автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Автогрейдеры легкого типа с улучшенными виброакустическими характеристиками

На правах рукописи

ВОЖОВ НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

АВТОГРЕЙДЕРЫ ЛЕГКОГО ТИПА С УЛУЧШЕННЫМИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность 05.05.04. - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2003

Работа выполнена на кафедре "Транспортные машины" Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Устинов Юрий Федорович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Волков Вячеслав Дмитриевич

кандидат технических наук, профессор Пурусов Юрий Михайлович

Ведущее предприятие:

ОАО "ВЭКС" (Воронежский завод тяжелых экскаваторов) г. Воронеж

Защита состоится 4 июля 2003 года в 10 часов в аудитории 3020 на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.

Отзывы в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ученому секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ВГАСУ.

Автореферат разослан 3 июня 2003 г.

Р

Ученый секретарь диссертационного совета

В. В. Власов

А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Качество и темпы возведения объектов во многом определяются выбранным комплексом строительных и дорожных машин, правильно подобранными по типу, номенклатуре и производительности. В этой связи уровень конструктивного совершенства строительных и дорожных машин, в том числе и землеройно-транспортных, постоянно повышается. Конструкции современных автогрейдеров в последние десятилетия претерпели существенные изменения. Появляются новые их виды, которые значительно отличаются конструктивно, по энерговооруженности, по типу силовой установки, коробки передач и других узлов, агрегатов и механизмов, что зачастую приводит к увеличению динамической нагруженности, вибрации и шума.

Шум в кабинах автогрейдеров при выполнении строительных и дорожных работ может достигать 80 - 95 дБА. Воздействие высоких уровней шума и вибрации оказывает негативное влияние на организм человека, ухудшает условия и качество труда. При этом воздействию шума подвергается большое количество людей. Следовательно, вопросы, связанные со снижением шума автогрейдеров, выдвигаются на передний план, так как направлены на безопасность жизнедеятельности.

Значительный вклад в проблему борьбы с шумом в различных отраслях машиностроения, на транспорте, в промышленности внесли учёные России и других стран: В. И. Заборов, И. И. Боголепов, М. Н. Исакович, Н. И. Иванов, И. И. Клюкин, А. С. Никифоров, В. Н. Луканин, Г. Л. Осипов, Ю. Ф. Устинов, Б.Д. Тартаковский, Л. Беранек, Е. Я. Юдин, Л. Кремер, М. Лайтхилл, К. Вест-фаль, М. Хекль, Е. Майер, и др. В последние десятилетия накоплен значительный экспериментальный материал, созданы фундаментальные теории звукоза-щиты. Однако общее развитее науки и создание мощных вычислительных средств открывают новые возможности в борьбе с шумом на рабочих машинах.

В промышленно развитых странах Европы, Азии и Америки существует тенденция к снижению нормативного уровня шума в кабине, который в настоящее время достигает 76.. .78 дБ А.

При создании новых образцов дорожно-строительной техники проблемы экологической безопасности, создания наилучших условий труда и, как следствие, повышение производительности труда, становятся наиболее актуальными и требуют новых научных подходов в их решении.

Целью настоящей работы является снижение шума в кабине автогрейдера легкого типа с использованием численных методов исследований.

На защиту выносятся:

1. Уточненная методика ориентировочной оценки ожидаемого уровня звука в кабине автогрейдера на ранней стадии проектирования.

2. Методика расчета динамического гасителя колебаний кабины;

3. Результаты экспериментальных исследований виброакустических параметров автогрейдера;

4. Уточненная методика численных исследований звукового дрдя^^^

не; ■ ЬНВЛИОТЕКА

( С. Петербург Л у/

» 09 ЯЩ? ллт/г/

5. Результаты численных исследований шума в кабине;

6. Методика технико-экономической оптимизации виброшумозащиты оператора в кабине;

Объект исследования. Автогрейдер легкого.типа ГС - 10.01 с колесной формулой 1x2x2.

Методы исследований: 1) теоретические, включающие методы математической статистики, линейной алгебры, математического моделирования, оптимального проектирования; 2) экспериментальные, с использованием прямых и косвенных измерений и спектрального анализа.

Научной новизной в диссертационной работе являются:

1. Уточненная методика расчета ожидаемых уровней звука в кабинах автогрейдеров с колесной формулой 1x2x2 на стадии разработки эскизного проекта, учитывающая основные источники шума машины, пути его распространения в зависимости от компоновочной схемы.

2. Выявленные экспериментальным путем виброакустические параметры автофейдера, вклад источников шума в общее звуковое поле и характерные частоты, на которых шум в кабине наибольший.

3. Экспериментально установленная зависимость уровня звука в кабине от режима работы автофейдера.

4. Результаты экспериментальных исследований внешнего шума автофейдера и его звуковой мощности.

5. Уточненная математическая модель акустического процесса в кабине автофейдера, учитывающая звуковую вибрацию панелей кабины.

6. Методика технико-экономической оптимизации виброшумозащитного комплекса кабины.

Практическая полезность. Разработанные методики и технические решения звукозащиты могут быть использованы при проектировании новых и модернизации существующих дорожных и строительных машин различного назначения. Полезность имеют разработанные автором математические модели акустических процессов в кабине машины с использованием метода конечных элементов и технико-экономической оптимизации звукозащиты.

Реализация работы. Результаты теоретических, экспериментальных и численных исследований внедрены в учебный процесс ВГАСУ и используются при акустическом проектировании кабин самоходных машин в ОАО "Рудгор-маш" г. Воронежа.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на трех научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАСУ (г. Воронеж, 2001...2003 гг.), 5-й и 6-й международных конференциях "Высокие технологии в экологии" - 2002...2003, (г. Воронеж). Технические разработки демонстрировались на VI Международной специализированной выставке "Безопасность и охрана труда - 2002" (г. Москва), 14-той межрегиональной выставке "Строительство" (г. Воронеж, 2002 г.) и удостоены дипломами.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 7 публикациях, а также получено положительное решение на выдачу патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 126 наименований и 6 приложений. Работа содержит 178 страниц сквозной нумерации, включая 45 рисунков, 18 таблиц и 45 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность научно-технической проблемы снижения шума в кабинах землеройно-транспортных машин, и, в частности автогрейдера, обосновывается научная новизна, практическая значимость, перечислен круг задач, решаемых в рамках диссертационной работы.

В первой главе "Состояние вопроса, цель и задачи исследований " показано негативное влияние шума и звуковой вибрации на здоровье, производительность и условия труда операторов. Рассмотрены основные конструктивные особенности автогрейдера ГС - 10.01 с точки зрения возникновения и распространения виброакустической энергии.

На основании анализа литературных источников приведены описания и аналитические зависимости для определения характеристик звуковой энергии агрегатами, элементами и системами автогрейдера. Установлено, что основными взаимосвязанными источниками шума являются двигатель внутреннего сгорания и механическая трансмиссия, определены основные частоты возмущающих сил ДВС, агрегатов и узлов автогрейдера.

В соответствии с целью работы сформулированы задачи исследований:

1. Разработка уточненной методики ориентировочной оценки ожидаемого уровня звука в кабине автогрейдера на стадии эскизного проекта.

2. Определение взаимосвязи между шумом в кабине и режимом работы машины экспериментальным методом.

3. Определение вкладов источников в общий шум в кабине автогрейдера ГС - 10.01, с использованием современного способа разделения источников виброакустической энергии.

4. Разработка уточненной математической модели акустического процесса в кабине автогрейдера.

5. На основе численного эксперимента установление взаимосвязи общего шума в кабине с различными конструктивными параметрами.

6. Разработка эффективного противошумного комплекса кабины автогрейдера ГС - 10.01 на основе результатов исследований виброакустических процессов в кабине и технико-экономической оптимизации.

Во второй главе "Оценка ожидаемого уровня звука в кабине автогрейдера на ранней стадии проектирования " представлена уточненная методика расчета ожидаемого УЗ на стадии разработки эскизного проекта, позволяющая вносить изменения в компоновочную схему машины с точки зрения снижения виброакустических характеристик в кабине.

Методика учитывает основные источники шума автогрейдера, пути его пронйкновения в кабину, влияние различных конструктивных элементов, но не

учитывает режим работы машины и является приближенной. В результате расчета УЗ автогрейдера ГС - 10.01 по данной методике составил Ьавщ = 76,5 дБ А.

