Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 9
1.1. Имеющиеся исследования шума двигателей внутреннего сгорания 13
1.2. Используемые на двигателях внутреннего сгорания путевых и дорожно-строительных машин глушители шума выпуска 17
1.3. Результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик в кабинах локомотивов
1.4. Анализ результатов исследований акустических экранов 30
1.5. Выводы по главе. Цель и задачи исследования 34
2. Теоретическое исследование шумообразования на участках испытаний локомотивов 36
2.1. Моделирование процессов шумообразования на рабочих местах 38
2.2. Теоретическое обоснование параметров систем снижения шума на рабочих местах операторов участков испытаний локомотивов 41
2.3. Определение уровней шума в рабочем помещении (кабине), создаваемых при воздействии воздушной составляющей 45
2.4. Определение требуемой звукоизоляции элементов рабочего помещения (кабины) 52
2.5. Алгоритм расчета критерия оптимизации по звукоизолирующему материалу и толщине элемента остекления 58
2.6. Выводы по главе 64
3. Экспериментальные исследования акустических характеристик на участке испытаний локомотивов 65
3.1. Методика проведения экспериментальных исследований шумовых характеристик
65 3.2. Условия производства технологического процесса участка испытаний локомотивов 73
3.3. Последовательность проведения специальной оценки рабочих мест по условиям труда операторов участка испытаний локомотивов 76
3.4. Анализ потенциально вредных и (или) опасных производственных факторов на участке испытаний локомотивов 77
3.5. Анализ результатов измерений спектров шума 83
3.6. Исследования акустической эффективности экранов 87
3.7. Выводы по главе 92
4. Практическая реализация и внедрение результатов исследований 93
4.1. Критерии оценки виброакустических качеств рабочего помещения (кабины) дистанционного управления 94
4.2. Оценка звукоизолирующих свойств элементов рабочего помещения (кабины)
4.3. Анализ конструкций акустических экранов 99
4.4. Выводы по главе 109
Заключение 110
Список литературы
- Результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик в кабинах локомотивов
- Теоретическое обоснование параметров систем снижения шума на рабочих местах операторов участков испытаний локомотивов
- Алгоритм расчета критерия оптимизации по звукоизолирующему материалу и толщине элемента остекления
- Анализ потенциально вредных и (или) опасных производственных факторов на участке испытаний локомотивов
Введение к работе
Актуальность темы. Испытания технологических машин различного функционального назначения неизбежно сопровождается повышенными уровнями шума, в частности, на участках реостатных испытаний в локомотивных депо. Испытаниям подвергаются как электродвигатели, так и двигатели внутреннего сгорания. С точки зрения условий труда операторов участки испытания являются неблагоприятными, так как характеризуются значительным количеством опасных и вредных факторов, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) и уровни (ПДУ). К наиболее значимым относятся загазованность, акустические факторы.
В настоящее время выполнены работы по теоретическому исследованию, разработке практических рекомендаций по снижению загазованности на участках реостатных испытаний локомотивов. Однако, по степени воздействия на операторов первостепенное значение имеет звуковое излучение и для двигателей внутреннего сгорания, и электродвигателей. Исследований в этой области практически не проводилось как в теоретическом, так и экспериментальном плане. Практических разработок по обеспечению санитарных норм шума не было.
Поэтому задача снижения уровней шума на участках испытаний локомотивов является актуальной и имеет большое научно-техническое и социально-экономическое значение.
Степень разработанности темы. В исследование шума объектов железнодорожного транспорта и разработку практических рекомендаций по его снижению внесли вклад такие отечественные и зарубежные ученые как: Г.Л. Осипов, Н.И. Иванов, А.А. Климухин, С.Д. Ковригин, П.И. Поспелов, Б.Г. Прутков, Б.А. Самойлюк, И.Л. Шубин, Е.Я. Юдин Б. Хэмсуорф и др. (расчет внешнего шума поезда и расчет эквивалентного уровня шума поезда).
