Введение к работе
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 м3). 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 новизна:
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 ELPIT 2009 г., г. Тольятти, 19 сентября 2009 г., конференции EURONOISE 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.
– 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.