В качестве одного из методов снижения вибрации в кабине автогрейдера автором предложен способ динамического гашения колебаний с помощью динамического гасителя с упругими связями без трения. Чтобы снизить вибрацию до допустимых значений на частоте / = 36,7 Гц (Основной частоте возмущающих сил при работе двигателя внутреннего сгорания с номинальными оборотами коленчатого вала п = 2200 мин"'), необходимо подобрать жесткость упругих связей динамического гасителя. Решая уравнения движения динамической системы относительно са находим суммарную жесткость упругих связей, на которых подвешен динамический гаситель.

тг{1?' +Атт2 -Ас) . .

<\-=-;--(и

А(т.+т) + -\(Ра-Ас) со

где т, тг - массы кабины и динамического гасителя, кг; А - амплитуда колебаний кабины, м; ^ - амплитуда возмущающей силы со стороны рамы, Н; с, сг -жесткости упругих связей кабины с рамой и динамического гасителя с кабиной, Н/м.

Применение виброгасителя, настроенного на частоту 36,7 Гц, приведет к повышению амплитуд колебаний на двух других частотах, которые определяются из выражения (2), то есть когда амплитуды АнАг стремятся к бесконечности, что соответствует совпадению частоты вынуждающей силы <о с одной из собственных частот системы.

(с + сг- т(2жА2)(сг - тг(2п$) - сгг = 0, (2)

Преобразовывая выражение (2) получим уравнение (3)

(2жУттг •/" -(2яУ(стг +сгт1 +сгт)-/2 +ссг =0, (3)

Решая биквадратное уравнение (3) относительно /Л2, получим частоты f¡ =13,5 Гц и /2 = 48,6 Гц, на которых будет наблюдаться некоторое повышение вибрации при изменении частоты вращения двигателя. Виброгашение по предложенному принципу эффективно только для одной фиксированной частоты 36,7 Гц, соответствующей номинальным оборотам коленчатого вала. Такой режим в процессе работы обеспечивается на автогрейдерах с гидромеханической коробкой передач.

В третьей главе "Программа и результаты экспериментальных исследований акустических характеристик автогрейдера " представлены методики и результаты исследований виброакустических параметров на натурном образце в свободном звуковом поле с целью определения уровней звукового давления (УЗД) вокруг и внутри кабины, выявления дискретных и 1/3-октавных полос частот, на которых уровень шума наибольший, выявления режима работы автогрейдера, когда шум в кабине наибольший. Проведена оценка влияния технологических и конструктивных факторов на структурный и общий шум в ка-

бине. Оценена погрешность экспериментальных исследований, которая составляет 5... 12%.

Тяговые испытания автогрейдера проведены согласно ГОСТ 27247 - 87 и методики Н. А. Ульянова. Для выявления вкладов источников в общее звуковое поле был применен способ разделения источников виброакустической энергии [патент РФ №98123157/28]. Измерения шумов осуществлялись в соответствии с требованиями к условиям измерений ИСО 4872 и методам измерений ИСО 6393-85.

На основе экспериментальных данных, полученных в ходе акустических и тяговых испытаний, построена тяговая характеристика тягача, с наложенной на нее зависимостью звукового давления в кабине в функции силы тяги, представленной на рисунке 1.

6 0,8 0,6 0,4

0.2 о

Рисунок 1 - Тяговая характеристика автогрейдера ГС - 10.01 и уровень звука в кабине в функции силы тяги.

Как видно из тяговой характеристики, тяговая мощность Л^- не остается постоянной, а имеет максимальное значение при силе тяги Тц,та,=31 кН, что соответствует коэффициенту буксования колесного движителя 6 = 0,21. Этим показателям соответствует максимальное значение уровня звука ЬР= 86 дБ А. Данный факт является принципиальным и характерным д ля тяговых машин, что подтверждено результатами исследований других авторов на различных дорожных машинах.

Автором использован способ последовательного включения (или выключения) источников в систему, применительно к вывешенному автофейдеру ГС - 10.01. В первой серии опытов работали: ДВС + коробка передач (КП) + передний мост (ПМ). Затем последовательно отключались передний мост и ко-

робка передач. Во всех случаях записывался шум в кабине. Результаты измерений представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Спектры шума в 1/3-октавных полосах частот в кабине автогрейдера при работе ДВС, ДВС+КП, ДВС+КП+ПМ.

Установлены следующие значения уровней звука (УЗ) в кабине: работает только ДВС - 83,5 дБ А; ДВС + МТ - 84 дБ А; ДВС + МТ + ПМ с гидроприводом - 84,5 дБА. С помощью метода энергетического суммирования определялись вклады источников шума в общее звуковое поле. Вклад в общее звуковое поле в кабине составляет, дБА: 1т =83,5; £„.=76,5; ¿„„=75. Двигатель как самый мощный источник виброакустической энергии проявляет себя в широком диапазоне частот (Рисунок 2), но наибольшие возмущения им создаются в 1/3-октавных полосах с среднегеометрическими частотами 40, 80, 125, 200, 315 Гц. Наибольший шум в кабине обусловлен работой двигателя, механической трансмиссией и, в меньшей степени, передним мостом.

Представлены результаты определения корректированного по А уровня звуковой мощности автогрейдера. Эксперимент проводился в соответствии с ГОСТ 12.1.026 - 80. Измерительная поверхность была выбрана в форме параллелепипеда на постоянном расстоянии <1= 1м вокруг автофейдера. Измерения проводились в свободном звуковом поле. Установлено, что звуковая мощность автогрейдера составила Ь\УА = 93,7 дБА, что значительно превышает требуемые нормы.

Одним из путей снижения шума в кабине на частотах 31,5...315 Гц 1/3-октавных полос является снижение звуковой вибрации пола, т.к. пол является основным вибронагруженным элементом кабины. Звуковую вибрацию, распро-

страняющуюся по элементам и конструкциям, можно оценивать с помощью виброскорости. Результаты измерения виброскорости пола в месте крепления виброизоляторов штатной конструкции и виброскорости пола с увеличенной на 43,5 кг массой представлены на рисунке 3.

и, дБ 60

5 0

4 0

30

2 0

1 о

«« М* ! 8П 9 8 8 8 8 « 8 8 8 §1

Рисунок 3 - Результаты измерения виброскорости пола в 1/3-октавных полосах частот при работе ДВС+КП+ПМ (1), и с увеличенной массой пола на 43,5 кг.(2).

Как видно из 1/3-октавных спектров уровней виброскорости, значительное снижение звуковой вибрации пола за счёт увеличения массы происходит на низких частотах - 31,5; 40; 63; 80; 100 Гц. В диапазоне частот 800 - 1250 Гц имеет место повышение уровня виброскорости пола с увеличенной массой, но увеличение виброскорости на данных частотах существенно ниже допустимого. Эквивалентный уровень звука в кабине при увеличении массы пола снизился на 1 ДВА.

Другим методом снижения шума в кабине является применение облицовки капота двигателя звукоизолирующим материалом. Опыты, проведённые на натурном образце машины позволяют утверждать, что звукопоглощающее пористое покрытие с коэффициентом звукопоглощения при диффузном падении звука а= 0,15...0,65 в октавных полосах частот 63 - 1000 Гц, нанесённое на боковые стенки капота снижает шум в кабине на 2 - 2,5 дБА. При этом отношение площади панелей капота, покрытой звукопоглощающим материалом к общей площади панелей составляло 0,27. Таким образом, посредством перечисленных методов удалось снизить эквивалентный уровень звука в кабине автогрейдера в районе головы оператора с 84,5 до 81 дБА.

В четвертой главе "Разработка математической модели акустического процесса в кабине автогрейдера и её реализация методом конечных элементов" обосновывается применение метода конечных элементов (МКЭ) для решения задачи прогнозирования акустических параметров в кабине автогрейдера. Для выполнения численных исследований акустического поля внутри кабины определена математическая модель и разработана топологическая схема, показанная на рисунке 4.

и и и а и

96 120 144 168 1

264 288 312 336 360 384 408 432 455 474 48? МО 507 510

ч 39

ч 37

ч 35

а! 34

¿51 33

¿1 32

У 31

У 3«

У 29

У 28

У 27

У 25

ч 23

ч 21

ч 19

17

15

13

11

9

7

5

3

.

шШ

Рисунок 4 - Топологическая схема кабины.

Топологическая схема состоит из: 510 - прямоугольных конечных элементов типа ЕЬАО с двумя линейными степенями свободы (СС), 164 - стержневых

элементов типа Е1Л384 с тремя СС, 71 - прямоугольных элементов типа Е1АР1 плоского напряженного состояния теории упругости с тремя СС, и имеет 632 узла с общим количеством 1427 степеней свободы.

Предложенная топологическая схема позволяет моделировать совместные быстропеременные процессы, вызванные внешним звуковым давлением, действующим на панели кабины, и звуковой вибрацией, передающейся в пол кабины через опорные связи, в широком диапазоне частот, а также исследовать влияние параметров обшивки, звукопоглощающей прокладки и других элементов кабины на уровень шума в кабине.