Наиболее полно изучены процессы шумообразования путевых и дорож-но-строительных машин. В развитие теории и практики борьбы с шумом путевых и строительных машин большой вклад внесли отечественные ученые Н.И.
Иванов, Л.Ф. Дроздова, Г.М. Курцев и др., а также зарубежные ученые М. Ренг, Э. Икава, Ц. Итикава, Х. Ито и др. Свой вклад в решение задачи расчета уровней шума в кабинах подвижного состава внес Пронников Ю.В.
Исследованиями и расчетами акустических экранов занимались и/или занимаются: Н.И. Иванов, А.С. Никифоров, Д.А. Куклин, Н.В. Тюрина, М.И. Смирнов, А.Л. Терехов, Д.А. Минаев, А.Н. Чукарин, ученые США: П. Дж. Ремингтон, Д.А. Тауэрс, Л.Г. Курцвайль и др.
Цель диссертационной работы является обеспечение акустической безопасности на участках испытаний локомотивов по критерию выполнения предельно допустимых уровней звукового давления.
Объектом исследования являются процессы шумообразования на участках испытаний локомотивов.
Предметом исследования являются закономерности формирования звукового поля на рабочих местах операторов участков испытаний локомотивов.
Область исследования. Содержание диссертации соответствует п.7 предметной области специальности 05.26.01 - научное обоснование, конструирование, установление области рационального применения и оптимизация параметров способов, систем и средств коллективной и индивидуальной защиты работников от воздействия вредных и опасных факторов.
Задачи исследования
-
Исследовать формирование спектров шума на участках испытаний локомотивов теоретически.
-
Получить аналитические зависимости для определения уровней звукового давления в производственном помещении и рабочих зонах операторов для различных вариантов системы шумозащиты.
-
Разработать методику инженерного расчета систем шумозащиты операторов участков испытаний локомотивов по критерию выполнения санитарных норм шума.
4. Разработать инженерные решения по снижению на рабочих местах операторов участков испытаний локомотивов уровней звукового давления до предельно допустимых величин.
Научная новизна работы заключается в следующем:
приведено новое решение улучшения условий труда операторов на участках испытаний локомотивов за счет обеспечения санитарных норм шума - актуальной научно-технической и социально-экономической задачи;
разработаны модели шумообразования на участках испытаний локомотивов и получены аналитические зависимости уровней звукового давления, создаваемых в производственном помещении, учитывающих акустические характеристики самого помещения и испытываемых двигателей в производственном помещении.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:
теоретически обоснована система снижения уровней звукового давления операторов участков испытаний локомотивов по критерию выполнения санитарных норм шума;
получена методика инженерного расчета средств шумозащиты операторов, обеспечивающих выполнение санитарных норм шума;
- разработаны практические рекомендации по снижению уровней шума,
заключающиеся в акустическом проектировании рабочего помещения (кабины)
диагностики с необходимой звукоизоляцией для участка испытаний локомоти
вов и рационального подбора звукопоглощающих панелей на участках испыта
ний локомотивов.
Методология и методы исследований
В работе использованы основные положения технической акустики, методики специальной оценки условий труда на рабочих местах и экспериментальных исследований шумовых характеристик, а также статистические методы оценки достоверности полученных экспериментальных данных.
Исследования проведены в реальных производственных условиях в Сервисном локомотивном депо Тихорецкая филиала «Северо-Кавказский» ООО «ТМХ-Сервис».
Положения, выносимые на защиту
-
Модели процессов шумообразования на рабочих местах операторов участков испытаний локомотивов;
-
Аналитические зависимости уровней звукового давления, создаваемых на рабочих местах операторов;
-
Результаты специальной оценки условий труда;
-
Экспериментальные данные уровней звукового давления на рабочих местах операторов;
-
Конструкция рабочего помещения (кабины) диагностики локомотивов;
-
Конструкция оригинальной системы звукопоглощения жалюзийного типа, обеспечивающей высокую акустическую эффективность в широком частотном диапазоне.
Реализация результатов.
