Снижение шума строительно-дорожных машин

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
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
Выводы по главе
и постановка задач исследования 48
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 положения 77
2.5.2 Теория шумообразования 79
2.6 Классификация источников шума строительно-дорожных машин 84
Выводы по главе 87
2
ГЛАВА 3 Теоретическое описание процессов образования внутреннего и внешнего звуковых нолей 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
Выводы по главе 146
ГЛАВА 4. Расчеты вклада источников шума в образование звуковых полей
на различных типах строительно-дорожных машин *^8
4.1 Общие положения 148
4.2 Ан&питические модели расчета ожидаемого шума
в кабинах и на открытых рабочих местах исследуемых машин 148
4 2 1 Сваебойная машина Junît ап 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 С С 102 167
4.2.8 Дизель-молот на базе крана МЭК-251 169
4.2.9 Дорожная фреза Wirt gen 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 А нал и і ические модели расчета внешнего шума
исследуемых машин 187
4.3.1 Сваебойная машина Junt/an рт 25 НО 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 Wirt gen 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
Выводы по главе 210
ГЛАВА 5. Методические основы экспериментальных исследований 212
5.1 Общие положения 212
5.2 Измерения внешнего и внутреннего шума строительно-дорожных машин 212
3
5.2.1 Определение внешнего шума 212
5.2 2 Измерение шума в кабинах 216
5.3 Определение акустических характеристик и источников шума 217
531 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 ог разных источников шума. Проверка точ-
ности акустических расчётов на СДМ различных типов 233
6.1 Общие положения 233
6.2 Гусеничный бульдозер П)5М 234
62.1 Внешний шум 234
6 2.2 Шум в кабине 236
6 2.3 Вклад звуковой вибрации в кабину 238
624 Требования и рекомендации по шумозащите 242
6.3 Погрузчик-экскаватор 438 С 244
63.1 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 б 254
6 4.1 Внешний шум 254
6.4.2 Шум в кабине 256
6 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
4
6 5.3 Вклад звуковой вибрации в кабину 268
6.5 4 Требования и рекомендации по шумозащите 274
6.6 Виброкаток563 С8 275
6.6.1 Внешний шум 275
662 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
Выводы по главе 298
ГЛАВА 7. Разработка, исследование и апробации 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 СДОЛ 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 экра-
нов для снижения внешнего шума и шума на рабочих местах строительно-дорожных машин 342
Выводы по главе 344
Заключение 347
Литература 352
Приложение 1. Характеристики шума исследованных машин 378
Приложение 2. Данные измерений акустических характеристик
источников шума строительно-дорожных машин 435
Приложение 3. Результаты исследования эффективности
звукоизолирующих конструкций 456
Приложение 4. Этапы расчета шума строительно-дорожных машин 497
Приложение 5. Технические акты внедрения
5
Введение
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. Ныотон, 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, A.C. Никифоров, В.Т. Ляпунов,
A.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,
B.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.
6
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 сё 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 дБЛ (при норме 80 дБА), что говорит об актуальности снижения шума. Внешний шум машин характеризуется уровнями 80-95 дБ А (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 ночыо, 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. Бачакирев, 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 «Caterpillar», «Komatsu», «Volvo» и др. Основное направление работ здесь - разработки шумозащиты путем проведения специальных экспериментов без глубоких научных обобщений акустических процессов.
7
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 другу 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.
8
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. A.A. 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,
9
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 9lh International Congresses on Sound and Vibration (USA, 2002), 10lh International Congresses on Sound and Vibration (Sweden, 2003), 1 llh International Congresses on Sound and Vibration (Russia, 2004) and 12th 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;
10
- 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 конструкций 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, А.М. Вельбелю и сотрудникам кафедры «Экология и БЖД» БГТУ «ВОЕНМЕХ» за помощь в работе.
11
ГЛАВА 1. Состояние проблемы и постановка задач исследования
1.1 Строительно-дорожные машины:
назначение, классификация, источники шума
Строительно-дорожные машины - средства механизации, применяемые для выполнения комплекса работ при строи гельстве, содержании и ремонте автомобильных дорог, а также в железнодорожном, гидротехническом, аэродромном, промышленном и гражданском строительстве, прокладке коммуникаций. Строительно-дорожные машины (СДМ) изготавливают в основном в виде самостоятельных или как прицепное или навесное оборудование к колесным и гусеничным тракторам [1-10].
По роду выполняемых работ СДМ можно разделить на 5 групп:
I - машины для подготовительных работ (кусторезы, рыхлители и др.);
11- землеройные машины - машины для земляных работ (бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, экскаваторы, дорожные фрезы);
III - машины для укладки и стабилизации покрытий (статические и виб-
рационные катки, асфальтоукладчики др.);
IV - сваебойные машины и оборудование;
V - машины специального назначения, т.е. СДМ которые обеспечивают
специальный рабочий процесс - взрывы, реактивная струя и т.п.
Типовые схемы наиболее распространенных строительно-дорожных машин приведены на рис. 1.1.
В настоящей работе рассматриваются самоходные СДМ. Для всех типов СДМ наиболее распространенными источниками шума являются двигатели внутреннего сг орания (ДВС), располагаемые совместно с системой охлаждения (вентилятор) под капотом, выхлоп и всасывание ДВС, шумовиброактивные (ШВА) рабочие (исполнительные) органы и движители, трансмиссия, гидравлическое оборудование. Вклад источников шума в процессы шумообразования
12
зависит от их интенсивности, расположения источников шума, расстояния до точки наблюдения (расчетной точки), размеров источника, состава и расположения средств защиты от шума.
5 6
6 4
в)
Рис. 1.1. Типовые схемы строительно-дорожных машин: а) экскаватор, б) бульдозер, в) погрузчик, г) виброкаток I - рабочий орган; 2 - кабина; 3 - двигатель внутреннего сгорании (ДВС); 4 - выпуск ДВС; 5 - всасывание ДВС; 6 - глушитель; 7 - капот на ДВС;
8 - вибровалец (рабочий орган), 9 - гусеницы (движитель).
1.2 Нормы внешнего и внутреннего шума строигел 1»но-дорожных машин
В литературе достаточно подробно описаны вопросы воздействия повышенного шума на человека [7, 13-33], поэтому ограничимся лишь кратким обзором. Разделяя воздействия шума по последствиям можно говорить о следующих основных случаях:
1
13
воздействие на весь организм или на отдельные органы организма (кроме слуха); воздействие на слух;
- воздействие на производительность труда.
Шум высокой интенсивности вызывает у людей физические, психологические и эмоциональные отрицательные реакции; при этом шум может вызывать головную боль, изменение сердцебиения, ухудшения самочувствия, усталость и сокращение мышц [18]. Отмечается отрицательное воздействие шума на организм человека в целом, на поведение человека, на эндокринную систему, психосоматическое и нейропсихическое состояние человека [20]. Шум влияет на головной мозг, вызывая утомляемость, общую слабость, апатию, ослабление памяти, бессонницу. Под дейс1вием шума может снизиться острота зрения, различимость анализаторов к цветам, возникнуть нарушение функций желудочно-кишечного тракта [26]. Особенно вреден для человека высокочастотный шум.