Математическая модель представляется динамическим уравнением равновесия всего ансамбля элементов и узлов

Ш' + т' + си' = р' (4)

здесь й', р'- глобальные векторы перемещений и внешних сил, соответствующие произвольному моменту времени I, М,С - глобальные матрицы масс, демпфирования и жесткости ансамбля конечных элементов и узлов учитывающие свойства внешней обшивки, внутренней декоративной облицовки, виброзвукопоглощающей прокладки, стекол, пола и др.

Численные исследования на базе МКЭ проводились с целью определения мероприятий по улучшению противошумного комплекса (ГШ1К) кабины автогрейдера и, в конечном счете, снижения общего уровня шума на рабочем месте оператора. Исследования быстропеременных акустических процессов на автофейдере ГС - 10.01 осуществлялись по профаммным комплексам "ИМПУЛЬС" и "КВАРК", которые были разработаны в ВГАСУ и ориентированы на проведение динамических расчетов стержневых и плоских пространственных конструкций при различных характерах внешних возбуждающих воздействий. Исследования были проведены для внешнего звукового воздействия и воздействия вибрации через опорные связи кабины со стороны рамы. Принималось, что общий уровень шума в кабине складывается из воздушного и структурного шума, создаваемого вибрирующими панелями и элементами конструкции внутри кабины.

Результаты расчетов получены в виде фафических зависимостей изменения звукового давления Р, кПа внутри кабины в функции времени действия возмущающей силы Рт. Такие зависимости получены для характерных восьми расчетных точек в районе головы оператора для штатной кабины и кабины с измененными параметрами звукопоглощающих материалов, пола, стекол, а также для кабины с противошумным комплексом и сниженным внешним звуковым воздействием за счет облицовки капота двигателя шумопоглощаю-щим материалом для всех 1/3-октавных полос частот.

В частности, на рисунке 5 представлена типовая зависимость звукового давления внутри кабины в характерных точках у головы оператора на частоте 200 Гц. Номера расчетных точек (рисунок 5), в которых определяются акустические параметры, на фафике показаны слева вверху, на топологической схеме (рисунок 4) обозначены номерами 135, 139, 231, 235, 327, 331, 423, 427. Также

на графике показаны масштабы и тах/тт значения параметров. По оси абсцисс отложено время - 100 интервалов, каждый интервал равен 3 • 10"4 с. и соответствует двум шагам интегрирования.

Рисунок 5 - Звуковое давление Р, кПа внутри штатной кабины в расчетных точках 139, 235, 331, 427 в функции времени действия возмущающей силы Fe„, Н в 1/3-октавной полосе со среднегеометрической частотой /= 20Ó Гц.

На основании полученных графических зависимостей составлена таблица 1, в которой представлены расчетные значения акустических параметров шума в кабине автогрейдера. На основе данных таблицы 1 установлено, что пики уровней звукового давления наблюдаются в 1/3-октавных полосах со среднегеометрическими частотами 40, 63, 80, 125, 200, 315 Гц. В полосе с/= 40 Гц УЗД в основном определяется структурным шумом.

В полосах с/ = 63, 80 Гц УЗД определяется воздушным и структурным шумом, так как в этих 1/3-октавных полосах частот шум генерируется процессом сгорания топлива, системами впуска и особенно выпуска, т.к. глушитель находится напротив заднего стекла кабины. В полосе с/= 125 Гц наблюдается значительный рост уровня звукового давления, который в основном формируется за счет воздушного и структурного шумов, генерируемых газораспределительным механизмом двигателя, а также работой вентилятора.

В полосах с /= 200, 250, 315 Гц высокий УЗД в основном возникает в результате работы шестерен коробки передач и редукторов.

УЗД в октавных полосах частот, представленные на рисунке 6, где также приведен допустимый спектр шума в соответствии с ГОСТ - 12.1.003 - 83.

Таблица 1 - Расчетные УЗД в 1/3-октавных полосах частот в характерных точках штатной кабины, кабины с ПШК и при применении облицовки капота двигателя виброшумопоглощающим (ВШП) материалом.

Среднегеометрические частоты 1/3-октавных полос, Гц Уровни звукового давления в расчетных точках в характерных 1/3-октавных полосах частот, дБ Снижение уровня звука, Д Lp, дБ УЗД для кабины с ПШК при применении облицовки капота две ВШП материалом Суммарное снижение УЗД, ALp. сум,дБ

Расчетный Lp, дБ для штатной кабины Расчетный Lp, дБ для кабины с ПШК

31,5 93,2 83,4 9,8 80,4 12,8

40 97.4 93.1 4,3 92,0 5,4

50 75,1 70,6 4,5 67,6 7,5

63 91.6 87,3 4,3 82,5 9,1

80 91,0 83,0 8 81,3 9,7

100 77,8 73,6 4,2 72,9 4,9

125 87,8 83,7 4,1 81,2 6,6

160 76.3 71,2 5,1 67,3 9

200 85,9 83,6 2,3 80,8 5,1

250 79 74,9 4,1 71Д 7,8

315 80 75,1 4,9 71,8 8,2

400 77,5 72,9 4,6 70,5 7

500 75,5 70,5 5 68,2 7,3

630 72,5 67,8 4,7 66,1 6,4

800 68 63,9 4.1 60,6 7,4

1000 69 64 5 60,2 8,8

1250 67,7 63,6 4,1 62,8 4,9

1600 68 63,2 4,8 61,1 6,9

2000 69,4 62,5 6,9 60,7 8,7

2500 67,6 61.1 6,5 59,4 8,2

3150 65,5 60,7 4,8 38,8 6,7

4000 67 59,1 7,9 57,8 9,2

5000 62 59,1 2,9 56,7 5,3

6300 61.3 57.5 3.8 57,0 4.3

8000 57,8 54.3 3,5 53,7 4,1

УЗ, ЛБА «2,7 78,4 4,3 75,8 6,9

Рисунок 6 - Спектры шума в октавных полосах частот в кабине: 1 - нормы шума по ГОСТ - 12.1.003 - 83; 2 - расчетный спектр шума штатной кабины; 3 - расчетный спектр шума кабины с ПШК; 4 - расчетный спектр шума кабины с ПШК и сниженным внешним звуковым воздействием за счет облицовки капота двигателя.

Из октавного спектра видно, что УЗД на рабочем месте штатной кабины в ;

октавных полосах с среднегеометрическими частотами в диапазоне/= 63 - 500 1

Гц превышают допустимые значения с максимумом в 5 дБ на частоте / = 250 '

Гц. Суммарный уровень звука штатной кабины (82,7 дБА) также превышает допустимое значение (80 дБА). Анализируя спектр шума в кабине с улучшен- ,

ным противошумным комплексом, выявлено, что только в полосе со среднегеометрической частотой /= 250 Гц имеется небольшое превышение допусти- j мого УЗД в данной октавной полосе (на 3 дБ), а суммарный УЗ меньше допустимого на 1,6 дБ А. При применении дополнительно облицовки капота двигате- ' ' ля суммарный уровень звука составил 75,8 дБА, и ни в одной октавной полосе ^ УЗД не превышают допустимых значений, что является очень хорошим резуль- 1 татом на уровне самых современных зарубежных образцов дорожной техники. >.

Был проведен сравнительный анализ сходимости результатов расчетов и '

экспериментов. При проведении расчетов шума в кабине МКЭ исходные параметры внешнего звукового воздействия и кинематического воздействия на ' опорные связи были взяты из эксперимента. На рисунке 7 представлены спектры шума в штатной кабине, полученные по результатам численных и экспериментальных исследований в 1/3-октавных полосах частот.

Рисунок 7 — Спектры шума в штатной кабине автогрейдера на месте оператора: 1 - расчетный спектр; 2 - экспериментальный спектр.

Из рисунка 7 видно, что результаты численных исследований не существенно отличаются от экспериментальных. Расхождения значений в 1/3-октавных полосах с среднегеометрическими частотами 31,5 Гц (4,7 %), 40 Гц (5,9 %), 63Гц (7,1 %), 125 Гц (6,4 %), 315 Гц (6 %) и 400 Гц (4 %).

Общий расчетный уровень звука (82,7 дБА) отличается от данных измерения в эксперименте (84,5 дБА) на 2,1 %, что является допустимым при исследованиях быстропеременных процессов.

Результаты численных исследований показывают высокую эффективность МКЭ в решении задачи по снижению шума в кабине автогрейдера. Благодаря

этому методу удалось определить противошумный комплекс кабины автогрейдера, позволяющий снизить уровень шума в кабине на 6,9 дБА.