Результаты исследований испытаны и внедрены на участке реостатных испытаний Сервисного локомотивного депо Тихорецкая филиала «СевероКавказский» ООО «ТМХ-Сервис» с ожидаемым годовым социально-экономическим эффектом от снижения шума 55 тыс. рублей на одного оператора (в ценах 2015 г.).
Достоверность результатов, приведенных в работе обеспечена строгостью использования математического аппарата, применением актуальной методики измерений с помощью современных приборов первого класса точности. Экспериментальные исследования проводились при специальной оценке рабочих мест по условиям труда организацией Центр «Охрана труда и промышленная безопасность», имеющей аттестат аккредитации на право проведения работ по специальной оценке условий труда, подтвержденного областью аккредитации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (North Charleston, USA, 20 октября 2014).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК России для публикации основных научных результатов. Общий объем работ составляет 2,87 п.л, в том числе доля соискателя 2,26 п.л.
Личный вклад автора: в диссертационной работе и публикациях, представлены научные результаты, в получении которых личный вклад соискателя является доминирующим (постановка задачи исследования, вывод теоретических зависимостей уровней звукового давления на рабочих местах операторов, экспериментальные исследования спектров шума, разработка конструкций систем снижения шума).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, состоящего из 107 наименований, 2 приложений, изложена на 110 страницах машинописного текста и содержит 33 рисунка, 9 таблиц. Общий объем работы составляет 131 страницу.
Результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик в кабинах локомотивов
В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) возникают шумы разного происхождения. В первую очередь - аэродинамический шум, возникающий при всасывании воздуха, выпуске отработавших газов, вращении крыльчатки вентилятора, а также шум сгорания в цилиндрах, механические и ударные шумы. Источниками механических шумов являются: вибрации в цилиндрах стенок гильз, головки блока цилиндров и в подшипниках коленчатого вала; взаимодействия поршня с цилиндром, распределительных шестерен; взаимодействие элементов насосов (топливного и масляного); вибрации и стуки клапанного механизма.
Вопросам шумообразования и расчетам акустических характеристик корпуса двигателя внутреннего сгорания посвящено большое количество работ, выполненных за рубежом и в нашей стране. Получен ряд эмпирических и аналитических зависимостей для расчета шума корпуса двигателя внутреннего сгорания. Например, Луканин В.Н. предложил рассчитывать, зная параметры вибрации, мощность акустического излучения ДВС так: w=Piilp I + i=iр . c.s, .32 где s, sL - общая поверхность ДВС, ее і-й участок; 0,flL - скорость колебательного процесса виброизолированного ДВС і-го участка поверхности.
Приведена формула в работе П. Толена [42] для расчета уровня звука устанавливаемых на строительно-дорожных машинах двигателей внутреннего сгорания в зависимости от числа цилиндров і, скорости поршня ст и длины хода поршня Sn: L=30 lgcm + 5 lg I +69 (1.2) Корпус двигателя внутреннего сгорания является источником шума высокой интенсивности. Уровни звука двигателей путевых машин и строительно-дорожных машин находятся в диапазоне 102-115 дБА. У двигателей внутреннего сгорания мощностью 75 кВт установлено, что уровни звука достигают: до 105 дБА; до 110 кВт – 106-110 дБА; а свыше 110 кВт – 111-115 дБА. Анализ спектров шума двигателей внутреннего сгорания показал: основная звуковая энергия механического шума приходится на среднегеометрические частоты 1000 и 2000 Гц. Следовательно, шум двигателей внутреннего сгорания имеет высокочастотный характер. Скоростной режим является важным фактором, влияющим на шум двигателей внутреннего сгорания. Согласно экспериментальным данным, при увеличении частоты вращения двигателя на каждые 100 об/мин возрастают на 10-15 дБА уровни звукового давления. Влияние на шум оказывает в большей степени скоростной режим, чем нагрузка. Изменение до 3-5 дБА уровней звукового давления происходит при увеличении нагрузки до максимальной.