Индикаторы влияния шума могут быть разделены на поведенческие и физиолого-медицинские. К реакции организма на шум относятся: нарушение циркуляции крови, отклонение от норм в работе сердца, дыхания и характеристик кожной проводимости, расширение зрачков, изменение деятельности почек и желез. Постоянно действующий шум высокой интенсивности приводит к повышению давления и гипертонической болезни [24]. Давление крови может подняться при шуме, уровень которого достигает 85 дБА [31].
Слух - самый уязвимый в результате воздействия шума орган. Длительное воздействие интенсивного шума, приводит к частичной потере слуха. Так для работающих в неблагоприятных акустических условиях более 5 лет отмечается появление тугоухости. Слух может пострадать при условие воздействия более 90 дБА за несколько часов работы [21]. При длительном действии шума более высоких уровней может наступить профессиональное заболевание - неврит слуховых нервов.
По многочисленным литературным данным шум причина почти 30% всех профессиональных заболеваний. Так в Германии в 1999 г. проводился
14
анализ числа профессиональных заболеваний на предприятиях. Из 17 тыс. заболеваний около 1/3 были связаны с действием шума [32].
При действии шума 70-72 дБА снижается производительность труда [21, 28]. Уменьшение производительности труда на 1% фиксируется при превышении норм на каждые 1-2 дБА. Связь влияния шума с производительностью труда операторов строительных машин исследовалась в Германии [33]. Было, например, установлено, что при снижении шума в кабине машиниста экскаватора на 10 дБА производительность его труда возросла на 7% [33].
Во многих странах приняты и действуют нормативные документы регламентирующие внешний и внутренний шум строительных и дорожных машин [29, 33-41]. Приняты различные нормируемые параметры и условия нормирования. В качестве нормируемого параметра внешнего шума в большинстве западных стран принят корректированный уровень звуковой мощности (УЗМ, дБА), реже используется уровень звука (УЗ, дБА) [34]. В отечественных нормах нормируются уровни звукового давления (УЗД, дБ) в октавных полосах частот и уровни звука (УЗ, дБА) [36,37].
В зарубежной практике принято и широко используется техническое нормирование шума строительно-дорожных машин, когда норма принимается в зависимости от типа и характеристик (чаще всего мощности) машины. В отечественной практике приняты санитарно-гигиенические нормы, когда норма шума принята одинаковой для всех типов машин и выбрана из условий наименьшего воздействия шума на работающих.
В табл. 1.1 приведены нормы внешнего шума строительных машин, принятые в странах ЕС.
Нормируемым параметром является корректированный уровень звуковой мощности (£„,), дБА. Нетрудно увидеть, что в зависимости от типа машин, нормы могут отличаться на 7-11 дБА.
15
Действующие нормы шума в ЕС
Таблица 1.1
Тип машины Метод измерения Нормы ЕС Требования «Голубой ангел»
Категория Норма шума, дБ А* Категория Норма шума, дБА
Гусеничная машина (кроме экскаваторов) Директива 89/514/СЕС Р **<60 /,„ *=107 Р <60 /.„=107
60< Р <500 Д, =87 + 111 %Р
Р <49 /,=104 Р>60 /,„ =87 + 11^/»
49</><500 /„ = 85 + 111^
Колесные бульдозеры, погрузчики Директива 89/514/ЕЬС £)***<5 /„ = 100 Р<, 39 4=97
5<£9<!10 /„ = 100
10<^<30 /.„=102 Р>39 = 79 + 111ё/>
30<£ /.„ = 104
Компрессоры Директива 84/533/1ТС Р<> 14 /.„=96 £„=88
49< Р <500 /,„ =87 + 111й/> 5<()<\0 4=89
!0<£><30 /ж=91
30<с/ 4 =93
Экскаваторы Директива 89/514/ЕСС — /.„ = 102 /><14 4=91
/>>14 £„,=78+11^/’
Башенные краны с лифтом — — — /><15 /,„,= 86
15</><30 4= 88
/>>30 4=90
Бетоно- укладчики Двигатель на номинальной скорости без материала — — РМ ****<зоо 4=90
РМЬЖ 4=94
Бетоно- мешалки работа — — 4=98
Г >8 /.,,, = 100
* 1,х - уровень акустической мощности;
** Р - мощность, кВт;
***£> - производительность, м3/мин;
**** РМ - производительность, тонн/час;
*****}/ - объем, м3.
Для того, чтобы поощрить создателей строительных машин к разработке изделий с более глубоким снижением шума, чем это предписано нормами
16
Федеральное министерство по охране окружающей среды Германии приняло в 1998 г. награду «Голубой ангел» [34]. Требования «Голубой ангел» также приведены в табл. 1.1. Из таблицы видно, что требования этой награды от 5 до 14 дБА (в среднем на 10 дБА) жестче норм ЕС [34].
Требования норм по шуму регулярно пересматриваются и ужесточаются. В работе [38] приводится проект новых норм ЕС, который предлагается принять в 2006 г. По сравнению с нормами, которые действуют с 2002 г. отметим предполагаемое ужесточение на 2-3 дБА (табл. 1.2).
Перспективные нормы внешнего шума в ЕС
Таблица 1.2
Знері ни в кВ і, масса в кі Нормы шума, дБА
Тип оборудования Сіадия I с 03.01.2002 Сіадия II с 03.01.2006
Уплотняющие машины (виброкатки, виброплиты) Р< 8 8</,<70 Р> 70 108 109 89+ ШёР 105 106 86 + 1\\£Р
Гусеничные погрузчики, Р< 55 106 103
бульдозеры, экскаваторы Р> 55 87 + 1Л 84 + 111 %Р
Колесные бульдозеры, Рй 55 104 101
погрузчики, грейдеры, передвижные краны Р> 55 85 + 11 \%Р 85 + 11 \%Р
Башенные краны — 98 + 111 ёР 96 + 111 %Р
Компрессоры Р< 15 ПО 108
Р> 15 97 + 11^^ 95 + 11^/*
Экскаваторы Р< 15 96 93
Р>\5 83 + П1цР 80 + ШёР
Шум в кабинах строительных машин за рубежом нормируется менее жестко, чем внешний шум. Во многих странах приняты нормы 85-90 дБА для рабочих мест. В то же время шум в кабинах некоторых типов строительных машин и тракторов нормируется специальными документами. Так, например, в Японии принято, что шум в кабине не должен превышать 73 дБА [35], в Германии 85 дБА [39, 40]. Для с/х тракторов в Италии в начале 90х годов были усыновлены нормы шума: 80дБА для колесных тракторов с кабиной, 85 дБА для тракторов без кабины, 90 дБА - для гусеничных тракторов [25]. Нормы шума приведены в табл. 1.3.
17
Нормы шума в кабинах СДМ
Таблица 1.3
Страна Норма шума, дБ А
Япония 73
США 85
Страны СНГ 80
Страны НС 85
Италия 80-85
Норма шума на рабочих местах водителей и обслуживающего персонала тракторов и строительно-дорожных машин в России, определенная ГОСТ
12.1.003-83* [36], приведена в табл. 1.4.
Норма шума в кабинах строительно-дорожных машин
Таблица 1.4
Допустимые УЗД, дБ в октавных полосах частот, Гц Допустимые УЗ, дБА
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
107 95 87 82 78 75 73 71 69 80
Внешний шум отечественных СДМ не должен превышав 85 дБА [33] на расстоянии 7,5 м.