В пятой главе "Оптимизация звукозащиты и рекомендации по снижению шума в кабине автогрейдера" разработан метод технико-экономической оптимизации звукозащиты оператора в кабине и даны рекомендации по разработке ГТТТТТС кабины. Дополнительная шумозащита оператора автогрейдера • может быть осуществлена путем введения в противошумный комплекс кабины иных высокоэффективных звукопоглощающих и вибропоглощающих материалов, а также за счет незначительного изменения конструкции и т.д. Для составления математической модели задачи необходимо выполнить следующее:

1. Определить критерии оптимизации - в данном случае за критерии оптимизации принимаем снижение общего уровня шума в кабине Д Lp, дБ А за счет установки /-го элемента (звукопоглощающей панели, стекла, пластины пола) определенной толщины и стоимость звукопоглощающей конструкции;

2. Обозначить искомые величины как переменные - для каждой пары сочетания параметра и его толщины принимаем х„, где г - номер строки; у - номер столбца;

3. Составить ограничения, т.е. зависимость между переменными.

На основании результатов численных исследований составлена таблица 2, где критерием является общий уровень снижения шума в кабине - ДЬР, дБ А, который представлен в верхней части каждой клетки. В средней части каждой клетки представлена цена, в нижней части - обозначение переменной.

Таблица 2 - Матрица исходных данных для оптимизации снижения шума в кабине

Изменяемый параметр Значения снижения УЗ Д £да дБА (верхняя строка клетки), стоимости с,,, руб. (средняя строка клетки) и обозначение элементов х,, (нижняя строка клетки) в зависимости от толщины изменяемых элементов Н, чм

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13

Н=3мм 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 10 15 20

1 Пол ДЦм-о с,i=0 Хп 0,88 7,73 0,19 15,47 0,28 23,2 0,36 30,9 0,45 38,66 0,54 46,4 0,60 54,14 0,65 61,88 0,69 69,61 0,7 108,3 0,71 185,6 0,71 263

2 Стекла -2,4 -293,3 1,5 -146,7 0 0 0,61 146,7 1,22 293,3 1,54 440 1,66 586,7 1,67 773,3 1,68 880 1,69 1027 1.7! 1760 1,7 3227 1,7 4693

3 Прокл, задн. панели -0,45 48,51 -0,30 56,6 0,02 64,7 0,21 72,8 0,42 80,8 0,65 88,9 0,82 97,0 1,02 105,1 1,27 113,2 1,32 121,3 1,35 161,7 1,58 242,5 1,68 323,4

4 Прокл. пер. панели -0,32 18,9 0,11 22,0 0,25 25,2 0,28 28,3 0,30 31,5 0,32 34,6 0,33 37,8 Xi 7 0,34 40,9 0,35 44,1 0,36 47,2 0,37 63 0,38 94,5 0,38 126

5 Прокладка пола 0,12 57,3 0,20 66,9 0,27 76,4 0,32 86,0 0,38 95,5 0,39 105,1 0,39 114,7 0,41 124,2 0,42 133,8 0,45 143,3 0,46 191.1 0,47 286,6 0,48 382,2

6 Прокл. потолка 0 79,4 0,06 92,6 0,10 105,8 0,11 119,1 0,12 132,3 ХбЗ 0,13 145,5 0,14 158,8 0,15 172 0,17 185,2 0,18 198,4 0,20 264,6 0,12 396,9 0,24 529,2 х6 п

В нашем случае математическая модель задачи имеет следующий вид:

^ = тах.

1Х=1 у=й (а), (5)

где г - номер изменяемого элемента противошумного комплекса кабины; ] -номер параметра толщины изменяемого элемента; п - количество элементов в строке.

Величина АЬРУ принимается из матрицы условий задачи (См. таблицу 2); условие (а) означает, что каждый г'-й элемент конструкции может иметь только одну_/-ю толщину; ^ - целевая функция, которая определяет значение технического параметра (снижение уровня звука в кабине в результате применения противошумного комплекса). Принимаем, что значение снижения УЗД составит 4,3 дБА (тогда, суммарный УЗД будет снижен до уровня современных зарубежных аналогов).

На втором этапе при введении новой целевой функции и новых граничных условий, задача технико-экономической оптимизации решается однозначно. При этом математическая модель в общем виде представляется следующими выражениями:

{

Б2 = С -мпт

л я

Р" = ££ЛЬРиХи = Р'пих (6)

где: Ег - новая целевая функция, определяющая наименьшее значение стоимости противошумного комплекса; И] - технический параметр, представляющий собой граничное условие. В данном случае р! тах = 4,3 дБА.

По результатам исследований и проведенной технико-экономической оптимизации предложено изменить противошумный комплекс кабины автогрейдера, в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4 — Параметры кабин: штатной и с противошумным комплексом.

Изменяемый параметр Для штатной кабины Для кабины с ГШ1К

Толщина пола, мм 3 6,5

Толщина стекла, мм 4 5

Прокладка Антивибрит-2 Пластина губчатая техническая с двумя пленками. (ТУ 38-10-6867-75)

Толщина прокладки:

по задней панели, мм 5 20

по передней панели, мм 5 5

по потолку, мм 5 5

по полу, мм 5 5

Расчеты показали, что другим перспективным методом снижения шума в кабине является применение облицовки капота двигателя звукопоглощающим материалом, как основного источника шума. При этом можно значительно снизить составляющую воздушного шума и, в итоге, общий шум. Но применение облицовки капота вибро-звукопоглощающим материалом значительно удорожает конструкцию автогрейдера, а также потребует дополнительного исследования теплового режима двигателя.

Предложенный противошумный комплекс кабины автофейдера ГС - 10.01 позволяет существенно снизить шум в кабине.

В шестой главе " Социально-экономическое обоснование мероприятий по снижению шума в кабине автогрейдера " дается анализ сравнительной экономичности вариантов с точки зрения затрат общественного труда, обусловленных проектированием звукозащиты и ее эксплуатацией. Установлен годовой экономический эффект от применения нового ПШК. При этом не учитывался прирост производительности автофейдера за счет меньшей утомляемости оператора. Экономический эффект оказывается незначительным, но обеспечение безопасности жизнедеятельности человека оказывается более важным.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана уточненная методика ориентировочной оценки шума в кабине на ранней стадии проектирования. В результате расчета УЗ автофейдера ГС - 10.01 по данной методике составил 76,5 дБ А.

2. Предложен способ снижения вибрации кабины с помощью динамического гасителя колебаний и дан его расчет.

3. На основании результатов экспериментальных исследований установлено, что доля шума источников в общем звуковом поле кабины составляет: ДВС - 83,5 дБА; коробки передач - 76,5 дБА; переднего моста - 75 дБА. При этом наибольший шум в кабину проникает через заднюю панель и пол.

4. Установлены основные частоты возмущающих сил автофейдера ГС -10.01 (0...8, 37, 73,74, 111,114, 145; 148, ...880,915 Гц).

5. Экспериментально установлена зависимость уровня звука в кабине автофейдера от тягового режима работы, при этом максимальное значение УЗ соответствует максимальной тяговой мощности.

6. Установлено, что на автофейдере ГС - 10.01 наибольшую эффективность снижения эквивалентного уровня звука в кабине, обеспечивают мероприятия по облицовке панелей капота двигателя звукопоглощающим материалом. В ходе эксперимента облицовка только боковых панелей капота звукопоглощающим покрытием дало снижение уровня звука в кабине на 2... 2,5 дБ А.

7. Разработана уточненная методика численных исследований шума в кабине при внешнем звуковом воздействии на панели, учитывающая также кинематическое возмущение через опорные связи кабины. Разработана топологическая схема кабины, учитывающая внутреннюю воздушную среду, звукопоглощающее и декоративное покрытие.

8. Установлена зависимость звуковой вибрации панелей кабины, обуславливающей структурный шум на низких частотах, от толщины пластины пола. При увеличении толщины пластины пола на 1 мм в пределах 3...7 мм эквивалентный шум в кабине снижается на 0,28 дБА.

9. Разработана методика технико-экономической оптимизации шумозащи-ты оператора в кабине. По результатам численных исследований и проведенной технико-экономической оптимизации предложено изменить противошумный комплекс кабины автогрейдера за счет увеличения толщины пола на 3,5 мм, толщины стекол кабины до 5 мм, применения звукопоглощающего материала типа пластины губчатой технической с двумя пленками. (ТУ 38 - 10 - 6867 -75) толщиной 5...20 мм.

10. Результаты оптимизации показывают, что снижение общего уровня звука на 4,3 дБ А достигается при наименьшей стоимости применяемых элементов нового противошумного комплекса, равной 930,14 руб.