Снижение шума корпуса двигателей внутреннего сгорания достигается: - увеличением жесткости деталей корпуса; - уменьшением зазоров в цилиндропоршневом узле; - применением более позднего впрыска топлива и т.п. Эти меры обеспечивают снижение уровней звука на 5 дБА - не более. Применением специальной облицовки элементов корпуса двигателя внутреннего сгорания получен похожий эффект шумоглушения. Например, английская фирма «Perkins» выпускает двигатели с облицовкой, состоящей из тонких асбестовых пластин, покрытых с внешней стороны свинцовой фольгой, и склеенных специальными смолами. [43]. В районе головки блока цилиндров устанавливается облицовка на торцах и картере двигателя. Применением звукоизолирующих капотов и акустических экранов достигается эффективное снижение шума корпуса двигателя (до 10-15 дБА).
Источники аэродинамического шума: выпуск и всасывание двигателей внутреннего сгорания, всасывание компрессора, вентиляторы и пр. Одним из наиболее интенсивных источников аэродинамического шума является шум выпуска газовых струй. Для систем выпуска сила излучения звука на выхлопе пропорциональна скорости газового потока. Исходя из положения теории Лайтхилла для расчета на выходе звуковой мощности струи газов на выхлопе двигателя внутреннего сгорания, получено уравнение. В нем излучатель представлен диполем: (1.3) W = к ДИП ДИП где Кднп - коэффициент излучения; d - диаметр выпускного трубопровода; сп - скорость звука в потоке газов; $п - скорость газового потока.
Уровни звука ДВС путевых машин и строительно-дорожных машин достигают 100-110 дБА, измеренные на расстоянии 1 м от источника. Звуковая энергия в отверстиях устройств для всасывания, которые можно назвать сопла малой скорости, для скоростей до 50 м/с пропорциональна tfj, а для скоростей 50-200 м/с - 3%. Уровень акустической мощности на всасывание, дБ [44]: lG = 131gSBC + (40-=-60)lgtfn + 32 (1.4) где SEC - площадь сечения всасывающего патрубка. А измеренные на том же расстоянии от источника уровни звука всасывания ДВС и компрессоров, составляют 93-97 дБА. Нагрузка и скоростной режим оказывают большое влияние на шум выпуска двигателя внутреннего сгорания.
Генерируется шум вентилятора вращающимися лопастями и аэродинамических возмущений воздушного потока. Теория шума вентилятора разработана Е.Я. Юдиным. Есть большое количество формул для расчета уровня шума вентиляторов. Общее в них то, что шум определяется производительностью вентилятора и его аэродинамическими качествами. На практике, для расчетов акустической мощности вентилятора, дБ, можно использовать формулу [44]: l = 701gDE + 501g-lgy + KE (1.5) где DE - диаметр лопастей вентилятора, м; пЕ - частота вращения, об/мин; К, = 95-1 15 дБ.
Теоретическое обоснование параметров систем снижения шума на рабочих местах операторов участков испытаний локомотивов
Элементы звукозащитных ограждающих конструкций нужно делать из многослойных материалов для уменьшения металлоемкости и себестоимости. Тогда элементы ограждений представляют собой многослойные панели ("сэндвич-панели"), отличающиеся повышенными диссипативными качествами. Подбором толщин и порядком перемежаемости подходящих элементов можно достичь желаемой акустической эффективности. В данном случае, остекление -наиболее "слабый" элемент. Именно оно, предположительно, излучает увеличенные уровни шума. Остекление, как элемент, имеющий минимальную звукоизоляцию, может быть представлено плоским излучателем прямоугольной формы, находящегося в жестком экране. Расчетная схема остекления показана на рисунке 2.3.