КЗ Характерно! ики внешнего и внутреннег о шума строительно-дорожных машин
В табл. 1.5 приведены характеристики внешнего и внутреннего шума зарубежных сфоительно-дорожных машин, произведенных в основном в предпоследнее десятилетие т.е. конец 80х - конец 90х годов. Эти данные получены из литературы [42-162]. На рис. 1.2 приведена гистограмма распределения внешнего шума машин (выборка по 25 машинам) на расстоянии 7,5 м. Внешний шум находится в диапазоне 60-85 дБА. При этом основная доля машин (свыше 75%) находится в диапазоне 70-80 дБА. Машины, внешний шум которых превышает 80 дБА, это машины или старых годов выпуска или машины, которые имеют ШВА исполнительные органы. Следует отметить наличие довольно большой (почти 25%) группы машин, внешний шум которых чрезвычайно низок и не превышает 60-70 дБА.
18
Характеристики шума строительных и дорожных машин
Таблица 1.5
№ п/п Тип машины Марка Фирма Мощность двигатели, кВт Уровни звука, дВА (УЗМ, дБА) Приблизительные годы выпуска Источ- ник
внешнего и кабине
] 2 3 4 5 6 7 8 9
1 Виброкатки — “Dinopac" 19 73 — 90е 1441
2 Виброкаток — “Del mag” — 78 — 90е 1461
3. Колесная машина MZG 60 “Ahlmann” 99-118 99 73 90е |47
4. Трактор “Sleycr" — 46. 53. 61 — 75 90е |50]
5. Трактор Same Titan 190 — 132.S — 75 90е
6 Пневмоколсснмй погрузчик 966 F “Caterpillar” 164 78 101 70 конец 80' начало 90' [52]
7 Погрузчик L6 “O and K." 41 88 67 Середина 90' [561
8 Трактор 509 С “Fendi” 69.8 — 72 Середина 90' [59]
9. Тракторы Farmer 300 “Fendt” 55. 63. 70. 77. 85. 92 - 72 90е [60]
10 Дорожные укладчики Super 1800 DG “Vogelc“ 63 — 60 90е [61]
11. Укладчик бетонных камней Vario-2000 “Hirdromak” — - 75 90* [62]
12. Автосамослал D300E “Caterpillar" 194 — 78 90е [63]
13. Фрезерная машина TDD-100 “Pcllcgnni“ 73 — 70 90е [83]
14 Автогрейдеры 11 “СаісфіІІаг" 104 - 205 — 75 90е [71]
15 Погрузчики AL 60 и AL 100 “Ahlmann” 51.5 — 74-75 90е [72]
16 Укладчик камней ‘•Comfort” “Optimas” — — 70 90е [74]
17. Тракторы L “New Holland” 56 — 74 90е [76]
18. Трактор 8870 -II- 154 — 73 90е [77]
19. Трактор 8000 “John Deer” 55 — 75 90е 178]
20 Колесные погрузчики - “JCB” (Крит.) — - 67 Конец 90' (791
табл. 1.5 (продолжение)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
21. Укладчик иокрьпнй. гусеничный Titan-135 Ingcrsol-Rand — — 80 90е (811
22. Погрузчик L 6 — 92 72 Коней 80х |841
23. Экскаватор КХ 36 "Kubota” 63 74 Конец 80х (851 1«<>1
24. Трактор колесный Чсллснлжср-65 Catcr- Мицубисн 192 — 77.5 — (871
25. Виброкаткн — “Bomag” — — 80 90е 1881
26. Дорожный асфальюукладчнк (виброактшшый рабочий орган ) — — — 90 — — [89]
27. Дорожная фреза Procul 500 1G 63 80 — 90' [901
28. Виброкаток СС Dvnapac 73 90* т
29. Многоцелевая машина MZG 60 "AhlmaruT 99-118 99 73 90е [921
30 Дорожный финишер 1800 DE Vogclc Super 61 — 61 90е [93]
31. Самосвал FR 10 "Volvo" 235 — 73 90е 1941
32. Укладочная машина “Opt. Comfort" “Opumas” — — 70 90' (951
33. Мини-экскаватор 5501WD — 38 75 73 90' [96|
34. Автофейдер "Caterpillar” 107-210 75 73 90* [97|
35 Экскаватор N 704 Furukawa 32 96 78 Конец 80х [981
36. Колесный погрчзчик “Joener" 710 Mega 37 97 77 Коней 80х (991
37 Виброкаток В 213-3 “Вотац" 95 — 68-70 72-74 90е [1001
38 Виброкаток — "Bomag” — — 70 80 Конец 90х 1102]
39. Гусеничный экскаватор UB 1254 "Nolas” — — 71 90е [103]
40. Экскаватор 312 ‘’Caterpillar** 62 101 73 90' [104]
41. Экскаватор UB 642 “Nolas” — — 76 Конец 80х [105]
42. Пофузчик 966 F "Caterpillar” 164 78 68 70 90е [106]
табл. 1.5 (продолжение)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
43. Бурильный станок Mitsubishi 165 — 71 74 90е (111)
44 Погрузчик (колесный) ZL 60 LS Zcttclmcycr — — 72 90' (П4)
45 Погрузчик (колесный) ZZBC Zeppelin — — 68 90е (П41
46 Погрузчик (колесный) L6 "О and К” — — 67 90е (П41
47 11огрузчик (колесный) ив “Nolas" — — 71 90е Ц14)
48 Экскаватор М 315 “Caterpillar” — — 72 90' 11141
49 Экскаватор МН 4 CS “О and К" — — 72 90е 11141
50 Экскаватор 700 Fukavva — — 75 90е (1161
51. Экскаватор М 312 “Caterpillar" — — 70 90' _ 1126]
52 Мини экскаватор Hanix 350 — 17.3 69 — 90е ИЗО)
53 Мини экскаватор КХ "Cubota“ — 63 74 Конец 80х (1311
54 Универсальные машины со стрелой — “Ahlmann" — 99 73 Конец 80х (134)
55. Экскаватор UB 642 "Nolas" 48 — 75 Конец 80х (1371
56 Погрузчик 60 Б “Нопошац” 110 101 76 Конец 80' (138)
57 Фреза ProCui “1R“ 61 80 — 90е I140J
58. Экскаватор RX 36 “Kubota“ — 63 — Конец 80х (14Ц
59 Экскаватор А 312 “Liebherr“ 65 — 75 Конец 80х 11451
60 Колесный погрузчик /4L 80 “Ahlmann" 44 — 78 Конец 80Л I148J
61 Экскаватор погрузчик MF “MF Industrial" 52 57 60 — 80 Конец 80х Ц49]
40%
36%
30%
23&
20%
12%
10%
0%
60-65 65-70 70-75 75-80 80-85
УЗ, ДБА
Рис. 1.2 Гистограмма распределения внешнего шума зарубежных строительно-дорожных машин
На рис. 1.3 приведена гистограмма распределения шума в кабинах строительных и дорожных машин. Анализ по достаточно представительной выборке (50 машин) показывает, что машины с очень низким до 69 дБА шумом в кабине составляют 10%, а машины с уровнем свыше 75 дБА - около 14%. Более 75% всех машин имеют шум в кабине 70-75 дБА, что на 5-10 дБА ниже отечественных норм (80 дБА). Машины с шумом в кабине от 76 до 80 дБА - это машины старых годов выпусков или машины с шумовиброакти-выми (ШВА) рабочими органами (РО) или движителями.
