автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Повышение звукоизоляции остекленных конструкций кабин управления горношахтного оборудования

ол

Министерство образования Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Северо-Кавказский государственный технологический университет

На правах рукописи

Герасименко Валентин Григорьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ ОСТЕКЛЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАБИН УПРАВЛЕНИЯ ГОРНОШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ - 1996 г.

- г -

Работа выполнена в Северо-Кавказском государственном технологическом университете ордена Дружбы Народов

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Климов Борис Григорьевич. Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Ведущее предприятие: Всероссийский проектно-изыскательский

и научно-исследовательский институт промышленной технологии.

в часов на заседании регионального специализированного

Совета Д 063.12.01 при Северо-Кавказском государственном технологическом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского государственного технологического университета.

профессор Трегубов Виталий Анатольевич;

доктор технических наук,

доцент Максимов Николаи Павлович.

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь регионального специализированного Совета, кандидат технических наук,

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Забойные, транспортные и стационарные горные машины при работе генерируют в окружающую среду шум высокой интенсивности, уровень которого превосходит допустимые санитарные нормы.

Шумовое загрязнение в рабочих зонах горных машин отрицательно влияет на здоровье обслуживающего персонала, понижает производительность труда горнорабочего и препятствует правильному восприятию подаваемых сигналов и команд в процессе трудовой деятельности.

Эффективным средством защиты обслуживающего персонала горных машин от вредного шумового загрязнения в зонах рабочих мест, являются звукоизолированные кабины управления и наблюдения для операторов .

Звукоизоляция кабины зависит от звукоизолирующих свойств применяемых материалов для сооружения кабин. Прозрачные обзорные поверхности кабин, выполненные из однослойных или двухслойных остекленных конструкций имеют наиболее низкую звукоизоляцию по сравнению с другими конструктивными элементами кабины. Откуда следует, что звукоизоляция остекленных конструкций кабин определяет звукоизоляцию всей кабины.

Цель» диссертационных исследований является повышение звукоизоляции остекленных поверхностей кабин управления горных машин, кабин управления и постов наблюдений шахтных стационарных установок за счет применения оптимальных геометрических размеров по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция остекленной конструкции максимальная, а материальные затраты на изготовление конструкции минимальны.

Основная идея работы состоит в определении математических моделей звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций в третьоктавных полосах частот и по шкаяе "А", как многофакторных Функций переменных величин, являющихся геометрическими размерами по толщине элементов конструкции. Математические модели исследованы на максимум и минимум Функции с определением геометрических размеров по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция конструкции максимальна.

Методика исследования. Базируется на основных закономерностях математики, математической статистики, акустики и механики. Принят экспериментальный метод исследований для определения зависимостей звукоизоляции остекленных конструкций от управляемых переменных, а именно - метод планирования эксперимента по критерию Д-оптимальности с последующими исследованиями многофлкторных функций на экстремальные значения.

Научные положения, выносимые на защиту;

1. Звукоизоляция одно и двухслойных остекленных конструкций, которые входят составными элементами ограждающей от шума поверхности кабины управления горных, стационарных и транспортных машин, зависит от геометрических размеров по толщине элементов конструкции и физических свойств прозрачных сред, а математические модели звукоизоляции таких конструкций описываются однофак-торными или трехфакторными функциями управляемых переменных, которыми являются размеры по толщине стекол и рооотолния мсладу нп-ми; функции имеют вид полинома второго порядка и удобны к проведению анализа на экстремальные значения звукоизоляции конструкции;

2. При определенных соотношениях размеров по толщине элементов остекленной конструкции, звукоизоляция ее достигает максимального значения в рассматриваемых полосах частот аэродинамического шума, такие размеры являются оптимальными, при этом расход по массе стекла на единицу звукоизоляции минимален в сравнении с другими соотношениями геометрических размеров;

3. Применение гидравлической прослойки, вместо воздуха, между стеклами в двухслойной конструкции повышает звукоизоляцию конструкции и математическая модель ее звукоизоляции описывается трехфакторной функцией управляемых переменных, являющихся геометрическими размерами по толщине элементов конструкции; функция имеет вид полинома второй степени и удобна для проведения ее анализа на экстремальные значения.