Расчетная схема остекления На собственных формах колебаний остекления будет происходить основное излучение звука, как ограниченной прямоугольной пластины. Силовое воздействие на остекление является распределенным по поверхности звуковым давлением, которое создается двигателем под ограждением. При выводе аналитических зависимостей результаты представлены в удобной для расчетов форме. При помощи известного интеграла Рэлея-Гюйгенса можно вычислить УЗД остекления, как излучающего элемента, в виде плоской пластины ограниченных размеров. При этом используется приближение Фраунгофера [56]: -jkr р = Ык —dS = l \v e-M e+y )ds (2Л5) J у J у где - волновое число, 1/м; Ро и с0 - плотность воздуха (кг/м3) и скорость звука в воздухе (м/с); V - виброскорость остекления, м/с; 6 и ф - углы, образованные радиус-вектором 70 с осями X и Y. Решение этого выражения допускает, с достаточной для инженерных целей точностью, определить ЗД и УЗД при условии: r0 IJ2. Это условие полностью соответствует схеме 2.1а и частично схеме 2.1б. Для прямоугольных пластин распределение виброскорости определяется известными зависимостями [56]: или (2.16) птх шу Vxy = Vmn cos cos , где Vmn - амплитуда виброскорости на соответственной моде колебаний, определяемой сочетанием числа тип, м/с. Задание вида тригонометрических функций определяется условиями закрепления.
Подставив зависимости (2.16) в формулу звукового давления (2.15) и задавая пределы интегрирования в соответствии с размерами остекления, получим: e jkrV fsin V#cose ism e jkcosbdxdy. (2.17) 2щ A ! _i l Для практических инженерных расчетов октавных или третьоктавных УЗД интерес представляет амплитуда (абсолютное значение звукового давления): \P\ = V Sv ( ,cose,cosq ), (2.18) l± l± 2 2 где SVxy (,cos0,cosq)) = J sin V#cose J sin e" jkco dxdy - пространственный A _i l спектр Фурье [56]. Само остекление характеризуется малым эффективным коэффициентом потерь колебательной энергии. В этом случае, использование вибродемпфирующих материалов исключено. Вибрационное поле определяется резонирующими формами собственных колебаний для таких конструкций. Поэтому, итоговое звуковое давление получается использованием алгебраического суммирования давлений от каждой собственной формы колебаний. В этом случае выражение (2.18) примет вид: 7 00 = Х2ХЛ Jocose, coscp). (2.19) О т=\ п=\
Следовательно, для реального расчета ЗД и УЗД на собственных модах колебаний, то есть для теоретического расчета спектров шума, нужно определить амплитуды виброскорости Vn,n. Действительно, виброскорость является функцией параметров форм собственных колебаний и возбуждающей силы. Для определения Vm,n используем общую форму решения дифференциального уравнения колебаний системы с распределенными параметрами:
Возможность учета эффективного коэффициента потерь колебательной энергии является основным свойством приведенных зависимостей. Это позволяет учесть, в более полной мере, в расчетах механические характеристики материала и уточнить расчетные значения. Кроме того, выбрать материалы и их количество расчетным путем для обеспечения требуемого значения коэффициента потерь колебательной энергии для уменьшения уровней шума. Как указывалось выше, за исходные данные при расчете уровней излучаемого шума принимаются УЗД внутри ограждающей конструкции. Распределение давления по внутренней поверхности ограждения, в силу гипотезы о диффузности внутреннего звукового поля, принимается постоянным
Алгоритм расчета критерия оптимизации по звукоизолирующему материалу и толщине элемента остекления
Экспериментальные исследования проводились анализатором шума и вибрации «Ассистент Total+», заводской № 049410, класс точности 1, с предусилителем ПУ-01, 049410 с использованием микрофонного капсюля МК233, заводской № 719 с частотным диапазоном измерений от 2 до 40000 Гц (рисунок 3.1).
Прибор предназначен и применяется для измерения эквивалентных уровней звукового давления в диапазонах звука, инфразвука и ультразвука в октавных и третьоктавных полосах частот; корректированных уровней виброускорения и уровней виброускорения в октавных и третьоктавных полосах частот в диапазонах общей и локальной вибрации [61].
Прибором можно производить измерения на рабочих местах, в жилых и общественных зданиях, на территориях. Использоваться для измерений характеристик машин и механизмов, в научных исследованиях.