40%
32%
30%
т.
20%
14%
10%
10%
0%
УЗ, дБА
до 69 70-71 72-73 74-75 свыше
75
Рис. 1.3 Г истограмма распределения внутреннего шума зарубежных строительно-дорожных машин:
22
Для сравнения на рис. 1.4 и 1.5 приведены гистограммы распределения внешнего и внутреннего шума отечественных машин, произведенных в 70х-80х годах [33], которые в основном продолжают эксплуатироваться в России и странах СНГ.
Рис.1.4 Гистограмма распределения внешнего шума отечественных СДМ:
40% -
30%
20%
10%
0%
Ми
33%
29%
Ши
3%
75
■80 80-85 85-90 90-95 95-100 УЗ, ДБА
Рис. 1.5 Распределение УЗ в кабинах и на рабочих местах отечественных СДМ
Сравним характеристики внешнего шума (рис. 1.2 и 1.4) Шум примерно 80% машин старых годов выпуска лежит в диапазоне 75-85 дБА, а машины с шумом ниже 75 дБА отсутствуют. Внешний шум современных машин (его основной группы) снижен на 5-10 дБА, а в отдельных случаях до 20 дБА.
Сравнение по внутреннему шуму (рис. 1.3 и 1.5) показывает, что шум более 50% старых строительно-дорожных отечественных машин находится в
23
пределах 80-90 дВА, а более 75% современных зарубежных машин имеют шум в кабине 70-75 дБА, т.е. за последние десятилетия внутренний шум в основном снижен на 10-15 дБА, а в отдельных случаях на 20-25 дБА.
Приведенное сравнение показывает на существенный прогресс в области шумозащиты строительных и дорожных машин за рубежом; следует также отметить, что немалое количество отечественной техники по своим акустическим характеристикам по-прежнему остается на уровне 70х-80х годов.
В то же время в современном строительстве в России очень широко применяются зарубежные строительно-дорожные машины, т.е. картина акустического загрязнения от СДМ чрезвычайно пестрая.
Отметим также недостаточную информацию об акустических характеристиках машин с шумовиброактивными рабочими органами и движителями, а также вкладе последних в процессы образования шума. Особенно это относится к машинам специального назначения (V группа), рабочий орган которых может быть предназначен, например, для осуществления периодического взрывного процесса с уровнями шума более 120 дБА.
В общем, вся имеющаяся информация о СДМ с ШВА рабочими органами и движителями носит отрывочный характер и только иллюстрирует отдельные моменты этой проблемы, не давая какого-либо системного представления о ней.
Более того, даже сведения о современном состоянии вообще проблемы шума СДМ в нашей стране, на наш взгляд, недостаточно систематизированы.
Поэтому представляет интерес выполнить определение акустических характеристик машин, которые эксплуатируются в современном отечественном строительстве, установить закономерности эгих характеристик.
1.4 Процессы шумообразования
на строительно-дорожных машинах
Исследуемые объекты характеризуются очень сложными процессами шумообразования, обусловленными как наличием большого числа источников
24
шума, так и сложными и многочисленными путями проникновения шума от источника шума в расчегную 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.
15 2 14
VI
16 7 6
Рис. 1.6. Схема взаимного расположения кабины и основных источников шума:
1 - кабина, 2 - внутренний источник шума, 3 - пол кабины, 4 - виброизоляторы кабины, 5 - перегородка между дизельным отсеком и кабиной, 6 - рама, 7 - проем под капотом, 8 - корпус ДВС, 9 - глушитель шума выпуска ДВС, 10 - выпуск ДВС, 11 - вентилятор системы охлаждения ДВС, 12 - капот ДВС, 13 - отражающая поверхность, 14-стены кабины, 15 - потолок, 16-
виброизоляторы ДВС
25
/ путь - от источника внутреннего шума (например, система кондиционирования воздуха) до оператора (вклад зависит от интенсивности внутреннего источника);
II 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 (зависит 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 (определяется 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 описание этих про-
26
цессов необходимо иметь: расчетную схему машины и аналитическое описание проникновения шума в кабину от всех источников по основным каналам.
В работах [33, 164-170] описаны в общем виде процессы образования внешнего шума СДМ. Расчетная схема взятой для примера машины и обозначения приведены на рис. 1.7.
Рис. 1.7. Расчетная схема для определения внешнего шума бульдозера 1 - шум источников в моторном отсеке (капоте), проникающий через панели
ограждения последнего; 2 - шум выхлопа ДВС; 3 - шум всасывания;
4 - шум гусениц
Процессы шумообразования происходят следующим образом:
I путь - шум от источников, расположенных в моторном отсеке, через панели ограждения капота;
II путь - от выпуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
III путь - от всасывания ДВС;
IV путь - 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 строительнодорожных машин имеет свои особенности в расчетной схеме и в путях проникновения шума, определяемые видом источников шума, их расположени-
27
ем, конструктивными особенностями машины. Покажем, каким образом выполняются теоретические расчеты шума машин. Для удобства рассмотрим отдельно описание процессов образования воздушного и структурного звука.
1.5 Расчеты воздушного шума на строительно-дорожных машинах
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 се 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, JI. Беранек, Р. Лайон, Г. Майданек, A.C. 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 вагон;
^и, ~ уровни звукового давления снаружи у /-той поверхности, дБ;
и
(1.1)
28
ЗИ{ - звукоизоляция /-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:
Ць = 1 О|ё0 0 " ' +1 °° )+Х10° 1(/,5'А'"'Л''';~ад +
N Л (1 2) +^1(^|(/6-а ,/ гдл^у)+уюрк/,7-д<//п-адн.|о,)|(А7-д,А'-ад]_у7^д
N Лг
I = 10\%£ 10°1[(Л,<9 +10,6^"(г''/в+г"+г'")+6]
J » ( )
где /•; - поправка на звукопоглощение; т\ - коэффициент затухания в рамной конструкции; т'\ - перепад вибрации в системе «рама машины - амортизатор кабины»;
?и\ - коэффициент затухания вибрации в конструкции кабины;
/,„ - экспериментальные характеристики шума на внешних элементах ограждения кабины;
д,г, - значение поправок и коэффициентов на затухание воздушного шума от источника до кабины;
/?|Я - звукоизоляция элементов ограждения кабины.
Анализ полученных в работе выражений показывает, что они не могут быть использованы для практических расчётов, т.к. требуют знания многочисленных поправок и коэффициентов, которые должны быть получены для каждой строительной машины. Неизвестны также границы и основные условия применения предложенных выражений.
29
В работе [171] для расчетов шума СДМ предлагается использовать эмпирические коэффициенты. Расчет ведется для какой-то обобщенной схемы. Воздушная составляющая шума на рабочем месте (РМ), не защищенном кабиной, определяется выражением:
/,/, Ьь, ЬР, /,^ - доли шума, вносимые действием отработанных газов, корпусом ДВС, проникающие через капот и проем, и излучаемые рабочим органом;
I - уровень шума на рабочем месте, дБ.
Доля шума, вносимая отработанными газами, зависит от удаления среза выхлопной трубы ДВС от расчетной точки и ориентации трубы относительно РМ и определяется выражением:
где /./-уровень звуковой мощности отработанных газов, дБ;
В - спад уровня шума выхлопа на расстоянии 1Ь(т) между точкой излучения и РТ, дБ.