Обоснованность и достоверность научных положений. Обусловлена применением строгих закономерностей математики и математической статистики при описании математических моделей звукоизоляции остекленных конструкций и их анализа на экстремум. Использование метода планирования эксперимента по критерию Д-оптимального плана позволяет, при минимальном количестве постановки опытов, получать математическое описание исследуемого процесса с высокой адекватностью показаниям эксперимента. Достоверность математического описания исследуемого процесса звукоизоляции остекленных конструкций оценивается критерием Фишера, значение которого находится на уровне ft % значимости.

Экспериментальные исследования проведены в двухсекционной акустической камере общим объемом 100 м.куб. с применением акустической измерительной аппаратуры фирм "Брюль и Къер" и РГТ (Германия), предназначенных для лабораторных измерений. Акустическая камера, измерительная аппаратура и применяемые методы измерений соответствуют* требованиям ГОСТ и международным стандартам (ISO).

Научная новизна и значимость результатов исследований состоит:

- р.первые, метолом планировании эксперимента, получены мате-

матические модели звукоизоляции остекленных конструкций, которые входят составными частями ограждающих поверхностей звукоизолированных кабин управления и наблюдения горношахтных машин, в виде полиномов второго порядка управляемых переменных, являющихся размерами по толщине стекол и расстояния между ними;

- математические модели звукоизоляции остекленных конструкций получены для третьоктавных среднегеометрических полос шума от 160 до 4000 Гц и по шкале "А" в удобной математической записи для выполнения анализа функции на экстремальное значение по звукоизоляции конструкции;

- впервые установлено, что при определенном сочетании толщин стекол и расстояния между ними в двухслойной остекленной конструкции возможно получить максимальную звукоизоляцию всей конструкции в рассматриваемых полосах частот шума, что обуславливает повышение звукоизоляции кабин управления и наблюдения горношахтных машин;

- определено влияние гидравлической прослойки в двухслойной остекленной конструкции на ее звукоизоляцию, получены математические модели звукоизоляции таких конструкций в третьоктавных полосах частот шума как трехфакторных полиномов второго порядка и доказана возможность уменьшения толщины двухслойной конструкции за счет гидравлической прослойки, а это имеет важное значение при конструировании кабин управления забойных и транспортных машин;

- математические модели звукоизоляции остекленных конструкций дают возможность разработки методик расчетов оптимальных геометрических размеров по толщине элементов конструкции с использованием ЭВМ в диалоговом или автоматическом режиме.

Практическое значение работы. На базе математических моделей звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций, по данным математического анализа на экстремум многофакторных функций, разработаны три методики расчета по определению оптимальных геометрических размеров по толщине стекол и расстояния между ними. Разработаны алгоритмы и составлены программы расчетов на ПЭВМ.

При оптимальных размерах элементов конструкции звукоизоляция ее максимальна, а расход листового стекла по массе на ее изготовления минимален. Этим достигается решение поставленной задачи исследования - повышение звукоизоляции остекленных конструкций кабин управления горных машин и стационарных установок. При этом звукоизоляция кабины проникновению аэродинамического шума повышается, что обуславливает уменьшение шумового загрязнения в рабочей зоне управления машиной.

Реализация работы. По заданию Садонского свинцово-цинкового комбината (СЦК) в августе 1995 г. нами выполнены замеры шумового

загрязнения в двух компрессорных станциях и в камере вентилятора главного проветривания рудника "Архон".

