвятили исследования Г.М. Курцев, Л.Ф. Дроздова, В.Я. Балакирев, В.И. Поварков, Д.А. Куклин, В.М. Куликов, Ю.Ф. Устинов, В.Ю. Кирпичников, В.А. Казаков и др. Большую работу по снижению шума СДМ ведут известные фирмы «Caterpillao , «Komatsu», «Volvo» и др. Основное направление работ здесь - разработки шумозащиты путем проведения специальных экспериментов без глубоких научных обобщений акустических процессов. В последние 30-40 лет наблюдается тенденция ужесточения норм шума в т.ч. и на СДМ. Так норма внешнего шума СДМ ужесточилась на 10-12 дБА (за рубежом), а норма шума на рабочих местах на 5 дБА (в нашей стране). Ужесточение норм шума, появление новых строительных технологий, увеличение производительности и мощности СДМ потребовало выполнения новых исследований в области борьбы с шумом, в том числе уточнения методов расчёта ожидаемой шумности, разработки методов разделения вклада источников шума, разработки новых и уточнения имеющихся расчётных схем и математических моделей шумообразования, широкой проверки получаемых результатов на разнообразных типах машин, разработки и апробации новых средств шумозащиты. Заметим, что если раньше, когда шум СДМ отличался более высокими уровнями, шумо-защита могла быть выполнена, минуя научные исследования (интуитивно, по образцам менее шумных машин и т.д.), то в настоящее время, когда идёт массовое снижение шума СДМ, шумозащита для менее шумных машин зачастую не может быть осуществлена без проведения специальных исследований. Это объясняется сложностью процессов шумообразования, когда вклад различных источников в процессы шумообразования становится близким друг к друїу и выявить один источник на фоне других (для снижения его вклада) представляется весьма затруднительным.
Цель работы: развитие научных основ оценки процессов шумообразования и снижения шума на СДМ различных типов.
Научная новизна:
1. Разработка комплекса расчётных схем и математических моделей шумообразования на СДМ различных типов.
2. Разработка расчетного метода определения вклада различных источников в процессы образования внутреннего и внешнего звуковых полей СДМ.
3. Разработка метода расчёта эффективности и выбора ограждающих конструкций СДМ. 4. Классификация СДМ и источников шума по степени шумности и процессам шумообразования.
5. Разработка теоретических положений генерации шума при взрывном источнике возмущения.
Практическая полезность:
1. Получены акустические характеристики основных типов СДМ и их источников.
2. Разработаны рекомендации по снижению шума СДМ.
3. Установлена связь акустических характеристик ограждающих конструкций с их конструктивным исполнением.
4. Разработаны ограждающие конструкции шумозащиты рабочих органов СДМ.
5. Определены параметры вклада источников воздушного шума для основных типов СДМ во внешнее и внутреннее звуковые ПОЛЯ.
6. Определены параметры вклада звуковой вибрации во внутренние поля исследуемых СДМ.
7. Получены практические результаты снижения шума на СДМ на основании предложенных рекомендаций.
Внедрение результатов исследования: в научно технической документации, при разработке конструкций СДМ известной зарубежной фирмы, на отдельных типах СДМ.