Эмпирические коэффициенты, заключенные в скобках выражения (1.5), учитывают конструктивное расположение среза выхлопной трубы. В расчетную точку акустическое излучение корпуса ДВС проникает через капот /,*, проем Ър и определяется их характеристиками (при идентичности конструкций всех ограждений капота):
Ь- І1 + + Вр + Ь1У 9
(1.4)
где
і, =ь1-в-(х-а-ь)
(1.5)
Ьк — /,2 /^ (а0 + х)
(1.6)
(1.7)
Ьг = /,2 + Ьр + — /.д + Ь0 — 14
(1.8)
30
где L\. - добавка за счет акустических свойств капота;
L2 - уровень звуковой мощности, излучаемой корпусом двигателя внутреннего сгорания, дБ;
Ls - приведенная звукоизоляция конструкции капота, рассчитываемая с учетом расположения ограждений капота относительно РТ (ближнее, дальнее, боковое/ верхнее) дБ;
аа - потери уровня за счет звукопоглощения ограждения капота;
Lr - затухание на расстоянии от проема до РТ, дБ;
Lq - член, учитывающий отношение площади проема и поверхностей капота; дБ.
Коэффициенты в скобках выражения (1.6) учитывают звукопоглощение поверхности и щелей капота (сга) - и конструктивное оформление выхлопной трубы (х)
Недостаток рассмотренных методов в том, что они дают скорее алгоритм расчета для введения данных в программу и не являются универсальными.
В нашей стране разработаны основы методов расчета строительных, дорожных и путевых машин научной школой иод руководством проф. Н.И. Иванова [33, 164, 168, 177, 178, 180, 181, 182]. Н.И. Ивановым и Г.М. Курце-вым разработаны расчётные схемы исследуемых машин, связанные с их конструктивным исполнением и особенностями шумообразования. Тип расчётной схемы предлагается выбирать в зависимости от конструкций, которые защищают рабочее место (с кабиной и без кабины) и характером размещения силовой установки (в капоте, в дизельном помещении, без капота). Для каждой расчётной схемы разработано аналитическое описание процессов шумообразования, показывающее основные особенности шумообразования. Например, если пространственный источник шума расположен близко к расчётной точке (РТ), то затухание источника рассматривается или как источник плоских или цилиндрических звуковых волн. Учитывается расположение источников шума в пространстве, дифракционные явления на внешних ограждениях кабины, эффекты единичных ограждений звука и др.
31
И.И. Ивановым установлены границы предлагаемого подхода [164]. Известно условие Майера для диффузного звукового поля в замкнутом объёме:
1000
Лиф - ijy >Гц (1.9)
где V - объём помещения, м3.
Это условия выбрано в предположении не менее 20 отражений в объёме.
Н.И. Иванов предложил использовать условие 5 отражений для малых объёмов и тогда граница исследований может быть смещена в низкочастотную область:
200
Ф ifv 5 ^ (1-10)
Правильность такого допущения была подтверждена экспериментами. Звуковое иоле в кабинах строительно-дорожных машин диффузно в широком диапазоне частот. Это допущение делает возможность широкого использования статистической теории для малых объёмов строительных машин.
Чтобы понять особенности расчётов Н.И. Иванова и Г.М. Курцева рассмотрим описания нескольких из расчётных схем, приведённых в табл. 1.6. [178], а также их математическое описание. Всего описано 6 основных расчетных схем. По характеру размещения силовой установки рассмотрены:
машины бескапотного типа (для открытого и закрытого рабочего места), машины капотного типа (открытое и закрытое рабочее место) и машины с дизельным помещением. Пути проникновения шума от источников на рабочее место показаны в табл. 1.6. Ниже приведено математическое описание некоторых из эгих расчетных схем [178].
32
Основные расчетные схемы для определения воздушной составляющей |178|
Таблица 1.6
Характер размещения силовой установки Л» рас-ЧСІной схемы Расчетная схема Обозначения па схеме Основные пути проникновения шума в расчетную точку (РТ)
1 2 3 4 5
Машины бсскапотного типа 1 і ШІг 'кп -і«иі 1 — выпуск, 2 - открытое рабочее место; 3 - рабочий орган (вспомогательный агрегат). 4 - корпус лвс Шум выпуска и корпуса д в с , рабочею органа. колесных пар (для ПМ) непосредственно проникает на рабочее место
2 і ^1. * — УГ/7Г/7? V! Vі ь ть Л/ ■ 4т *Р? &! • <5 5 - кабина машиниста; обозначения поз 1. 4 см. схем) № 1 Доли шума выпуска и корпуса д в с.. рабочих органов н пр проникают в кабину через се соответствующие ограждения
Машины калотного типа 3 — /#///>//// 1иП '7 \\ Ж\ ¥ / г / 3- 7 - капот д в с.; 8-нижний открытый’ проем в капоте, обозначения поз. 1, 2 см. схему № 1 Доли шума выпуска две. рабочих органов проникают в РТ прямым путем, а доли шума корпуса две — через различные элементы шражцения капота, а также через открытый нижний проем в последнем
Табл. 1.6 (продолжение)
4 V 1 1 "кі ) 9 - иол кабины,, обозначения поз 1.4 см схему № 1, поз 5 - схему № 2, 7 и 8 - схему № 4 Доли шума выпуска д. в с проникают в кабину через ее поверхности ограждения, за исключением пола, доли шума рабочею органа и колесных пар — через пол кабины Доля шума корпуса д. в с. проникает в кабину через элементы ограждения капота и кабины, а также через пол
5 .Віт, т Г——*1—^/0 V # у У/ ////// // '///И///// о 1 10 - перегородка между кабиной и д и с Обозначение поз 7,8 см схему №4. поз 1 - схему № 1. поз 5 - схему № 2 Доли шума выпуска и корпуса д в с., проходящего через стенки капота, проникают в кабину через ее поверхности ограждения, за исключением пола Основная доля шума корпуса д в с. попадает в кабину через перегородку. Доля шума корпуса д. вс. проникающего наружу через открытый нижний проем в капоте, и доли шума рабочих органов попадают в кабину через пол
Машины с дизельным помещением 6 > *-^-1 и 7» л • //< //г / \ о \ Обозначения поз К 4 см схему № 1, 5 - схему X? 2: 11 - схему №7 Шум выпуска и корпуса д в с проникает в кабину через все ее поверхности ограждения, за исключением пола, шум рабочих органов — через пол. Дополнительное снижение шума корпуса д. в. с. в воздушном промежутке между д. в с. и кабиной
Схеми № 1. Это самая простая схема: рабочее место не защищено кабиной, а корпус двигателя (или акустически активный рабочий орган) не закрыт капотом. Шум ДВС и выпуска непосредственно проникает на рабочее место. Вклад воздушного шума на рабочем месте, дБ, при действии источников (корпус ДВС и выпуск ДВС) определяется:
где
//,[,, - соответственно доли шума корпуса д. в. с. и выпуска, на ра-
бочем месте, дБ;
^ ~ соответственно спектры звуковой мощности источников, дБ;
Кг)в - коэффициент, принимаемый в зависимости от расстояния (Нм) от корпуса двигателя до РТ (при /?„й<2м £,„=10; Я*>2м £л=20);
х - числовая добавка (при расположении источника шума на плоскости х = 8 дБ; в свободном пространстве л: = 11 дБ);
Япып - расстояние от среза выпускной трубы до РТ, м;
г0 = 0,25 м;
ПН - показатель направленности выпуска (при направлении выпускной трубы вверх ПН = 0, при направлении в сторону расчетной точки или вниз ПН = 4 дБ, при направлении в сторону от расчетной точки ПН = -4 дБ);
А,м* “ добавка, учитывающая расположение выпускной трубы на машине (при выводе трубы наверх на капот = 0 дБ, при выводе вбок рлып = -5 дБ, при выводе за капот р^ыП - 8 дБ.