Для ограждения операторов стационарных установок на обследованных объектах от воздействия аэродинамического шума высокого уровня, нами разработаны технические проекты трех кабин управления и наблюдения для операторов и обслуживающего персонала. Остекленные смотровые поверхности кабин в виде двухслойных конструкций с воздушным промежутком запроектированы с оптимальными геометрическими размерами по толщине и максимальными звукоизоляционными свойствами. Техническая документация трех проектов передана руководству Садонского СЦК для дальнейшего практического применения.

Методика расчета оптимальных геометрических параметров по толщине элементов двухслойной остекленной конструкции, с программой расчета на ПЭВМ, передана проектным институтам "Кавказцвет-метпроект" (г. Владикавказ) и ВНИИП "Промгехнология" (г. Москва) для практического использования в выполняемых проектах горношахтных стационарных установок.

Тема диссертационных исследований входит составной частью плана научно-исследовательских работ Северо-Кавказского государственного технологического университета на 1994-1996 г.г. Выполнение НИР финансируется по единому наряд-заказу Государственным Комитетом по высшей школе Российской Федерации, а сам план НИР СКГТУ входит в план НИР Комитета.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:

- ежегодных научно-технических конференциях Северо-Кавказского государственного технологического университета в 1995-96 годах, г. Владикавказ;

- Науно-Технической конференции с международным участием ученых и инженеров в честь 100-летия со дня рождения проф. Весе-ловаЛ.А., Екатеринбург, 1995 г.;

- Международном симпозиуме "Горная техника на пороге 21 века", Москва, 1995 г.;

- Второй Международной конференции "Безопасность и экология горных территорий", Владикавказ. 1995 г.

Публикация. По результатам диссертационных исследований опубликовано 4 научных работы.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы 165 наименований и приложения. Работа содержит 235 страницы, в том числе 43 рисунка, 65 таблиц. Основной текст диссертационных исследований составляет 156 страниц.

В первой главе выполнен обзор состояния вопроса по опубликованным раоотам на тему диссертации и сформулированы задачи исследования.

Вторая глава содержит исследования математических моделей звукоизоляции остекленных конструкций в различном исполнении и их анализ на экстремальные значения.

В третьей главе изложены методики расчетов оптимальных геометрических размеров по толщине элементов остекленных конструкций с использованием программирования и ЭВМ.

В четвертой главе рассмотрены варианты применения различных видов остекленных конструкций в кабинах управления и наблюдения забойных, транспортных и стационарных горных машин с определением шумового загрязнения в пространстве кабины.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В развитие теории и конструировании забойных, транспортных и стационарных горных машин большой вклад внесли русские, советские ученые: М.М. Федоров, А.П. Герман, Г.М. Еланчик, A.C. Ильичев, В.Б. Уманский, Л.А. Веселов, Р.Н. Хаджиков, В.М. Берман, В.И. Ки~ силев, A.B. Докукин, С.С. Смородин, 8.А. Мурзин, Ю.А. Цейтлин, В.И. Солод, Г.И. Солод, З.М. Федорова, Н.Г. Картавый, В.В. Алексеев, Б.Г. Климов, В.М. Попов. А.И. Борохович, Б.А. Носырев, Л.И. Кантович, В.И. Морозов, В.А. Бреннер, Л.М. Алотин, Г.М. Водянник, М.Н. Хальфин, Г.Ш. Хазанович, В.В. Пак, В.И. Ковалевская, Л.Л. Моисеев, Н.Г. Гаркуша, И.С. Найденко и другие.

В области изучения шума и вибраций машин большой научный вклад внесли ученые: Ю.В. Флавицкий, Е.Я. Юдин, A.A. Животовский, Г.Л. Осипов, И.И. Воголепов, Н.И. Иванов, В.А. Трегубов, Н.П. Максимов, И.Д. Алборов и другие.

Характерной особенностью работы высокоскоростных и большой мощности горных машин является генерация шума высокой интенсивности, намного превышающей допустимые санитарные нормы.

Защита рабочих от вредного влияния шумового загрязнения, как установлено практикой, наиболее эффективна при сооружении звукоизолированных кабин управления и наблюдения в габаритах самой машины, или в машинных запах размещения стационарных установок шахт.