Апробация работы: Материалы диссертации доложены: в лаборатории борьбы с шумом и вибрацией ИГД им. А.А. Скочинского (г. Люберцы, 1985 г.), в научно-исследовательской группе №2 Военно-инженерной академии им. В.В. Куйбышева (г. Москва, 1985 г.), на научно техническом семинаре Северо-Кавказского научного центра высшей школы (г. Новочеркасск, 1985 г.), на заседании кафедры охраны труда Ленинградского механического института (г. Ленинград, 1986 г.), на секции учёного совета ЦНИИПОДЗЕММАШ (г. Москва, 1987 г.), на семинаре «Борьба с шумом и звуковой вибрацией» научного совета по акустике АН СССР (г. Москва, 1987 г.), секции научно-технического совета Государственного Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности (г. Макеевка, 1987 г.), научно-техническом семинаре по борьбе с шумом и вибрацией в строительстве (Ленинград, 1989 г.), научно-практической конференции «Акустическая экология-90» (Ленинград 1990 г.), заседание семинара № 7 «Научные и технические проблемы в области экологии» второй Петербургской международной конференции «Научные и технологические парки» (Санкт-Петербург, 1991 г.), научно-практической конференции «Промышленная экология-97» (Санкт-Петербург, 1997 г.), четвёртой Всероссийской научно-практической конференции «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1999 г.), Первой, Второй, Третьей Всероссийских школах семинарах «Новое в теоретической и прикладной акустике» (Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2003 гг.), The 4th International Symposium «Transport Noise-2002» (St. Petersburg, 2002), the 9th International Congresses on Sound and Vibration (USA, 2002), 10th International Congresses on Sound and Vibration (Sweden, 2003), 11th International Congresses on Sound and Vibration (Russia, 2004) and 12 International Congresses on Sound and Vibration (Portugal, 2005), Второй Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT 2005» (Тольятти, 2005 г), заседаниях кафедры «Экология и БЖД» БГТУ «ВОЕНМЕХ» (Санкт-Петербург, 2002, 2003, 2004 и 2005 гг.), научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» (Санкт-Петербург, 2006 г).
По теме диссертации опубликовано 43 печатных работы, в том числе монография объёмом 7 п.л. и получено 1 авторское свидетельство.
На защиту выносятся:
- расчётные акустические модели внутреннего и внешнего звуковых полей СДМ; - математическое описание образования внутреннего и внешнего звуковых полей для различных расчётных схем СДМ, в т.ч. СДМ со взрывным источником;
- расчетные методы определения вклада источников воздушного шума основных типов СДМ;
- классификации акустических характеристик и источников шума СДМ;
- выполнение расчётов по определению вклада источников шума во внутреннее и внешнее звуковые поля основных типов СДМ;
- определение акустических характеристик источников шума основных типов СДМ;
- определение акустических характеристик основных конструкций шу-мозащиты СДМ;
- разработка рекомендаций по снижению шума различных типов СДМ;
- разработка ограждающих шумозащитных консгрукций и исследование их эффективности на СДМ различных типов.
Автор выражает признательность научному консультанту проф. Н.И. Иванову за консультации и неизменную поддержку, моим коллегам Г.М. Курцеву, Д.А. Куклину, A.M. Вельбелю и сотрудникам кафедры «Экология и БЖД» БГТУ «ВОЕНМЕХ» за помощь в работе.
Процессы шумообразования на строительно-дорожных машинах
Исследуемые объекты характеризуются очень сложными процессами шумообразования, обусловленными как наличием большого числа источников шума, так и сложными и многочисленными путями проникновения шума от источника шума в расчетную точку. Отдельные особенности этих процессов описаны в литературе [33, 127, 152, 163-202]. Основными источниками шума (ИШ) на строительных и дорожных машинах являются: корпус, всасывание и выхлоп двигателя внутреннего сгорания, гидравлические системы, исполнительные органы, вспомогательные системы, движитель (для гусеничных машин). В основном эти источники образуют воздушную составляющую шума. Процессы шу-мообразования в кабине характеризуется наличием как воздушной, так и структурной составляющих; последняя образуется от вибрации силового привода или виброактивных исполнительных органов [163,172,173,174]. Согласно данным, изложенным в [164], процесс шумообразования в кабине строительно-дорожной машины схема которой приведена на рис. 1.6, можно представить в виде энергетического суммирования вкладов от различных ИШ по различным путям проникновения в кабину. I путь - от источника внутреннего шума (например, система кондиционирования воздуха) до оператора (вклад зависит от интенсивности внутреннего источника); // путь - возбуждением вибрации в таких элементах кабины как остекление, стены, потолок и пр. путём передачи вибрации от опорных связей двигателя через раму и виброизоляторы кабины, а затем излучение этой энергии в кабину - звуковая вибрация проявляется на низких частотах (шум зависит от эффективности виброизоляции кабины и двигателя, диссипатирующих свойств рамы и потерях в элементах излучения); III путь - от корпуса двигателя через подкапотное пространство и далее через перегородку между дизельным отсеком и кабиной (зависит от звукоизоляции перегородки и коэффициента поглощения звука в подкапотном пространстве); IV путь - через открытый нижний проём в капоте, отражаясь от поверхности, на которой расположена машина, и далее через пол кабины (зависит от звукоизоляции пола, размеров проёма и звукопоглощения поверхности); V путь - от внешнего источника через остекление или стену кабины (за висит от интенсивности источника, расстояния до кабины и звукоизоляции соответствующего элемента). VI путь -01 внешнего источника, дифрагируя на элементах ограждения кабины - потолке, остеклении, стенах (зависит от размеров ограждающих элементов и типа источника- сферический, плоский и пр.); VII путь - отражением звука от всех ограждений внутри кабины (опре деляется коэффициентом звукопоглощения в кабине); VIII путь - проникновение звука от любых внешних источников через неплотности, например, в полу, открытые проёмы, например, открытое окно и пр. (зависит от степени акустической герметизации кабины, т. е. площади незакрытых элементов).