11. В ходе численных исследований установлено, что наибольшее снижение общего шума в кабине достигается комплексным применением нового противошумного комплекса и снижения внешнего звукового воздействия с помощью облицовки капота двигателя звукопоглощающим материалом. При применении этих мероприятий можно снизить уровень звука в кабине на 7 дБ А.

12. Сравнение расчетных данных с экспериментом, выполненное для общего шума в кабине, показало, что неточность не превышает 2...2,5 %.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1 Устинов Ю. Ф., Жулай В. А., Волков Н. М. Снижение виброакустических параметров в кабине легкого автогрейдера типа ГС - 10.01. / Известия Вузов. Строительство. №6 2000. Стр. 95 - 101.

2 Устинов Ю.Ф., Жулай В.А., Бочаров В.Н., Чернов М.В., Волков Н.М. Виброакустика легкого автогрейдера. // Экологический вестник Черноземья. Вып. 10. Воронеж, РЦ "Менеджер", 2000. С. 58-63.

3 Волков Н. М. Особенности методики измерения шума на автогрейдере типа ГС - 10.01 II Материалы 55 - 56-й научно-технической конференции. Краткое содержание докладов докторантов, аспирантов, соискателей и студентов по проблемам строительных наук и архитектуры. Воронеж, 2001. С. 122-123.

4 Устинов Ю. Ф., Муравьев В. А, Чернов М. В., Никитин С. А, Волков Н. М. и др. Звукопоглощающая сотовая панель. // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. С. 202 - 206.

5 Волков Н. М., Никитин С. А., Дегтев Д. Н. Оптимизация звукозащиты кабины автогрейдера типа ГС - 10.01. // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. С. 245-249.

Волков Н. М., Никитин С. А., Дегтев Д. Н. Результаты проведения лабораторных испытаний новых звукопоглощающих конструкций. // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. С. 206 - 208.

Волков Н. М. Численные исследования шума в кабине автогрейдера ГС -10.01 методом конечных элементов. // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. С. 241 -245.

Решение о выдаче патента РФ на изобретение. МПК 7 В 32 В 3/12. Звукопоглощающая сотовая панель. / Ю.Ф. Устинов, Н. М. Волков и др., Воронежская государственная архитектурно-строительная академия. -№ 2002108097/12(008366); заявлено 29.03.2002.

1

Подписано в печать <£/■ 05". ез Г| формат 60x84 1/16. Печатных листов 1,2.

Бумага для множительных аппаратов. Тираж 120 Заказ Отпечатано в типографии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006, Воронеж, 20-летия Октября, 84.

I

I

H 7^4 Р 11 7 б 4

i

i

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Влияние шума на здоровье автогрейдеристов.

1.2 Основные конструктивные особенности автогрейдера типа

ГС-10.01. И

1.3 Методы и средства снижения шума в кабинах землеройно-транспортных машин.

Выводы.

2 ОЦЕНКА ОЖИДАЕМОГО УРОВНЯ ЗВУКА В КАБИНЕ АВТОГРЕЙДЕРА IIA РАННЕЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

2.1 Уточненная методика ориентировочной оценки шума в кабине автогрейдера на стадии эскизного проекта.

2.2 Снижение вибрации в кабине с помощью динамического гасителя колебаний.

Выводы.

3 ПРОГРАММА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОГРЕЙДЕРА.

3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований.

3.2 Методики и условия проведения экспериментов.

3.2.1 Методика и условия проведения эксперимента по оценке влияния режима работы автогрейдера на уровень звука в кабине.

3.2.2 Методика и условия проведения эксперимента по определению вклада основных источников в звуковое поле кабины.

3.2.3 Методика и условия проведения эксперимента по определению уровня звуковой мощности автогрейдера.

3.2.4 Методика и условия проведения эксперимента по исследованию методов снижения шума в кабине.

3.2.5 Оценка погрешности результатов исследований.

Результаты экспериментов и их анализ

3.3.1 Результаты экспериментов по оценке влияния режима работы автогрейдера на уровень звука в кабине.

3.3.2 Результаты эксперимента по определению вклада основных

• источников шума в общее звуковое поле в кабине.

3.3.3 Результаты экспериментального определения уровня звуковой мощности автогрейдера.

3.3.4 Результаты экспериментального исследования методов снижения шума в кабине автогрейдера ГС — 10. 01.

Выводы.

4 РАЗРАБОТКА УТОЧНЕННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АКУСТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА В КАБИНЕ АВТОГРЕЙДЕРА

И ЕЁ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

4.1 Разработка алгоритма численных исследований акустического процесса в кабине.

4.2 Математическая модель в векторной форме.

4.3 Топология конструкции кабины и замкнутого воздушного объёма воздуха в ней.

4.4 Результаты численных исследований и их анализ.

4.5 Проверка результатов численных исследований экспериментальным путём.

Выводы.

5 ОПТИМИЗАЦИЯ ЗВУКОЗАЩИТЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА В КАБИНЕ АВТОГРЕЙДЕРА.

5.1 Оптимизация звукозащиты в кабине.

Актуальность темы исследования. Повышение качества жизни людей в цивилизованных странах зависит от многих причин и, в значительной степени, от состояния и темпов развития промышленного, гражданского и дорожного строительства, связанных с выполнением больших объемов земляных работ. Качество и темпы возведения объектов во многом определяются выбранным комплексом строительных и дорожных машин, правильно подобранными по типу, номенклатуре и производительности. В этой связи, уровень конструктивного совершенства строительных и дорожных машин, в том числе и землерой-но-транспортных, постоянно повышается. Конструкции современных автогрейдеров в последние десятилетия претерпели существенные изменения. Появляются новые их виды, которые существенно отличаются конструктивно, по энерговооруженности, по типу силовой установки, коробки передач и других узлов, агрегатов и механизмов. Рост технологических и транспортных скоростей движения, действующих нагрузок на рабочий орган, ходовое оборудование, трансмиссию и рамные конструкции автогрейдеров, применение форсированных двигателей неизбежно приводят к увеличению динамической нагру-женности, вибрации и шума [41, 50, 51,66].

Исследования отечественных и зарубежных учёных показывают, что воздействие шума и вибрации оказывает негативное влияние на организм человека, так как вызывает функциональные расстройства нервной, сердечнососудистой, и желудочно-кишечной систем, повышает общую заболеваемость. При этом повышенный шум ухудшает условия и качество труда. Установлено, что воздействие шума в отдельных случаях снижает производительность труда на 15.20%. Следовательно, вопросы, связанные со снижением шума в кабине автогрейдера, выдвигаются на передний план, так как направлены на безопасность жизнедеятельности, а поэтому приобретают значимость и актуальность [1, 3, 13, 8, 97, 99]. В этой связи отечественными и зарубежными учёными решены многие задачи по звукоизоляции источников шума механического и аэродинам ического происхождения, представляющие интерес для практики [10, 48, 71, 50, 51, 84,85, 89,91,126, 115].

Значительный вклад в проблему борьбы с шумом в различных отраслях машиностроения, на транспорте, в промышленности внесли учёные России и других стран: В. И. Заборов, И. И. Боголепов, М. Н. Исакович, Н. И. Иванов, И. И. Клюкин, А. С. Никифоров, В. Н. Луканин, Г. Л. Осипов, Ю. Ф. Устинов, Б.Д. Тартаковский, Л. Беранек, Е. Я. Юдин, Л. Кремер, М. Лайтаилл, К. Вест-фаль, М. Хекль, Е. Майер, и др.

В последние десятилетия накоплен значительный экспериментальный материал, созданы фундаментальные теории звукозащиты. Однако общее развитее науки и создание мощных вычислительных средств открывают новые возможности в борьбе с шумом на рабочих машинах [6, 75, 76, 106, 116, 117].

Значительных успехов в теории и практике борьбы с шумом и вибрацией достигнуты в авиастроении, судостроении, автомобилестроении, промышленном и гражданском строительстве [12, 13, 38, 45, 49, 51, 52, 57, 60, 64, 81, 96, 98,100,119, 123].

Большой опыт по уменьшению шума и вибрации на строительных и дорожных машинах накоплен в Германии, США, Франции, Японии и др. [50, 97, 119,120].

Ведущими фирмами по производству бульдозеров, погрузчиков, автогрейдеров, скреперов, такими, как Катгерпиллер, Кейс, Камацу, Фаун, Уникел-лер и другими, разработаны новые кабины с высокой виброакустической защитой, сидения операторов. Ими проведена большая работа по уменьшению шума и вибрации в источниках [14,42, 50, 51,97, 119,120].

