Введение к работе
Актуальность работы. Забойные, транспортные и стационарные горные машины при работе генерируют в окружающую среду шум высокой интенсивности, уровень которого превосходит допустимые санитарные нормы.
Шумовое загрязнение в рабочих зонах горных машин отрицательно влияет на здоровье обслуживающего персонала, понижает производительность труда горнорабочего и препятствует правильному восприятию подаваемых сигналов и команд в процессе трудовой деятельности.
Эффективным средством защиты обслуживающего персонала горных машин от вредного шумового загрязнения в зонах рабочих мест, являются звукоизолированные кабины управления и наблюдения для операторов .
Звукоизоляция кабины зависит от звукоизолирующих свойств применяемых материалов для сооружения кабин. Прозрачные обзорные поверхности кабин, выполненные из однослойных или двухслойных остекленных конструкций имеют наиболее низкую звукоизоляцию по сравнению с другими конструктивными элементами кабины. Откуда следует, что звукоизоляция остекленных конструкций кабин определяет звукоизоляцию всей кабины.
Цель» диссертационных исследований является повышение звукоизоляции остекленных поверхностей кабин управления горных машин, кабин управления и постов наблюдений шахтных стационарных установок за счет применения оптимальных геометрических размеров по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция остекленной конструкции максимальная, а материальные затраты на изготовление конструкции минимальны.
Основная идея работы состоит в определении математических моделей звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций в третьоктавных полосах частот и по шкале "А", как многофакторных Функций переменных величин, являющихся геометрическими размерами по толщине элементов конструкции. Математические модели исследованы на максимум и минимум Функции с определением геометрических рачмеров по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция конструкции максимальна.
Методика исследования. Базируется на основных закономерностях математики, математической статистики, акустики и механики. Принят экспериментальный метод исследований для определения зависимостей звукоизоляции остекленных конструкций от управляемых переменных, а именно - метод планирования эксперимента по критерию Д-оптимальности с последующими исследованиями многофакторных функций на экстремальные значения.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Звукоизоляция одно и двухслойных остекленных конструкций,
которые входят составными элементами ограждающей от шума поверх
ности кабины управления горных, стационарных и транспортных ма
шин, зависит от геометрических размеров по толщине элементов
конструкции и физических свойств прозрачных сред, а математичес
кие модели звукоизоляции таких конструкций описываются однофак-
торными или трехфакторными функциями управляемых переменных, ко
торыми являются размеры по толщине стекол и рооотолния между пп-
ми; функции имеют вид полинома второго порядка и удобны к проведению анализа на экстремальные значения звукоизоляции конструкции;
-
При определенных соотношениях размеров по толщине элементов остекленной конструкции, звукоизоляция ее достигает максимального значения в рассматриваемых полосах частот аэродинамического шума, такие размеры являются оптимальными, при этом расход по массе стекла на единицу звукоизоляции минимален в сравнении с другими соотношениями геометрических размеров;
-
Применение гидравлической прослойки, вместо воздуха, между стеклами в двухслойной конструкции повышает звукоизоляцию конструкции и математическая модель ее звукоизоляции описывается трехфакторной функцией управляемых переменных, являющихся геометрическими размерами по толщине элементов конструкции; функция имеет вид полинома второй степени и удобна для проведения ее анализа на экстремальные значения.
Обоснованность и достоверность научных положений. Обусловлена применением строгих закономерностей математики и математической статистики при описании математических моделей звукоизоляции остекленных конструкций и их анализа на экстремум. Использование метода планирования эксперимента по критерию Д-оптимального плана позволяет, при минимальном количестве постановки опытов, получать математическое описание исследуемого процесса с высокой адекватностью показаниям эксперимента. Достоверность математического описания исследуемого процесса звукоизоляции остекленных конструкций оценивается критерием Фишера, значение которого находится на уровне ft % значимости.
Экспериментальные исследования проведены в двухсекционной акустической камере общим объемом 100 м.куб. с применением акустической измерительной аппаратуры фирм "Брюль и Къер" и РГТ (Германия), предназначенных для лабораторных измерений. Акустическая камера, измерительная аппаратура и применяемые методы измерений соответствуют требованиям ГОСТ и мелизм/народным стандартам (ISO).