Процессы шумообразования в кабинах очень сложны и требуют глубокого изучения и осмысления. Чтобы выполнить аналитическое Процессы шумообразования происходят следующим образом: / путь - шум от источников, расположенных в моторном отсеке, через панели ограждения капота; // путь - от выпуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС); /// путь - от всасывания ДВС; IVпуть - от гусениц. Анализ расчетных схем показанных на рис. 1.6 и 1.7, а также анализ описанных авторами путей проникновения шума во внешнее и внутреннее звуковое поле, показывает, что чуть ли не каждый тип строительно-дорожных машин имеет свои особенности в расчетной схеме и в путях проникновения шума, определяемые видом источников шума, их расположени ем, конструктивными особенностями машины. Покажем, каким образом выполняются теоретические расчеты шума машин. Для удобства рассмотрим отдельно описание процессов образования воздушного и структурного звука. В основе современной технической акустики лежат три теории: волновая, геометрическая и статистическая. 11е вдаваясь подробно в достоинства и недостатки каждой из теорий, отметим, что в основном расчеты воздушного звука базируются на статистической теории с привлечением элементов геометрической (например, процессы отражения) и волновой (например, границы исследования) теорий.
Основы статистической теории заложены в первой половине XX столетия У. Сэбином. В ее развитии принимали участие выдающиеся отечественные и зарубежные ученые, разработавшие основы акустических расчетов в промышленно-гражданском строительстве, судостроении, авиастроении и пр: Е.Я. Юдин, И.И. Клюкин, Г.Л. Осипов, А.Г. Мунин, М. Крокер, Л. Беранек, Р. Лайон, Г. Майданек, А.С. Никифоров и др. Статистическая теория исходит из понятия диффузности звукового поля и принципа энергетического сложения акустических сигналов без учета интерференции, резонансов, принимая источники звука или складываемые сигналы некогерентными. Допущение о диффузности звуковых полей весьма условно, но оно позволило получить довольно простые и физически ясные методы акустических расчетов. Например в работе [191] приведен расчет воздушного шума в вагоне: где п - число ограждающих конструкций, через которые шум проникает в ЗИ, - звукоизоляция z-той ограждающей поверхности, дБ; А - звукопоглощение вагона, м2. Отметим, что этой формулы недостаточно для расчетов, т.к. не хватает ряда промежуточных значений, в формуле отсутствует значение площади. Более подробной выглядит формула для расчетов шума в кабинах строительно-дорожных машин [192], где даны методы расчета воздушной и структурной составляющей в виде: где Ь] - поправка на звукопоглощение;
Характеристики шума всасывания
Взрывогенерагор (ВГ) - комплекс устройств, обеспечивающих формирование и подрыв с регулируемой частотой зарядов жидкой взрывчатой смеси (ЖВС). Принципиальная схема взрывогенератора представлена на рис. 2.18. Два порозонь взрывобезопасных компонента - горючее и окислитель - подаются по коммуникациям из емкостей к струйному взрывному аппарату (форсунке). Вытекая из аппарата соударяющимися струями, направленными под углом друг к другу, компоненты смешиваются и образуют поток ЖВС, при натекании которого на преграду формируется заряд. С целью его подрыва в струю горючего впрыскивается небольшая порция инициатора, для чего генератор аппарата управления формирует электрические импульсы с регулируемой частотой повторения 1...20 с"1, разрешающие кратковременной открытие клапана инициатора. От частоты срабатывания клапана зависит частота взрывов (BF= 60...1200 взр/мин) и, так как компоненты ЖВС истекают непрерывно, - масса-отдельного заряда. Например, при номинальном суммарном расходе ЖВС Q = 8 л/мин - гп0 = 8... 