Необходимо отметить, что в промышленно развитых странах Европы, Азии и Америки существует тенденция к снижению нормативного уровня шума в кабине, который в настоящее время достигает 76.78 дБА [50, 103, 119, 122]. В таком случае вопросы звукозащиты оператора выдвигаются на первый план. Особенно важно разработать методики, позволяющие еще на стадии проектарования прогнозировать виброакустические характеристики машины, чему и посвящена данная диссертационная работа.

Целью данной работы является снижение шума в кабине легкого автогрейдера с использованием численных методов исследований.

На основании поставленной цели, определён круг задач, охватывающий разработку уточненной методики ориентировочной оценки уровней звука в кабине на ранних стадиях проектирования, проведение лабораторно-полевых исследований на натурном образце машины, разработку уточненной математической модели распространения звука в замкнутом объёме кабины и её реализация методом конечных элементов, разработка методики технико-экономической оптимизации звукозащиты и практических рекомендаций по улучшению противошумного комплекса кабины автогрейдера и др.

Перечисленный комплекс задач в общем случае сводится к задаче звукозащиты оператора, которая может быть сформулирована как задача нахождения отклика динамической системы в виде поля распределения звукового давления по объёму кабины.

Научной новизной в диссертационной работе являются:

1. Уточненная методика расчета ожидаемых уровней звука в кабинах автогрейдеров легкого типа с колесной формулой 1x2x2 на стадии разработки эскизного проекта, учитывающая вид источников шума машины, пути его распространения в зависимости от компоновочной схемы.

2. Выявленные экспериментальным путем виброакустические параметры автогрейдера, вклад источников шума в общее звуковое поле и характерные частоты, на которых шум в кабине наибольший.

3. Экспериментально установленная зависимость уровня звука в кабине от режима работы автогрейдера.

4. Результаты экспериментальных исследований внешнего шума автогрейдера и его звуковой мощности.

5. Уточненная математическая модель акустического процесса в кабине автогрейдера, учитывающая физико-геометрические параметры элементов конструкции кабины.

6. Методика технико-экономической оптимизации виброшумозащитного комплекса кабины.

Практическая ценность и внедрение результатов. Разработанные диссертантом методики и технические решения звукозащиты могут быть использованы при проектировании новых и модернизации существующих дорожных и строительных машин различного назначения.

Результаты теоретических, экспериментальных и численных исследований используются при акустическом проектировании кабин самоходных машин в ОАО "Рудгормаш" г. Воронежа, а также внедрены в учебный процесс Воронежского государственного архитектурно-строительного университета при чтении лекций по курсам "Механизация работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог", "Автотракторное оборудование" и в тематику дипломного проектирования.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на трех научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАСУ (г. Воронеж, 2001.2003 гг.), 5-й и 6-й международных конференциях "Высокие технологии в экологии" — 2002.2003, (г. Воронеж). Технические разработки демонстрировались па VI Международной специализированной выставке "Безопасность и охрана труда — 2002" (г. Москва), 14-той межрегиональной выставке "Строительство" (г. Воронеж, 2002 г.) и удостоены дипломами.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Среди большого разнообразия существующих проблем строительно-дорожных машин в последнее время большое значение приобретает проблема снижения шума, как воздушного, так и структурного. Воздушный и структурный шум обусловлен излучением виброакустической энергии предельных уровней силовыми установками и трансмиссиями дорожных машин, а также вибрирующими элементами конструкций. С комплексным воздействием шума связаны значительные трудности при разработке противошумного комплекса кабин дорожных машин [15, 50, 51, 58, 59, 70, 99, 101,110]. Противошумный комплекс автогрейдера типа ГС-10.01, как показали предварительные исследования, недостаточно эффективен для безопасной работы оператора.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана уточненная методика ориентировочной оценки шума в кабине на ранней стадии проектирования, учитывающая виды источников шума, звуковой волны и компоновочную схему машины. В результате расчета УЗ автогрейдера ГС -10.01 по данной методике составил 76,5 дБА.

2. Предложен способ снижения вибрации кабины с помощью динамического гасителя колебаний и дан его расчет. Способ позволяет снизить вибрацию кабины на основной частоте возмущающего воздействия ДВС.

3. На основании результатов экспериментальных исследований установлено, что доля шума источников в общем звуковом поле кабины составляет: ДВС - 83,5 дБА; коробки передач — 76,5 дБА; переднего моста - 75 дБА. При этом наибольший шум в кабину проникает через заднюю панель и пол.

4. Установлены основные частоты возмущающих сил автогрейдера ГС - 10.01 (0.8, 37,73,74,111, 114,145; 148, .880, 915 Гц).

5. Экспериментально установлена зависимость уровня звука в кабине автогрейдера от тягового режима работы, при этом максимальное значение УЗ соответствует максимальной тяговой мощности.

6. Установлено, что на автогрейдере ГС — 10.01 наибольшую эффективность снижения эквивалентного уровня звука в кабине, обеспечивают мероприятия по облицовке панелей капота двигателя звукопоглощающим материалом. В ходе эксперимента облицовка только боковых панелей капота звукопоглощающим покрытием дало снижение уровня звука в кабине на 2.2,5 дБА.

7. Разработана уточненная методика численных исследований шума в кабине при внешнем звуковом воздействии на панели, учитывающая также кинематическое возмущение через опорные связи кабины. Разработана топологическая схема кабины, учитывающая физико-геометрические параметры внутренней воздушной среды, звукопоглощающего и декоративного покрытия, облицовки кабины.

8. Установлена зависимость звуковой вибрации панелей кабины, обуславливающей структурный шум на низких частотах, от толщины пластины пола. При увеличении толщины пластины пола на 1 мм в пределах 3.7 мм эквивалентный шум в кабине снижается на 0,28 дБА.

9. Разработана методика технико-экономической оптимизации шумоза-щиты оператора в кабине. По результатам численных исследований и проведенной технико-экономической оптимизации предложено изменить противошумный комплекс кабины автогрейдера за счет увеличения толщины пола на 3,5 мм, толщины стекол кабины до 5 мм, применения звукопоглощающего материала типа пластины губчатой технической с двумя пленками. (ТУ 38 — 10 — 6867 - 75) толщиной 5.20 мм.

10. Результаты оптимизации показывают, что снижение общего уровня звука на 4,3 дБА достигается при наименьшей стоимости применяемых элементов нового противошумного комплекса, равной 930,14 руб.

11. В ходе численных исследований установлено, что наибольшее снижение общего шума в кабине достигается комплексным применением нового противошумного комплекса и снижения внешнего звукового воздействия с помощью облицовки капота двигателя звукопоглощающим материалом. При применении этих мероприятий уровень звука в кабине снижается на 7 дБА.

12. Сравнение расчетных данных с экспериментом, выполненное для общего шума в кабине, показало, что неточность не превышает2.2,5 %.

13. Годовой расчетный экономический эффект от применения более совершенной шумозащиты оператора составляет 1275 руб./год на одну машину без учета прироста производительности автогрейдера за счет меньшей утомляемости оператора.

1. Актуальные вопросы профилактики и неблагоприятного воздействия шума и вибрации. Тез. докл. Всесоюзн. совещ. 11-13 ноября, 1981. -М., 1981.-169 с.

2. Алексеев С. П., Казаков А М., Колотилов Н. Н. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении. М.: Машиностроение, 1970. - 208 с.

3. Балашинская JI. Г., Дроздова Л. Ф., Иванов Н. И. и др. Техническая акустика транспортных машин / Под ред. Н. И. Иванова. — СПб.: Политехника, 1992. 365 с.

4. Барастов Л. П. Изыскание путей снижения шума и вибрации в кабинах тракторов Т 50 (ЛТЗ) и Т - 125 (ХТЗ). Труды семинара «Уменьшение шума автомобилей» - М.: ОГГГИ - НАМИ, вып. 5, 1966.-С. 48-53.

5. Барастов Л. П., Арефьев В. А, Коваленко В. К., Быков В. А., Штейн-град Б. А. Снижение шума в кабине трактора путём применения эффективных звукопоглощающих материалов. // Тракторы и сельхозмашины, 1975. № 5. - С. 8 - 9.

6. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. / Пер. с англ. — М.: Стройиздат, 1982. 447 с.

7. Бахвалов Н. С. Численные методы. М.: Наука, 1975. — 31 с.

8. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. М.: МГФ «Знание», 1999. 592 с.

9. Бидерман В. А. Теория механических колебаний. — М.: Высшая школа, 1990.-408 с.

10. Боголепов И. И. Промышленная звукоизоляция. Л.: Судостроение, 1986.-368 с.

11. Борисов JI. П., Гужас Д. Р. Звукоизоляция в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1990. — 256 с.