Звукоизолирующие свойства кабин управления и наблюдения во многом предопределяются звукоизоляцией остекленных поверхностей кабины, которые имеют меньшую звукоизоляцию по сравнению с глухими стенами кабины.

Отсюда следует, что повышение звукоизоляции остекленных конструкций кабин управления приведет к понижению шумового загрязнения на рабочем месте оператора. А это будет способствовать повыиению производительжх-ти. машин и улучшать условия труда горнорабочих .

Звукоизоляция остекленных одно и двухслойных конструкций,

как установлено выполненными ранее исследованиями в области акустики и строительной физики, зависит от толщины стекол и расстояния между ними <1, Ья). На звукоизоляцию существенно влияют физико-механические свойства прозрачных сред.

Инженерные расчеты звукоизоляции остекленных конструкций принято выполнять графо-аналитическим методом в соответствии со СНиП 11-12-77 с последующей экспериментальной проверкой конструкции. Результаты расчетов не всегда хорошо согласуются с опытными данными, а сама методика расчетов не позволяет определять такие толщины стекол и расстояние между ними при которых звукоизоляция всей конструкции имела бы максимальное значение в рассматриваемых среднегеометрических полосах частот шума. Для выполнения инженерных расчетов звукоизоляции остекленных конструкций аналитическим методом отсутствуют математические модели звукоизоляции таких конструкций.

Вследствие анализа состояния вопроса по определению звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций, предназначенных для кабин управления горных машин, определились основные задачи диссертационного исследования, а именно:

1. Разработать математические модели звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций, как многофакторных функций управляемых величин - это толщины стекол (Ьа, Иг) и расстояние между ними (й);

2. Выполнить анализ математических моделей звукоизоляции конструкции на экстремальные значения по звукоизоляции с определением точек экстремума и с выявлением вида эксремума;

3. Изучить влияние на звукоизоляцию двухслойной остекленной конструкции гидравлической прослойки между стеклами и получить математическое описание звукоизоляции такой конструкции:

4. Разработать методики расчета оптимальных геометрических размеров по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция конструкции достигает максимальной величины.

Для решения поставленных задач принят экспериментальный метод исследования, а именно - метод планирования эксперимента по критерию Д-оптимальности.

Эксперименты проведены в двухсекционной акустической камере Северо-Кавказского государственного технологического университета. Общий объем камеры составляет 100 куб. м. Сооружение камеры выполнено в полном соответствии с требованиями ГОСТ и нормами 1Э0. В проеме перегородки, разделявшей камеру на две одинаковые секции низкого и высокого уровня щума, устанавливается испытуемый Образец остекленной конструкции соотйетс-тьующих геометрических размеров по толщине и прижимается по периметру специальными зажимами. Образцы остекленных конструкций имяот размеры в плане

1200x1200 мм.

Измерения уровней шума в секциях камеры при испытаниях образцов производились акустической аппаратурой лабораторного исполнения с точностью измерений по первому классу. Аппаратура производства фирм: "Броль и Кер", (Бельгия), РГТ (Германия) и Таганрогского радиотехнического завода.

Результаты измерений обработаны в соответствии с методиками акустических измерений в камерах при соблюдений правил математической статистики.

С целью получения математических моделей звукоизоляции однослойных остекленных конструкций были проведены опыты в акустической камере на образцах с толщинами стекол: 3 мм, 4 мм, 5 мм, 6 мм.