Экспериментальные исследования проводились при проведении специальной оценки рабочих мест по условиям труда организацией Центр «Охрана труда и промышленная безопасность». Данная организация имеет аттестат аккредитации на право проведения работ по специальной оценке условий труда (Приложение А), подтвержденного областью аккредитации (Приложение Б). Измерение уровней шума производились во всех рабочих зонах с пребыванием оператора реостатного участка при разных режимах работы дизеля локомотива.
Режимы испытания работы дизельной установки со всеми техническими характеристиками каждого режима представлены в таблице 3.1.
Методика проведения измерений соответствовала установленным требованиям [62, 63]. В соответствии с [64] метод измерения шума включает в себя следующие основные этапы: анализ рабочей ситуации, выбор стратегии измерения, проведение измерения, выявление возможных ошибок и оценка неопределенности измерения, расчеты и представление результатов измерения. Настоящий стандарт устанавливает три стратегии измерения в зависимости от базового элемента измерения: рабочая операция, трудовая функция, рабочий день.
Анализ рабочей ситуации на участке реостатных испытаний локомотивов показал, что имеется фиксированное рабочее место (весь комплекс участка) с множественными операциями (выполнение диагностических функций на 15-ти режимах работы дизеля). После прогрева двигателя в течении получаса 15-ть режимов работы должны запускаться поочередно в зависимости от испытываемых составных частей локомотива. Наиболее значимые по шумовому дискомфорту режимы XII - XIV с единовременной продолжительностью каждого по технологическому регламенту 30 мин. и режим XV с продолжительностью 60 мин. Разные режимы могут включаться повторно по мере необходимости при проводимых испытаниях.
Для такой ситуации основной стратегией измерения выбирается стратегия № 1 - измерения на основе рабочей операции. При этом не исключается вспомогательное применение стратегии № 2 - измерения на основе трудовых функций (группа работников, выполняет единую функцию: проведение реостатных испытаний) и № 3 - на основе рабочего дня (по наиболее представительному по шумовой обстановке дню).
Согласно выбранной основной стратегии измерения: на основе рабочей операции, проведенный анализ работ, выполняемых в течение дня, был разбит на ряд представительных рабочих операций. Продолжительность операций определялась с использованием технологического регламента.
Для каждой рабочей операции измеряют величину p,A,eqT,m, характеризующую воздействие шума на работника во время этой операции. При измерении необходимо учитывать изменения уровня шума в пределах каждой операции во времени, в пространстве и в разных условиях работы. Следует убедиться, что шумовая обстановка во время измерения является представительной для данной рабочей операции. Во время измерения следует, по возможности, контролировать действия работника. Для каждой значимой по продолжительности и шумовому дискомфорту операции были выполнены три измерения, которые различались не более, чем на 2 дБ. Точки проведения измерений устанавливались в каждой производственной зоне участка реостатных испытаний. В каждой точке измерения проводились не менее трех раз продолжительностью 5 мин.
При измерениях шума на рабочих местах микрофон устанавливался на высоте 1,5 м над уровнем пола. По числу измерений шума ( I ) во время выполнения m-й рабочей операции рассчитывают эквивалентный уровень звука LpAeqTjm, дБ, по формуле: pAeqT.m = lWg(}i;;=1 10 lKLPAeqXnii) (3.1) где р,А,еЧт,т - эквивалентный уровень звука при выполнении m-й операции на периоде i-го измерения; i - номер выборочного измерения шума m-й операции; I - число измерений при выполнении m-й операции.
Анализ потенциально вредных и (или) опасных производственных факторов на участке испытаний локомотивов
Для уменьшения уровней шума в производственных помещениях методом звукопоглощения используют такие конструкции как [89-107]: - однородные плоские элементы; - многослойные элементы с защитными покрытиями. Первые из них проще по конструкции, в изготовлении и монтаже технологичны, экономичнее, но при этом обладают невысокими значениями коэффициента звукопоглощения. Помимо этого, эти конструкции не гарантируют звукопоглощение в широком диапазоне частот.