12. Борьба с шумами и вибрациями. М.: Машиностроение, 1985. — 256 с.

13. Борьба с шумом на производстве. Справочник. / Под общ. ред. Е. Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

14. Борьба с шумом. / Под ред. Е. Я. Юдина. М.: Изд. Литературы по строительству, 1964. — 701 с.

15. Бояршинов С. В. Основы строительной механики машин. — М.: Машиностроение, 1973. 456 с.

16. Веденянин Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработка опытных данных. М.: Колос, 1978. -199 с.

17. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./ Ред. совет: В. Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1978 - Т. 1. Колебания линейных систем / Под ред. В. В. Болотина. 1978. - 352 е., ил.

18. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./ Ред. совет: В. Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1981. - Т. 6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К. В. Фролова, 1981. - 456 е., ил.

19. Власов А. Д., Мурин Б. П. / Справочник: Единицы физических величин в науке и технике. М.: Энергоатомиздат, 1990. -176 с.

20. Воеводин Е. В. Численные методы алгебры. Теория и алгоритмы. — М.: Наука, 1966.-248 с.

21. Вожжова А. И. Захаров В. К. Защита от шума и вибрации на современных средствах транспорта. Л.: Медицина, 1968. - 128 с.

22. Волков Н. М. Численные исследования шума в кабине автогрейдера ГС 10.01 методом конечных элементов. // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. С. 241 —245.

23. Волков Н. М., Никитин С. А., Дегтев Д. Н. Оптимизация звуко-загциты кабины автогрейдера типа ГС 10.01. // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. С. 245 - 249.

24. Волков Н. М., Никитин С. А., Дегтев Д. Н. Результаты проведения лабораторных испытаний новых звукопоглощающих конструкций // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. С. 206-208.

25. ГОСТ 12.1.003 83. Шум. Общие требования безопасности.

26. ГОСТ 12.1.024 81, ГОСТ 12.1.025 - 81. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в реверберационной и заглушённой камерах. Точный метод.

27. ГОСТ 12.1.026 80 - ГОСТ 12. 1. 028 - 80. Шум. Методы определения шумовых характеристик источников шума.

28. ГОСТ 12.1.029 80. Средства и методы защиты от шума: классификация.

29. ГОСТ 12.1.050 86. Методы измерения шума на рабочих местах.

30. ГОСТ 12.2.011 — 75. Машины строительные и дорожные. Общие требования безопасности.

31. ГОСТ 16297 — 80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний.

32. ГОСТ 17187-81. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний.

33. ГОСТ 19358 — 85. Внешний и внутренний шум автотранспортных средств. Допустимые уровни и методы измерений.

34. ГОСТ 23941 79. Шум. Методы определения шумовых характеристик. Общие требования.

35. ГОСТ 27247 87. Машины землеройные. Метод определения тяговой характеристики.

36. ГОСТ 8.207 — 76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.

37. Гурбанов И. М., Поварков В. И., Семешин С. И. Современные средства виброшумозащиты машинистов строительных и дорожных машин. Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1983. - 43 с.

38. Двигатели внутреннего сгорания, применяемые на строительных и дорожных машинах. Каталог-справочник. — М.: АО Машмир, 1993. — 49 с.

39. Демидович Б. П., Марон И. А., Шувалова Э. 3. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференцирование и интегральные уравнения. / Под ред. Б. П. Демидовича. М.: Наука, 1967. - 368 с.

40. Дорожно-строительные машины и комплексы: Учебник для вузов по спец. «Строительные и дорожные машины и оборудование» / В. И. Баловнев, А. Б. Ермилов, А. Н. Новиков и др.; Под общ. ред. В. И. Баловнева. М.: Машиностроение, 1988. - 384 с.

41. Дорожные машины. Часть 1. Каталог-справочник. — М.: АО Машмир, 1993.-81 с.

42. Дроздова JI. Ф. Исследования по снижению шума СДМ звукоизолирующими капотами: Диссертация на соискание учёной степени канд. техн. наук. Л.: 1981. - 207 с.

43. Заборов В. И. Расчёт звукоизоляции при непостоянном шуме. Доклады IX Всесоюзной акустической конференции. — М.: АН СССР, 197. -С. 61-64.

44. Заборов В. И. Теория звукоизоляции ограждающих конструкций. — М.: Стройиздат, 1969. -184 с.

45. Заборов В. Н., Клячко Л. Н., Росин Г. С. Защита от шума и вибраций в чёрной металлургии. — М.: Металлургия, 1988. — 216 с.

46. Звукоизолирующие, звуко- и вибропоглощающие материалы: Каталог. Северодонецк: ВНИИТБХП, 1979. 61 с.

47. Звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы. / Под ред. Е. Я. Юдина. М.: Изд. литературы по строительству, 1966. 247 с.

48. Звукопоглощающие материалы и конструкции. Справочник. — М.: Связь, 1970. 48 с.

49. Иванов Н. И. , Никифоров А. С. Основы виброакустики: Учебник для вузов. — СПб.: Политехника, 2000. 482 с.

50. Иванов Н. И. Борьба с шумом и вибрациями на путевых и строительных машинах. М.: Транспорт, 1987. - 223 с.

51. Ивович В. А , Онищенко В. Я. Защита от вибрации в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. — 272 с.

52. Иориш Ю. И. Виброметрия. М.: Машгиз, 1963. - 771 с.

53. Исакович М. А. Общая акустика. М.: Наука, 1973. — 495 с.

54. ИСО 6393 85. Акустика. Измерение Воздушного шума, излучаемого землеройными машинами. Метод проверки соответствия нормативным требованиям по внешнему шуму. Испытания в стационарном режиме.

55. ИСО 6394 85. Акустика. Измерение воздушного шума, создаваемого землеройными машинами на рабочем месте оператора. Испытания в стационарном режиме.

56. Карпов Ю. В., Дворянцева Л. А. Звукопоглощающие материалы и конструкции. М.: НИИТЭХИМ, 1981. - 18 с.

57. Клюкин И. И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах. — Л.: Судостроение, 1971. -416 с.

58. Колесников Е. А. Шум и вибрация. Л.: Судостроение, 1988. — 248 с.

59. Лагунов Л. Ф., Осипов Г. Л. Борьба с шумом в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1980. 150 с.

60. Левитский Н. И. Колебания в механизмах: Учеб. Пособие для втузов. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1988. - 336 с.

61. Лихачёв В. С. Испытания тракторов. М.: Машиностроение, 1974. -286 с.

62. Лопашев. Д. 3., Осипов Г. Л., Федосеева Е. Н. Методы измерения и нормирование шумовых характеристик. М.: Издательство стандартов, 1983.-232 е., ил.

63. Луканин В. Н. Шум автотракторных двигателей внутреннего сгорания. М.: 1971. - 271 с.

64. Максимов В. П., Егоров И. В., Карасёв В. А. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах. М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.

65. Машины для земляных работ / Под общ. Ред. Д. П. Волкова. — М.: Машиностроение, 1992. 448 с.

66. Мероприятия по снижению шума от строительных машин. ЦНИИС Госстроя СССР. Обзор. М.: 1976. - 48 с.

67. Методические рекомендации по проектированию звукоизоляции машин: ВЦНИИОТ ВЦСПС. М., 1982. - 58 с.

68. Молоканов К. П., Соколик Л. И. Влияние производственной вибрации на костно-мышечную систему. М.: Медицина, 1975. — 208 с.

69. Никифоров А. С. Акустическое проектирование судовых конструкций: Справочник. Л.6 Судостроение, 1990. 200 с.

70. Новые вибропоглощающие материалы и их применение в промышленности / Под ред. А. С. Никифорова. Л.: Знание, 1980. — 100 с.

71. Осипов Г. Л., Лопашев Д. 3., Федосеева Е. II., Ильянчук Ю. М. Измерение шума машин и оборудования. — М.: Стандартиздат, 1968. — 148 с.

72. Пановко Я. Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. — М.: Физматтиз, 1961. 295 с.

73. Петреня Е. Н. Колебания комбинированных стержневых систем при кратковременных воздействиях: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Воронеж, 1992. - 208 с.

74. Петреня Е. Н. Петранин А. А. Вычислительный комплекс программ "ИМПУЛЬС". / Информационный листок № 429 90. - Воронеж: Воронежск. ЦНТИ, 1990. - 2 с.

75. Порядков В. И. Пути измерения уровней вибрации и механического шума механизмов и машин. // Вестник машиностроения, 1989. №11. -С. 20-23.

76. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник в 2-х кн. / Под ред. В. В. Клюева. М.: Машиностроение, 1978.-432 с.