170 г. То есть, чем ниже взрывная частота, тем больше заряд ЖВС и мощнее взрывы, а при увеличении взрывной частоты сила отдельного взрыва уменьшается на определенную величину. Передвижные взрывогенерагорные установки (ВГУ) представляют собой (рис. 2.19) смонтированный на колесной или гусеничной базе комплекс устройств, организующий взрывной процесс в любой точке поверхности, площадь которой определяется размерами манипулятора. Взрывной процесс является источником сверхинтенсивного шума, уровни звука которого достигают 120-130 дБ А. Автором предложено рассматривать взрывной процесс в виде двух источников: источника воздушных ударных волн (УВ) и приведённого источника аэродинамического воздушного шума (ИШ1ф). При детонации заряда взрывчатого вещества (ВВ) в атмосфере (рис. 2.20) взрывные газы или продукты взрыва (ПВ), рассматриваются в настоящее время как термодинамическая система, только контактирующая с окружающим воздухом; при этом теоретический закон их движения представляет собой затухающие пульсации облака ПВ около некоего г = гкр. Подобное происходит при взрыве в воде, но в этом случае среда и ПВ находятся в разных агрегатных состояниях, что обуславливает наличие контактной границы и отсутствие смещения на всех этапах движения взрывных газов. Для взрыва же в воздухе можно предположить, что по мере расширения и , следовательно, падения давления и плотности ПВ последние всё более интенсивно начинают смешиваться с воздухом; причём, начиная с некоторого расстояния гкрак, движение взрывных газов будет определяться в основном закономерностями турбулентного смещения, что, в свою очередь, обуславливает непрерывное расширение ПВ и отсутствие их затухающих пульсаций. При этом из физических соображений было выбрано, что rKpdK гкр=10 11го, где г0 - радиус заряда ВВ. Для количественной оценки движения ПВ представим расширяющиеся взрывные газы в виде струйной модели: поверхность ПВ при г=гкр представляет собой совокупность элементарных окружностей радиуса R. Каждая окружность является выходом (срезом) элементарного сопла, а поток, якобы вытекающий из сопла, есть свободная осесимметричная турбулентная струя; при этом массовая скорость поверхности ПВ равна осреднённои скорости на оси каждой струи. Расчёт поля течения каждой струи (с вариациями начальных условий и температуры) проводился по программе, изложенной в [11]. Результаты расчёта сравнивались с данными измерений скорости ПВ, полученными А.П. Ворониным с сотрудниками. (Отметим, что авторы объясняют непрерывное расширение ПВ тем, что при детонации образуются не только газы, но и твёрдые частицы, которые и образуют светящуюся границу облака ПВ, видимую при киносъёмке, в то время, как чисто газообразные продукты
Расчёты звука во внешнем звуковом поле
В разделе 2.5.2 настоящей работы доказано, что для ВГ - процесса длительность г+ фазы сжатия ударной волны (УВ) весьма мало, при этом г+ «г,, где гэ - эффективное время усреднения уха человека (гэ=30-150 мс). Следовательно, на любых г и при любых взрывных частотах (BF) последовательность УВ во внешнем поле ощущается как последовательность только звуковых ударов (реальный аэродинамический шум зоны смешения не будет восприниматься человеком); при этом интегральный Lp и октавные L уровни шума определяются по (2.1 )-(2.3) в зависимости от давления Рф на фронте УВ. Для определения рф и г+ воспользуемся известными формулами Садовского [12]: Для определения г, а следовательно, рф и г+, необходимо определить приведенный радиус заряда го для ВГ процесса. 