(1.13)
(1.12)
(1.11)
35
Схема № 2. Доли шума источников проникают в кабину через ее ограждающие поверхности. Принято, что рабочий орган расположен под полом (в противном случае пол заменяется соответствующим элементом ограждения кабины):
I
каб
= Ю 1ё(|
Ю°''Л +10°“-» +10
п
Я,
0 I
/киГ’ \ 2 I
(1.14)
г> / 1 каб!
Он
I I
+ 101ё—---------х-6
, дБ (1.15)
Кю
££*=/, -2018^-1018-
/-1
+ 101ё
IX
м7-+ПН-&м-х-6
Ааб
,ДБ (1.16)
Я
С = ^ - 2°1ё— -10 'ВО - «з)" ЗИпо,, +1018]
ро
Г . ^ \
_ пол
^каб )
-8
,дБ (1.17)
где
Ки 2’ Кш 2» ^ро 2 9 С - Доли шума корпуса двигателя, выпуска, рабочего органа, дБ;
- площадь /-с*> ограждения кабины (стекло, поголок, с гена, дверь и
т.д.), м2;
п - число элементов ограждения кабины;
ЗИкоо - звукоизоляция ьго элемента кабины, дБ;
36
/}/(, 1д, - добавка к звукоизоляции 1-го ограждения кабины в зависимости от расположения кабины по отношению к источнику шума;
А„и ~ звукопоглощение кабины, м2:
(1.18)
акиг ~ средний коэффициент звукопоглощения в кабине; Ь\и - площадь пола кабины, м2;
ЗИп, - приведенная звукоизоляция пола в кабине, дБ;
<*, - коэффициент звукопоглощения поверхности на которой расположена машина
Схема № 3. Шум от корпуса ДВС проникает в РТ через элементы ограждения капота. Вклад шума от различных элементов зависит от их расположения по отношению к РТ. Доля воздушного шума в РТ, расположенной вблизи капота, при нескольких источниках, дБ:
Иь1п <, , її'р 4, 1!‘, 4 - доли шума выпуска, корпуса д. в. с. (через огра-
ждения капота и нижний открытый проем в капоте), рабочего органа, дБ;
(1.19)
,ДБ (1.20)
-к ІрАйі+ІОІоУ.? -Ї.
где
37
ц/ - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля под капотом.
Согласно:
Лкт- звукопоглощение капота, м ;
акип - средний коэффициент звукопоглощения капота;
X - коэффициент, учиїьівающий влияние ближнего звукового поля и принимаемый в зависимости от отношения расстояния г между акустическим центром источника и РТ к максимальным габаритным размерам /шал источника шума;
гов “ расстояние отд. в. с. до стен капота, м;
8капу Якап, - площадь капота, площадь і-го ограждения, м2;
ІИК я, - приведенная звукоизоляция 1-го элемента ограждения капота, дБ;
- добавка к звукоизоляции элементов ограждения капота в зависимости от их расположения по отношению к расчетной точке, дБ (/‘<"=0, если эта поверхность расположена напротив расчетной точки; ґаия=5 дБ, если поверхность расположена на боковых или верхних элементах капота; /^л =8 дБ, если
она расположена на задних по отношению к расчетной точке элементах капота);
Ккип - коэффициент, принимаемый в зависимости от расстояния Якип от капота до расчетной точки (при Икап <3 м А^=10, при 1(ки>3 м £^„=20 м);
(1.22)
где
Я - постоянная капота, м :
(1.23)
38
гкип = 1 м; Яф - площадь проема в капоте, м2; гпр - расстояние от проема до расчетной точки, м.
Схема № 4. Шум в кабину проникает от ДВС, расположенного под капотом; кабина отделена от капота воздушным промежутком. Дополнительно шум проникает в кабину через ее пол. Доля воздушного шума в кабине, дБ:
= 1 о Ы10°+! 0° ,,т‘ +10” * +10й
0 1/*
V» 1/1
чОіг;
',ДБ (1.24)
. 4у/
ч ”1~
+ 10 ^---------------------
-ю 1В
п
I*.
|»1
■ +
І-І
п
У 5
КОС! О Г
+ 10 ^---------------10 ^^-----------------------п+6 ,д
коб ”коЄі 1
(1.25)
где
С5 = ^.+|0|ё
V
ч4®« у
+
101в(1-в,)+2018(г„)+1018
+ 101ё-
пр
?
'кап
\
-3/С.+
-8
*СЛ(5 /
, дБ
(1.26)
СІ з> Сз» V 5 “ Д°ли шума, выпуска в кабине, проникающего сначала
наружу через поверхности ограждения капота, а затем в кабину через все ее поверхности ограждения, кроме пола; рабочего органа в кабине.
39
Для расчетов внешнего шума также предложены формулы, например, для двигателя, находящегося под капотом, вклад шума в точку на расстоянии 7,5 м:
- ЗИ -10 lgSJ(M - 25, дБ (1.27)
где
ЗИ„ип - приведенная звукоизоляция капота, дБ, площадью Skun.
Анализ предложенных схем и их аналитического описания, а также литературы [33, 177,178], позволяет сделать следующие выводы:
- предложенный подход обеспечивает высокую точность расчетов (±2 дБ) в диапазоне частот 63-8000 Гц;
используя предложенный подход, можно не только определить ожидаемые характеристики шума, но выявить основные источники и каналы проникновения в РТ, что позволяет разрабатывать научно обоснованные рекомендации по шумозащите.
В то же время, предложенный метод не свободен от недостатков. В первую очередь, следует отметить, что ни в расчетных схемах, ни в предложенных формулах расчета почти не рассматриваются шумовиброактивные рабочие органы. Анализируя литературу о шуме машин с виброактивными рабочими органами нетрудно установить, что эти машины имеют больший внутренний и внешний шум, чем др. машины. Так, например, внешний шум виброкатков ф. «Bomag» достигает 85 дБА [88], шум дорожных погрузчиков 90 дБА [89], шум дорожной фрезы достигает 80 дБА [90]. Шум в кабине виброкатка за счет звуковой вибрации при включении вибрационного рабочего органа возрастает [102] на 10 дБА (с 70 до 80 дБ А); шум в кабинах некоторых виброкатков достигает 84 дБА [166]. Нетрудно убедиться, на примере этих нескольких машин, что при наличии шумовиброактивного рабочего органа внешний и внутренний шум машин с таким оборудованием на 10 дБА выше, чем на др. машинах. Это означает, что нередко рабочие органы определяют процессы шумообразования в таких машинах.