77. Рабинович М. И., Трубецков Д. И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука, 1984. - 432 с.

78. Разумовский М. А. Борьба с шумом на тракторах. Минск: Наука и техника, 1973. - 206 с.

79. Расчёт трёхслойных конструкций: Справочник / Кобелев В. Н., Ко-варский Л. М., Тимофеев С. И.; Под общ. ред. В. II. Кобелева. — М.: Машиностроение, 1984. — 304 с.

80. Расчёты экономической эффективности новой техники: Справочник. / Под общ. ред. К. М. Великанова. 2-е изд. перераб. и доп. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. - 448 с.

81. Реклейтис Г., Райвендран А., Регсдел К. Оптимизация в технике. В 2-х книгах / Пер. с англ. В. Я. Алтаева, В. И. Моторина. М.: Мир, 1986. Кн. 1. - 349 е.; Кн. 2. - 320 с.

82. Рекомендации по расчёту и проектированию звукоизолирующих ограждений машинного оборудования. / НИИСФ. М.: Стройиздат, 1989.-56 с.

83. Решение о выдаче патента РФ на изобретение. МПК 7 В 32 В 3/12. Звукопоглощающая сотовая панель. / Ю.Ф. Устинов, Н. М. Волков и др., Воронежская государственная архитектурно-строительная академия. № 2002108097/12(008366); заявлено 29.03.2002.

84. Руководство по измерению и расчёту акустических характеристик звукопоглощающих материалов. М.: Строиздат, 1979. — 120 с.

85. Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования. М.: Стройиздат, 1972. -160 с.

86. Рушимский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. - 205 с.

87. Светлицкий В. А., Нарайкин О. С. Упругие элементы машин. — М.: Машиностроение, 1989. 264 е., ил.

88. Скучик Е. Основы акустики. / Пер. с анг. М.: Мир, 1976. - Т.1. — 520 е., Т.2.-544 с.

89. Снижение шума методами звукоизоляции. / В. И. Заборов, И. В. Го-ренштейн, Л. Н. Клячко и др. М.: Стройиздат, 1973. — 143 с.

90. СниП II 12 - 77. Защита от шума. / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1978.-49 с.

91. Справочник по судовой акустике. / Под ред. И. И. Клюкина, И. И. Бо-голепова. Л.: Судостроение, 1978. - 504 с.

92. Справочник по технической акустике / Пер. с нем. / Под ред. М. Хек-ла и X. Я. Мюллера. Л.: Судостроение, 1980. - 493 с.

93. Справочник проектировщика. Защита от шума. / Под ред. Е. Я. Юдина. — М.: Стройиздат, 1974. -134 с.

94. Средства защиты в машиностроении: расчёт и проектирование. Справочник. / С. В. Белов, А. Ф. Козьяков, О. Ф. Партолин и др. / Под ред. С. В. Балова. М.: Машиностроение, 1989. - 365 с.

95. Тейлор Р. Шум. / Пер. с англ. / Под ред. М. А. Исаковича. М.: Мир, 1978.-308 с.

96. Терехов А. Л. Борьба с шумом на компрессорных станциях. — Л.: Недра, 1985.-18 с.

97. Техническая акустика транспортных машин: справочник. / Л. Г. Ба-лашинская, П. Ф. Дроздова, Н. И. Иванов и др.; Под ред.Н. И. Иванова. С-Пб: Политехника, 1992. - 365 с.

98. Тихомиров Ю. Ф. Промышленные вибрации и борьба с ними. — Киев: Техника, 1975.-184 с.

99. Тольский В. Е. Виброакустика автомобиля. — М.: Машиностроение, 1988.-139 с.

100. Тракторы для строительных и дорожных машин. Каталог-справочник. М.: АО Машмир, 1993. - 47 с.

101. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчёт. / Под общ. ред.И. П. Ксеневича. М.: Машиностроение, 1991. - 554 с.

102. Ульянов Н. А. Теория самоходных колёсных землеройно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1969. - 520 с.

103. Устинов Ю. Ф. Звуковая вибрация и шум землеройно-траяспортных машин. // Строительные и дорожные машины, 1996. №4. — С. 23 -24.

104. Устинов Ю. Ф. Метод конечны элементов в задачах виброакустики тяговых машин. // Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии / Сб. докл. Всероссийской научно-практ. конференц. с междуна-родн. уч. С-Пб., 1996. - С. 232 - 235.

105. Устинов Ю. Ф. Прогнозирование и методы расчёта виброакустических параметров землеройно-транспортных машин /: Диссертация на соискание учёной степени докт. техн. наук. Воронеж: ВГАСА, 1997. -426 с.

106. Устинов Ю. Ф. Разделение источников вибрации и шума на тяговых и транспортных строительных машинах. / Вибрационные машины и технологии / Сб. докл. и материалов П-ой научн. конф. — Курск: КГТУ, 1995. — С. 50-52.

107. Устинов Ю. Ф. Снижение виброакустической активности землеройно-транспортных машин // Изв. Вузов. Строительство. — 1994. №12. -С. 117-121.

108. Устинов Ю. Ф. Снижение структурного шума на землеройно-транспортных машинах// Изв. Вузов. Строительство. — 1996. №1. — С. 93-97.

109. Ш.Устинов Ю. Ф., Жулай В. А. Исследование виброакустических параметров землеройно-транспортных машин. / Изв. Вузов. Строирельст-во, 1996.-№6.-С. 113-118.

110. Устинов Ю. Ф., Жулай В. А., Бочаров В. П., Чернов М. В., Волков Н.М. Виброакустика лёгкого автогрейдера.// Экологический вестник Черноземья. Вып. 10. Воронеж, РЦ «Менеджер», 2000. С. 58 63.

111. Устинов Ю. Ф., Жулай В. А., Бочаров В. Н., Чернов М. В., Кондауров Ю. А. Шум и вибрация автогрейдера типа ГС — 14.02. // Экологический вестник Черноземья. Вып. 7. Воронеж, РЦ «Менеджер», Ноябрь 1999.-С. 53-56.

112. Устинов Ю. Ф., Жулай В. А., Волков Н. М. Снижение виброакустических параметров в кабине легкого автогрейдера типа ГС -10.01 //ИзвестияВузов. Строительство. №5. 2000. С. 117 -121.

113. Устинов Ю. Ф., Муравьев В. А, Чернов М. В., Никитин С. А, Волков Н. М. и др. Звукопоглощающая сотовая панель. // Высокие технологии в экологии. Труды 6-й международной научно-практической конференции. Воронеж, 2003. — С. 202 — 206.

114. Устинов Ю. Ф., Петранин А. А., Петреня Е. Н. Основные концептуальные принципы компьютерных технологий создания малошумных машин. // Изв. Вузов. Строительство, 1998. № 9. С. 86 — 95.

115. Устинов Ю. Ф., Петранин А. А., Петреня Е. Н. Системный анализ и методы конечных элементов в задачах прогнозирования и расчёта виброакустических параметров землеройно-транспортных машин. Изв. Вузов. Строительство, 1997. №3. С. 95 - 100.

116. Филиппов В. И. Охрана труда при эксплуатации строительных машин. М.: Высшая школа, 1984. — 247 с.

117. Шум на транспорте. / Пер. с англ. К. Г. Бронштейна. / Под ред. В. Е. Тольского, Г. В. Бутанова, Б. Н. Мельникова. М.: Транспорт, 1995. -368 с.

118. Янг С., Элисон А. Измерение шума машин. / Пер. с англ. М.: Энер-гоатомиздат, 1988. 144 с.

119. Drozdova L.Ph., Kaydalova M.N., Kurtsev G.M. Theoretical determination parameters in vehicles // Fourth international congress on sound and vibration / St. Petersburg, Russia, June 24 27,1996. P. 1691 - 1694.

120. Ivanov N.I., Kaydalova M.N., Kurtsev G.M. A calculating method to exterior vehicles noise // Fourth international congress on sound and vibration / St. Petersburg, Russia, June 24 27,1996. P. 1689 - 1690.

121. Ivanov N.I., Samoylov M.M., Zyuzlokova Efficiency of conformable acoustical shields // Fourth international congress on sound and vibration / St. Petersburg, Russia, June 24 27, 1996. P. 1193 - 1199.

122. Ustinov Yu. F. Estimation of vibration acoustical parameters of vehicles by means of fern/Fourth International Congress of Sound and Vibration. St. Petersburg: Russia. June 24 27, 1996. - P. 2067 - 2075.

123. Ustinov Yu. F. Numerical investigations Methodology of Vibroacoustik Dynamics of Transport and Traction Machines / 6-th 5-8 July, 1999, Copenhagen, Denmark. P. 1405-1408.