112 С использованием подходов, изложенных в [23], а также с помощью предложенного в разделе 2.5.2 способа оценки качества взрывного процесса, автором получено следующее полуэмпирическое выражение для расчета г0 при ВГ процессе, учитывающее следующие параметры: отношение удельной энергии взрывчатого превращения ЖВС к эталонному ВВ - тротилу; коэффициент объемной концентрации возмущенной области (для взрывов на границе полупространства к = 2); коэффициент, учитывающий отношение энергии формирования УВ в верхнем полупространстве (например, воздухе) и в нижнем (для ж/бетона, крепких пород к « 1); отношение плотностей ЖВС и тротила; неидеальность, как формирования зарядов ЖВС на преграде, так и их инициирования впрыском сплава (не детонатором!): где Q - расход ЖВС, л/мин. Выполнив дальнейшие преобразования, получим (для слабой УВ): В соответствии с табл. 3.2. рассматриваются 12 расчётных схем. Схема 1 Проникновение шума в кабину от точечного источника, (выхлоп, всасывание) (рис 3 8) Интенсивность звука, падающего на панель, расположенную перед источником звука: где WUim - акустическая мощность точечного источника, Вт; Q - пространственный угол излучения, (Q = 2л); Фшт - фактор направленности источника; Кш расстояние от источника до ближайшей панели, м. Прохождение звука через панели ограждения зависит от характера дифракции на внешних панелях и звукоизолирующих свойств панелей. Звуковая мощность, излучаемая /-ым элементом кабины: где тШ)1 - коэффициент звукопроводности /-го элемента кабины; Рш і коэффициент дифракции на г-ом элементе кабины; Skur, - площадь і-го элемента кабины, м2. Излучаемая мощность: гДе 17иф - добавка к звукоизоляции /-го ограждения кабины в зависимости от расположения к источнику (ґф = 5 дБ для потолка и боковых панелей, С"ф =8дБ Для задней по отношению к источнику панели, \ ф =0 для панели расположенной напротив источника); Сй = 101g/?габ, дБ. Интенсивность звука падающего на перегородку под капотом: Схема 3 Проникновение звука из проема в капоте отражением от бесконечной поверхности через пол в кабину (рис 3 10)
Интенсивность звука, падающего на проем в капоте: при этом Им - расстояние от проема до отражающей поверхности, м; Rde - расстояние от проема до пола кабины, м; С1 = 2я. Интенсивность звука, падающего на пол: где а, - коэффициент звукопоглощения отражающей поверхности. Излучаемая полом звуковая мощность: где Тт. - приведенный коэффициент звукопроводности пола; Sn, - площадь пола, м2. Шум в кабине: Подставив (3.64)-(3.69) в (3.70) получим: Мощность звука излучаемого капоюм: где 1кап - интенсивность звука, падающего на ограждения под капотом (см. 3.59); кап і - приведенный коэффициент звукопроводности /-той «активной» панели капота; j3Km - коэффициент неравномерности излучения звука стенами капота; SKan, - площадь /-той «активной» панели капота, м2. Предполагая, что ограждения кабины находятся в плоском звуковом поле капота, интенсивность падающего на кабину звука не зависит от расстояния и равна: где Smn - площадь «активных» панелей капота, излучающих звук (кро-ме, например, открытого нижнего проема и перегородки), м ; SKae - площадь элементов кабины, через которые попадает звук от капо-та (кроме пола и перегородки), м ; Мощность звука, излучаемого ограждениями кабины: где тка5, - звукопроводность і-го элемента кабины площадью SKa,; fimbi- коэффициент дифракции элементов ограждения кабины. Интенсивность звука в кабине: Подставив (3.73)-(3.75) в (3.76) и сделав необходимые преобразования, получим: Прологарифмировав обе части (3.77), получим: R - расстояние от гусениц до пола, м. Звуковая мощность, излучаемая полом: W 4у г _ пол тоб (3.81) каб. Подставив (3.79) и (3.80) в (3.81) получим: Л- = 4z nojiSn0JIPv,VCTка6 ІтгМА (3.82) Прологарифмировав обе части (3.79) и с учетом вклада двух гусениц: Каб. = Llc-3Hnon + 101g- -101gi? + 101gTra6-101g/ + l, дБ (3.83) Аш6. где ЗИшя - приведенная звукоизоляция пола. Схема 6. Проникновение звука от внешнего точечного источника через АЭ и элементы ограждения кабины в кабину (рис. 3.13) Вид сверху і ИШ (РО) Вид сбоку S і ИШ(РО) //77////////77/ ////////////////////// Рис. 3.13. Расчетная схема с расположением АЭ между РО и кабиной: 1 - кабина; 2 - расчетная точка (РТ); 3 - акустический экран (АЭ); 4 - источник шума - рабочий орган (РО), 5 - отражающая поверхность. 