Высокоперспективнее использовать многослойные конструкции. Их обычно производят из нескольких слоев пористо-волокнистых материалов. Слои подбирают таким образом, чтобы каждый из них обеспечивал максимально вероятную величину коэффициента звукопоглощения в подобающем диапазоне частот. Правда, такие конструкции являются более дорогостоящими и более сложными в изготовлении, чем однослойные. Помимо этого, такая конструкция устанавливается непосредственно на стенах производственного помещения и, тем самым, не увеличивает площадь поверхности звукопоглощения.
Наиболее перспективными из известных звукопоглощающих материалов являются пористые. Широко применяются, в настоящее время, пористые поглотители в виде формованных элементов из стеклянных или минераловатных волокон (шерсть, кокосовое, древесное волокно) или плит из войлока, а также особенно часто – пенополиуретаны, т.е. пенопласты с открытой пористостью. Все эти материалы имеют сквозную пористость. Размер пор составляет менее 1 мм. По сравнению с длиной звуковой волны структурные показатели этих поглотителей (диаметры волокон и пор) очень малы. Поэтому их можно рассматривать как однородную среду с установленными параметрами и внутренними потерями. Для них будут рассчитываться постоянная распространения yа и волновое сопротивление Za. Одна из главных областей использования звукопоглощающих материалов для производственных помещений – снижение от работающего технологического 100 оборудования уровней звукового давления в области отраженного звука. Если принять во внимание акустические характеристики поглотителя, эта задача вполне выполнима. При этом, такой материал будет иметь легко разрушающуюся от механических воздействий структуру при показателях пористости 0,950,99. Работу поглощающего слоя будет корректировать любое защитное покрытие. Как именно воздействуют на работу поглощающего слоя защитное перфорированное покрытие и ткань (или пленка) рассмотрим в соответствии с принятой расчетной схемой. Рассмотрим работу тканевого защитного покрытия и его функциональные признаки. Функцией частоты звука и физико-механических параметров ткани толщины 1тк, г/см2 является импеданс ткани, а также число нитей на единицу длины N (среднее арифметическое из количества нитей по основе и утку) и ширина нити dH, мм [98, 99]: ZmK=(RmK+jImK)scosQ, (4.2) где RmK и 1тк - активная и реактивная составляющие нормального (6 = 0) импеданса; є - коэффициент, учитывающий степень воздействия плотности прилегания ткани к поверхности звукопоглощающего слоя. При этом, є = 0,9 + 10 rf1 - при наличии контакта, є = 1 - при отсутствии контакта, а ц - процент перфорации защитного перфорированного покрытия.
Активная составляющая RmK не зависит от частоты. Она равна статическому сопротивлению продуванию постоянным потоком воздуха 5тк. Сопротивление можно определить экспериментально. Его можно вычислить по эмпирической формуле [1, 8] для тканей полотняного плетения. По специальным графикам [1, 8, 25, 44] определяется реактивная составляющая импеданса. Импеданс оболочки из пленки находится аналогичным образом.
Следовательно, играет весьма существенную роль величина є в вычислении полного импеданса конструкции.
Большинство звукопоглощающих элементов и материалов заводского изготовления производятся уже с наклеенной тканью или пленкой, обладают известными параметрами и коэффициентом звукопоглощения, который указывается в сертификате, ГОСТе или ТУ. Это придает особо важное значение при адаптации покрытия к тем или иным условиям эксплуатации расчетам импеданса и коэффициента звукопоглощения защитного экрана. В общем случае защитный экран представляет собой достаточно жесткий лист из алюминия, кровельной стали, винилпласта и т.п. По всей его поверхности пробиты отверстия в либо в шахматном порядке, либо равномерно в углах квадратной единичной ячейки. Отверстия могут быть любой формы: круглой, квадратной, ромбовидной и т.д. Акустические свойства перфорированного покрытия характеризуются импедансом: Zп=Rп+JYп, (4.3) где Rп и Yп - активная и реактивная составляющие импеданса соответственно. Функцией частоты, коэффициента перфорации, линейных размеров отверстий и толщины покрытия является импеданс перфорированного покрытия. В зависимости от наличия и величины зазора между покрытием и поверхностью поглотителя импеданс перфорированного покрытия может варьироваться.