40
Отметим, что приведенные в [178] расчетные схемы не учитывают, например, вида движителя (расчеты приведены только для колесных машин), не включают также и наличие некоторых других источников шума, т.е. рассмотренные расчетные схемы не учитывают многообразия процессов шумообразо-вания исследуемых машин.
Недостатком рассматриваемой теории является также неразработанность методов расчета звуковой вибрации, что не позволяет оценить внутренний шум машин в особенности с виброактивным исполнительным оборудованием.
1.6 Расчёты структурного звука
В области расчётов структурного звука работами известные учёные
A.C. Никифоров, С.В. Будрин, A.C. Бородицкий, В.М. Спиридонов, Г.Д. Изак,
B.10. Кирпичников, В.И. Заборов Ю.Ф. Устинов в нашей стране, М. Хекл, К. Гезеле, Г. Куртце, Г. Майданек, Л. Лайон, П. Смит, В. Вестфаль, Е. Унгар и др. за рубежом. Как отмечают эти авторы, на различных транспортных средствах, таких как, например, легковые и грузовые автомобили, суда и др. основной вклад в формирование звукового поля на частотах ниже 250-300 Гц вносит структурный звук, причем существенную роль на этих частотах могут играть резонансные явления. Соответственно достаточно актуальной становится задача нахождения количественной составляющей этого вклада и определения влияния на эму величину тех или иных изменений в конструкции транспортного средства с целью оптимизации ее акустических характеристик.
Все методы расчётов структурного звука можно разделить на две группы: методы учитывающих волновую природу звука, и методы, не учитывающие волновую природу [203-240]. Большее распространение получил второй подход. Наиболее известен метод статистического энергетического анализа (СЭА), основы которого были разработаны Р. Лайоном и М. Крокером и успешно применялись в нашей стране В.М. Спиридоновым для расчёта звуковой вибрации судовых конструкций [241].
В соответавии с методом СЭА модель представляется в виде совокупности подсистем, каждая из которых характеризуется рядом, как внутренних, так
41
и связанных с другими подсистемами и источниками энергии энергических свойств. Подсистемами могут являться как структурные элементы конструкции, так и акустические (объемы). Вместо детерминистского подхода, при котором описывается каждая структурная или акустическая мода, в СЭА используется такая статистическая характеристика, как модальная плотность. Математическая модель в этом случае представляется простым набором линейных уравнений, которые описывают энергетический баланс для каждой подсистемы. Метод СЭА основан на следующих допущениях:
- в пределах каждой полосы частот энергия в подсистеме пропорциональна числу собственных мод;
- поток энергии между двумя взаимодействующими подсистемами пропорционален различию их модальных плотностей;
- внутренние потери энергии в пределах подсистемы пропорциональны общей энергии подсистемы.
Данный метод имеет два ограничения:
СЭА рассматривает только локальные группы мод, группа мод (так же как и связанные структурно-воздушные моды) соответствующая конструкции в целом в расчете не учитывается, ошибка вычисления обратно пропорциональна модальной плотности в подсистеме. Многие соотношения в СЭА реализованы для условия диффузности поля в излучающей пластине. В отечественной практике принято считать в качестве необходимого условия диффузности наличие в исследуемой полосе частот не менее 5 сгруктурных мод.
При анализе структурного звука в кабинах транспортных машин необходим учет явлений, которые характеризуют волновую природу звука (фазовые соотношения, комплексные значения импедансов на границах и т.д.), то есть использование уравнений волновой акустики. В настоящее время точные аналитические решения существуют для ограниченного числа акустических систем (однородные трубы, прямоугольные или цилиндрические объемы). Для акустических систем, имеющих достаточно сложную геометрию, таких как кабины транспортных машин используют численные методы: метод граничных элементов (МГЭ), метод конечных разностей (МКР) и метод конечных элементов
42
(МКЭ). Часто используют комбинацию двух методов, например, отклик конструкции на динамическое воздействие определяется МКЭ, а реакция на этот отклик акустической системы - МГЭ. Наиболее предпочтительным при акустическом анализе транспортных машин представляется МКЭ, гак как он не сталкивается с трудностями численной реализации которые встречаются при МГЭ подходе. Основные допущения МКЭ заключаются в том, что:
- любая сложная пространственная конструкция может быть разбита воображаемыми поверхностными линиями Fia элементарной формы объемы (конечные элементы), для которых можно вычислить их же-С1 костные характеристики на основе элементарной геометрии и известных свойств материалов;
- на элементах фиксируется конечное число узлов и считается, что конечные элементы соединяются между собой в этих узлах. Нумеруются узлы и элементы. Эта операция называется генерацией конечноэлементной сетки;
значения перемещений рассматриваются как неизвестные только в этих узлах. Таким образом число неизвестных от бесконечности сводится к какому-то определенному числу. Для элементов устанавливаются наперед заданные законы аппроксимации в виде полиномов (линейные, квадратичные и т. д.). После определения перемещений в узлах в пределах любого элемента перемещение может быть определено путем аппроксимации с помощью заданного полинома; на основе элементарной геометрической формы конечных элементов и физических свойств материалов вычисляются матрицы жесткости элементов, и все действующие нагрузки приводятся к узловым;
- из матриц элементов строятся расширенные матрицы, а затем формируются глобальные матрицы жесткости и сил путем суммирования расширенных матриц элементов. Далее задаются граничные условия; решается система уравнений, из которой находится вектор перемещений в узлах;
- по принятым законам аппроксимации определяются перемещения внутри элементов (в интересующих точках);
43
- узлы собственно акустических элементов имеют одну степень свободы имеют одну степень свободы определяющую звуковое давление в точке с фиксированным положением.
МКЭ удобен и при проведении работ по оптимизации акустических характеристик строительных и дорожных машин, так как имеет удобный интерфейс с большинством программных продуктов современного проектирования.
Из современных коммерческих программных продуктов, использующих МКЭ, и позволяющих проводить акустический анализ наиболее известны «Апбуб» и «Ыаяцап» фирмы «МБСБойууаге». «ЫаБШт» с нашей точки зрения является более предпочтительным, так как «Апэуь», по-видимому, с целью обеспечения большего удобства для пользователя, при определении граничных условий использует такое понятие, как коэффициент звукопоглощения, которое более уместно для СЭА, и неприемлемо при МКЭ.
Из приведенного анализа для исследований структурного звука на строительных и дорожных машинах был выбран МКЭ.
1.7 Мел оды и средства защиты от шума и звуковой вибрации
на строительно-дорожных машинах
Вопросам защиты от шума и звуковой вибрации в промышленности, слроительстве и на транспорте посвящена обширная литература. Сошлемся лишь на наиболее известные монографии [177, 241-264]. В вопросах борьбы с
шумом достигнуты немалые успехи. Достаточно лишь сослаться на такие из-
вестные факты: за последние 30 лет (ггосле появления в ведущих странах законов о шуме) шум автомобилей снижен на 10-15 дБ А, реактивных пассажирских самолетов на 30 дБА, промышленного оборудования на 10-20 дБ А. и др.
В последние годы достигнуты значительные успехи и в снижении внутреннего (в большей мере) и внешнего шума строительно-дорожных машин. Работы по снижению шума велись экспериментальными методами. Методы и средства снижения шума можно подразделять на [33, 39, 68, 70, 84, 110, 114,
116,120,122,123,125,131,153,177, 178, 193,194]:
- снижение шума в источнике образования;
- снижение шума по пути от источника до точки наблюдения;
44
- снижение шума в точке наблюдения (только для внутреннего шума).