Научная новизна и значимость результатов исследований состоит:
- впервые, метолом планировании эксперимента, получены мате-
матические модели звукоизоляции остекленных конструкции, которые входят составными частями ограждающих поверхностей звукоизолированных кабин управления и наблюдения горношахтных машин, в виде полиномов второго порядка управляемых переменных, являющихся размерами по толщине стекол и расстояния между ними;
математические модели звукоизоляции остекленных конструкций получены для третьоктавных среднегеометрических полос шума от 160 до 4000 Гц и по шкале "А" в удобной математической записи для выполнения анализа функции на экстремальное значение по звукоизоляции конструкции;
впервые установлено, что при определенном сочетании толщин стекол и расстояния между ними в двухслойной остекленной конструкции возможно получить максимальную звукоизоляцию всей конструкции в рассматриваемых полосах частот шума, что обуславливает повышение звукоизоляции кабин управления и наблюдения горношахтных машин;
определено влияние гидравлической прослойки в двухслойной остекленной конструкции на ее звукоизоляцию, получены математические модели звукоизоляции таких конструкций в третьоктавных полосах частот шума как трехфакторных полиномов второго порядка и доказана возможность уменьшения толщины двухслойной конструкции за счет гидравлической прослойки, а это имеет важное значение при конструировании кабин управления забойных и транспортных машин;
математические модели звукоизоляции остекленных конструкций дают возможность разработки методик расчетов оптимальных геометрических размеров по толщине элементов конструкции с использованием ЭВМ в диалоговом или автоматическом режиме.
Практическое значение работы. На базе математических моделей звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций, по данным математического анализа на экстремум многофакторных функций, разработаны три методики расчета по определению оптимальных геометрических размеров по толщине стекол и расстояния между ними. Разработаны алгоритмы и составлены программы расчетов на ПЭВМ.
При оптимальных размерах элементов конструкции звукоизоляция ее максимальна, а расход листового стекла по массе на ее изготовления минимален. Этим достигается решение поставленной задачи исследования - повышение звукоизоляции остекленных конструкций кабин управления горных машин и стационарных установок. При этом звукоизоляция кабины проникновению аэродинамического шума повышается, что обуславливает уменьшение шумового загрязнения в рабочей зоне управления машиной.
Реализация работы. По заданию Садонского свинцово-цинкового комбината (СЦК) в августе 1995 г. нами выполнены замеры шумового
загрязнения в двух компрессорных станциях и в камере вентилятора главного проветривания рудника "Архон".
Для ограждения операторов стационарных установок на обследованных объектах от воздействия аэродинамического шума высокого уровня, нами разработаны технические проекты трех кабин управления и наблюдения для операторов и обслуживающего персонала. Остекленные смотровые поверхности кабин в виде двухслойных конструкций с воздушным промежутком запроектированы с оптимальными геометрическими размерами по толщине и максимальными звукоизоляционными свойствами. Техническая документация трех проектов передана руководству Садонского СЦК для дальнейшего практического применения.
Методика расчета оптимальных геометрических параметров по толщине элементов двухслойной остекленной конструкции, с программой расчета на ПЭВМ, передана проектным институтам "Кавказцвет-метпроект" (г. Владикавказ) и ВНИИП "Промтехнология" (г. Москва) для практического использования в выполняемых проектах горношахтных стационарных установок.
Тема диссертационных исследований входит составной частью плана научно-исследовательских работ Северо-Кавказского государственного технологического университета на 1994-1996 г.г. Выполнение НИР финансируется по единому наряд-заказу Государственным Комитетом по высшей школе Российской Федерации, а сам план НИР СКГТУ входит в план НИР Комитета.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:
ежегодных научно-технических конференциях Северо-Кавказского государственного технологического университета в 1995-96 годах, г. Владикавказ;
Науно-Технической конференции с международным участием ученых и инженеров в честь 100-летия со дня рождения проф. Весе-ловаЛ.А., Екатеринбург, 1995 г.;
Международном симпозиуме "Горная техника на пороге 21 века", Москва, 1995 г.;
Второй Международной конференции "Безопасность и экология горных территорий", Владикавказ. 1995 г.
Публикация. По результатам диссертационных исследований опубликовано 4 научных работы.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы 165 наименований и приложения. Работа содержит 235 страницы, в том числе 43 рисунка, 65 таблиц. Основной текст диссертационных исследований составляет 156 страниц.
В первой главе выполнен обзор состояния вопроса по опубликованным раоотам на тему диссертации и сформулированы задачи исследования.
Вторая глава содержит исследования математических моделей звукоизоляции остекленных конструкций в различном исполнении и их анализ на экстремальные значения.
В третьей главе изложены методики расчетов оптимальных геометрических размеров по толщине элементов остекленных конструкций с использованием программирования и ЭВМ.
В четвертой главе рассмотрены варианты применения различных видов остекленных конструкций в кабинах управления и наблюдения забойных, транспортных и стационарных горных машин с определением шумового загрязнения в пространстве кабины.