122 Принимаем ребра АЭ вторичными линейными излучателями, а сам экран - плоским излучателем. Интенсивность звука, падающего на АЭ от точечного источника звука: ист где WUim -акустическая мощность источника; Хиш - коэффициент ближнего звукового поля; Q - пространственный угол (для рабочих органов, расположенных в пространстве, Q = 4/r, полупространстве С1 = 2л) Гист - расстояние от ИШ до АЭ, м. Акустическая мощность на поверхности АЭ: где аікр , Ьокр - размеры АЭ, м (примем, что ажр = Ьжр = 1жр ); ocihp - коэффициент звукопоглощения материала АЭ со стороны ИШ. Интенсивность звука, проходящего через АЭ и падающего на кабину: где Кокр - расстояние от АЭ до кабины, м; токр - звукопроводность материала, из которого изготовлен АЭ. Если АЭ изготовлен из плотного материала и г«1, то Гккар6 крайне невелико. Звуковая энергия, дифрагирующая через п ребер АЭ и падающая на кабину (при и = 4): AW в I IL-irf tg-f- (3.87) где /Зжр - коэффициент дифракции. Здесь принимаем, что АЭ для рабочих органов выполняются сравнительно небольших размеров и расстояния от центра АЭ приблизительно равны расстояниям от ребер. Второе предположение о том, что АЭ расположен симметрично по отношению к ИШ и значения /?элр для всех его ребер приблизительно одинаково. Интенсивность звука, падающего на кабину составит: (3.89) Обозначим выражение в квадратных скобках - Е. Звуковая мощность, излучаемая х-м элементом кабины: где ака0,, Ьки(, -линейные размеры і-ой панели кабины, м; Pmoi - коэффициент, показывающий ориентацию ;- элемента кабины по отношению к источнику (/Зкао, = 1 для панели напротив АЭ, Рка6, = — для п всех панелей, кроме расположенной на противоположной стороне от АЭ панели кабины, для последней Рка6, - —); ткаб і - коэффициент звукопроводности / - го элемента ограждения кабины. Интенсивность звука в кабине:
Аналитические модели расчета ожидаемого шума в кабинах и на открытых рабочих местах исследуемых машин
Суммарное звуковое поле в кабине сваебойной машины формируется шумом, проникающим различными каналами от основных источников излучения (от выпуска и всасывания через панели ограждения кабины без перегородки и пола; от гидравлики, расположенной в отдельном капоте, непо средственно через перегородку кабины; от гидравлики и вентилятора, расположенных в отдельном капоте, через его ограждения и далее через панели ограждения кабиныс учетом приведенной звукоизоляции; от двигателя, вентилятора системы охлаждения и гидравлики через ограждения капота моторного отсека и далее через панели ограждения кабины с учетом приведенной звукоизоляции без перегородки и пола; от рабочего органа непосредственно через ограждения кабины с учетом приведенной звукоизоляции без пола и перегородки). Все расчеты выполняются по акустической мощности источников излучения. Расчетная схема для определения внутреннего шума сваебойной машины представлена на рис. 1, табл. 4.1. Шум выпуска, проникающий на рабочее место оператора через панели ограждения кабины с учетом дифракционных явлений, за исключением перегородки между капотом с гидравликой и кабиной и пола, определяется по формуле: Cu tp, - Добавка к звукоизоляции