Классификация средств и методов снижения шума исследуемых машин показана на рис. 1.7.
Снижение шума в источнике образования идёт по нескольким направлениям. Так, снижение шума в источниках - рабочих органах достигается их вибродемпфированием, изменением технологий. Например, корпорация Mitsubishi производит малошумную алмазную пилу, снижение шума в которой связано с высокими технологическими свойствами и малой звукоизлучающей способностью [265]. Для отдельных источников, например, зубчатых передач, вентиляторов снижение шума достигается повышением точности изготовления [264]. Интенсивность источников в значительной степени связана с их скоростным режимом, поэтому уменьшение частоты вращения уменьшает шум. В [68, 84, 122] отмечается снижение шума двигателей строительно-дорожных машин на 2-3 дБА путём снижения на 200-500 числа оборотов двигателя в минуту. Отмечается также, что двигатели с водяным охлаждением на 3-4 дБА тише, чем двигатели с воздушным охлаждением [84]. Для уменьшения шума от гусеничного движителя в строительно-дорожных машинах используются прорезиненые гусеницы [54].
Снижение шума выхлопа и всасывания ДВС достигается применением глушителей [114, 116, 120, 122, 125]. Глушители в основном применяются трёх типов: реактивные, где звук отражается в элементах расширения и сужения, абсорбционные, где звук снижается при переходе в тепло в звукопоглощающем элементе, а также комбинированные. Во многих исследованиях, посвященных шуму строительно-дорожных машин [33, 177, 178] указывается на заметный вклад шума выпуска в процессы шумообразования, что говорит о недостаточной проработке конструкций глушителей.
Наиболее распространённой конструкцией для снижения шума на пути распространения являются звукоизолирующие капоты на двигатель внутреннего сгорания [33,42,68, 70, 73, 110, 113, 114, 116, 178, 268-274]. Капоты изготавливаются металлическими с покрытием звукопоглощающими материалами внутренних поверхностей. Применяются специальные акустически обработанные каналы систем воздушного охлаждения. Эффективность таких капотов мо-
45
жет достигать 10-12 дБ А. Применяются также капоты из углеродных материалов и базальтового стекловолокна. В конструкциях стен капотов находят применения также сэндвич-конструкции, которые обладают хорошими вибродем-фирующими свойствами.
В последнее время для снижения шума находят применения акустические экраны [177, 178]. Мами, в частности, был предложен акустический экран между источником шума аэродинамического происхождения и кабиной, эффективность которого составила свыше 20 дБА [275]. Иногда используются акустические экраны для зашиты открытого рабочего места, эффективность которых достигает 8-10 дБ А [177]. Акустические экраны - достаточно эффективная, но не вполне изученная конструкция по снижению шума на исследованных машинах.
Основная мера по снижению шума на рабочем месте - применение звукоизолирующих кабин [33, 49, 50, 53, 55, 64, 71, 125, 276, 277]. Кабина выполняется акустически герметизированной с высокой степенью звукоизоляции.
Как правило, звукоизолирующие кабины устанавливаются на виброизоляторы, при этом виброизолируются и основные источники вибрации - двигатели внутреннего сгорания, виброактивные рабочие органы [64,125,277].
Отметим, что некоторые конструкции являются менее разработанными. К ним можно отнести в первую очередь акустические экраны и глушители шума выхлопа ДВС.
На строительно-дорожных машинах применяется, как правило, комплекс шумозащитных средств. Это приводит к постепенному снижению шума машин. В [153] приводятся сведения, что в период 1977-1987 гг. шум бульдозеров был снижен на 4 дБА, гидравлических экскаваторов на 6 дБА, вибронагружателей на 8 дБА, гидравлических молотов на 15 дБА. За 20 лет с 1977 г. шум строительных машин был снижен на 15 дБА [153].
Дальнейшее снижение шума на строительно-дорожных машинах требует более глубоких научных исследований.
46
Рис. 1.7 Классификация шумозащиты СДМ (по литературным данным)
Выводы по главе и постановка задач исследования
Выполненный литературный обзор позволил придти к следующим выводам:
1. Шум - один из самых заметных факторов производственной и окружающей среды, вредно воздействующий на состояние здоровья человека и функционирование его отдельных органов и систем. Нормирование шума - наиболее эффективный способ снижения его вредного воздействия. Нормирование внешнего и внутреннего шума строительных и дорожных машин в России и за рубежом имеет определенные отличия, которые важно учитывать при импорте и экспорте строительной техники, а также при выполнении исследований;
2. Анализом некоторой выборки строительных и дорожных машин установлено, что свыше 60% из них имеют внешний шум в пределах 70-80 дБА, а почти 75% машин имеют уровни в пределах 70-75 дБА. Машины, шум которых превышает указанные пределы или относятся к фупне со старыми годами выпуска или имеют высокоинтенсивное шумовиброактивное исполнительное оборудование. В то же время, проанализированная выборка носит не полный характер, в ней не отображен ряд типов строительно-дорожных машин, эксплуатирующихся в России;
3. Для описания процессов шумообразования скреперов, экскаваторов, бульдозеров и др. машин без шумовиброактивного оборудования старых лет выпусков разработаны и успешно применяются расчетные методы, в основу которых положена статистическая теория акустики, развитая для малых объемов. В то же время, расчетные схемы не охватывают всего многообразия строительных и дорожных машин, например с шумовиброактивным исполнительным оборудованием и гусеничными движителями, более сложным расположением источников шума; недостаточно разработаны методы по
48
выделению вклада структурного звука во внутреннее поле исследуемых машин;
4. Для снижения шума в строительных и дорожных машинах используется солидный арсенал средств (звукоизолирующие кабины и капоты, глушители шума, виброизоляторы силовых установок и кабин и пр.), позволивших добиться серьезного снижения внутреннего и внешнего шума этих машин. В то же время известных и апробированных средств не всегда достаточно, чтобы существенно снизить внешний и внутренний шум машин с шумовиброактивным исполнительным оборудованием, а также соответствовать более строгим нормативным требованиям. Вопрос улучшения имеющихся или разработки новых средств требует специального изучения. В этом направлении особенно перспективным представляется использование локальных звукоизолирующих ограждений, применение которых для исследуемых машин представляется особенно перспективным.
Основные задачи исследования:
исследовать харакзеристики шума широкого спектра современных машин, в том числе с шумовиброактивными РО и движителями, а также со специальными источниками шума (взрывной процесс);
- исследовать особенности источников, оказывающих влияние на процессы шумообразования в кабинах и во внешних звуковых полях;
- разработать расчетные схемы основных типов исследуемых машин, разработать математические модели, описывающие теоретические процессы воздушного внутреннего и внешнего шума;
- разработать методы определения вклада источников воздушного шума в процессы шумообразования;
- исследовать вклад структурного звука в процессы шумообразования на исследуемых машинах;
49
- разработать требования к системам шумозащиты на основных типах исследуемых машин;
- разработать методику проведения экспериментальных исследований на машинах в натурных условиях и на специальных стендах; выполнить экспериментальную проверку разработанных методов расчетов;
- разработать более эффективные ЗИ конструкции и средства защиты от шума на строительно-дорожных машинах, проверить их эффективность для снижения внутреннего и внешнего шума.
50