і-го ограждения кабины в зависимости от расположения ее панелей по отношению к выпускной трубе, дБ, /, ,, =5 -для крыши и боковых панелей; t pi =8 -для задней панели; Ака - звукопоглощение кабины, Ак1 = c w, -йкаб,Гщ , м2; семе - средний коэффициент звукопоглощения кабины; Skafilflll - общая площадь внутренних ограждений кабины, м ; ПНшп показатель направленности выпуска, учитывающий неравномерность излучения шума (по направлению) выхлопных газов, так и направление самой выпускной трубы по отношению к кабине, дБ; х - числовая добавка, которая при Q = ж равна 5 дБ, при Q = 2/г - 8 дБ, Q = 4;r - 11 дБ, (Q - пространственный угол излучения источников, при излучении в открытое пространство он составляет An, в полупространство In, в двугранный угол - /г). Шум всасывания, проникающий на рабочее место оператора через панели ограждения кабины, с учетом дифракционных явлений, за исключением перегородки между капотом с гидравликой и кабиной и пола определяется по формуле: Шум гидравлики, расположенной в отдельном капоте, примыкающем к кабине, и проникающий через перегородку между ним и кабиной на рабочее место определяется по формуле: a,an ш р - средний коэффициент звукопоглощения в отдельном капоте; Smp - площадь перегородки между кабиной и отдельным капотом, м ; \ш и)Р - площадь «активных» паней капота, в котором размещается гидравлика, через которые проникает звук, м2; ЗИтр - звукоизоляция перегородки, через которую звук проникает в кабину, дБ; Шум гидравлики, расположенной в отдельном капоте и проникающий на рабочее место через ограждения капота и далее через панели кабины, за исключением пола и перегородки определяется по формуле: Skanl u,p - площадь і-ой «активной» панели отдельного капота, в котором размещена только гидравлика, через которую звук проникает в открытое пространство, м"; ЗИШП1 и)р -звукоизоляция i-ой «активной»панели капота, дБ; Кап йор добавка к звукоизоляции панелей капота в зависимости от их расположения по отношению к кабине, дБ; Шум вентилятора охлаждения гидравлики, расположенной в отдельном капоте, и проникающий на рабочее место через панели ограждения кабины, за исключением пола и перегородки, определяется по формуле: Lwe,im-u,n - акустическая мощность, излучаемая вентилятором охлаждения гидравлики, расположенной в отдельном капоте, дБ; ЗИгср fcui - звукоизоляция перфорированной решетки, дБ; Ксргсш - усредненное расстояние от перфорированной решетки до ближней панели кабины, м; Skao „ ЗИШ„ Сг;р1, Аш(, , - см. формулу (4.1). Шум двигателя внутреннего сгорания (ДВС), проникающий на рабочее место через ограждения капота и далее через панели ограждения кабины с учетом дифракционных явлений, за исключением пола и перегородки (CU), определяется по формуле (4.4), с заменой значений гидравлики на соответствующие значения ДВС (УЗМ, R, А и т.д.), расположенного в другом капоте и добавлением в формулу значения (-10Igi?AU„()j). R n0( -усредненное расстояние от капота двигателя до ближайшей панели кабины, м. Шум гидравлики, расположенной в капоте с ДВС и проникающий на рабочее место через ограждения кабины с учетом дифракционных явлений, за исключением пола и перегородки (LKfp мкт ), определяется по формуле (4.4), с учетом, что все значения, входящие в формулу относятся к гидравлике, расположенной в капоте с двигателем и добавлением значения (-101g/?Kan.,urf/n)g)5 где Кап гидр ов - усредненное расстояние от капота с гидравликой и двигателем до ближайшей панели кабины, м. Шум вентилятора системы охлаждения двигателя, проникающий на рабочее место через ограждения капо га и далее через панели ограждения кабины за исключением пола и перегородки (С , ,и ), с учетом дифракционных