Результаты опытов обработаны методами математической статистики по программе "ЭКСПЕРТ" и получены математические модели звукоизоляции однослойных остекленных конструкций в виде однофактор-ного полинома второго пордка. Сами уравнения в третьоктавных среднегеометрических полосах частот шума и по шкале "А" приведены в таблице 2.3. Это квадратичные параболы, при увеличении толщины

Таблица 2.3

Математическое описание звукоизоляции однослойной сплошной конструкции из силикатного стекла

Частота, Гц

Уравнение регрессии

т I

Критериальное| число *'Ф"

2

3

160 1 «160 =

200 1 1?200 =

250 1 *?250 =

315 1 ¡?315 =

400 1 К<Ш0 =

500 1 К500 =

630 1 РбЗО в

800 1 Кеоо =

1000 1 Кюоо =

1250 1 ^1250 =

1600 1 Р1600 =

2000 1 ^2000 =

2500 I ^2500

3150 1 ^3150 =

8,47 - 2,42-Ь + 0,375-Ь2; 3,67 + 2,27-Ь -0,125-112; 12,97 - 4,17-?! + 0,625-Ь2; 28,87 - 11,87-Ь + 1,625-Ь2; 14,65 - 1,7-11 + 0,5-(12; 25,47 - 5,92-11 + 0,875-Ь2; 15,82 - 1,97-11 + 0,625-Ь2; 42,05 - 13,15*Ь + 1,75-Ь2; 28,97 - 5,92'Ь + 0,875-Ь2; 30,45 - 6,6-)1 + 1,0->12; 53,62 - 17,37-й + 2.125-112; 44,52 - 12,57-Ь + 1,625Ф2; 25,2 - 2,5-Ь + 0,5*1")2; 29,45 - 4,35-Ь + 0.75-Ь2;

30,7

356.6 72,2 12,1

536.7

131.8 10,7 13,2 131,5 9,6 71,9 6,5 64,2 46,7

1

1..... I 1 "Г 1 1 1 2 I з 1

| 4000 | По "А" | I 1 &Ю00 =38,62 1 1?А = 27.2 -• 1 - 7,87-Ь + 1,125-Ь ; | 5,81-11 + 0,925 Ф2. | | 65,5 | 161,0 |

стекла звукоизоляция конструкции возрастает. Значению критерия Фишера соответствует уровень значимости в пределах 2-3 %, что указывает на хорошую сходимость экспериментальных и расчетных величин звукоизоляции.

Звукоизоляция двухслойной остекленной конструкции зависит от трех управляемых переменных величин: толщины стекла первого "Ьг", второго "Ьг" слоя и расстояния между ними "с1". Математическая модель звукоизоляции '¿'акии конструкций выражается трехфакторным полиномом второго порядка вида

Я = Ао + А!*!! + А2<3 + АзЬг + АцЬ21 + Аггй2 + Азз1122,

где Ао, А1, Аг, Аз, Ац, А22. А33 - коэффициенты уравнения регрессии.

Для нахождения этих коэффициентов в акустической камере проведен полномасштабный планируемый эксперимент по матрице на 10 опытов. Управляемые факторы изменялись в трех уровнях: +1, 0, -1.

По экспериментальным данным, используя соответствующую методику из теории планирования эксперимента, определены значения коэффициентов уравнений регрессии.

Коэффициенты проверены на статическую значимость по критерию Стьюдента. Сами математические модели звукоизоляции двухслойной остекленной конструкции для третьоктавных полос частот аэродинамического шума и по шкале "А" приведены в табл. 2.10.

Таблица 2.10

Математическое описание звукоизоляции двухслойной остекленной конструкции в натуральных переменных величинах

|Частота, I Гц

Уравнения регрессии звукоизоляции конструкции

|по шкале I А

|среднее |значение 1 160

Рд - Ао-А1Ьг+А2С1Мз1-12+А1лЬ 1-А2.2С) ~АЗ.ЗЬ22

!?ср. = А0+А1Ги+А2с1+АзЬ2-А1. 2<32-А3.3Ь22

^160 = " Ао+А1111-А2С5+АзЬ2-А1лЬ21+А2.2^ "АЭ.ЗЬ22

200 R2OO = - Ao+Aihj-A2d+A3h2-А

250 R250 = ~ Ao+Aihi-A2d+Ä3h2-A

315 R315 = " Ao+Aihi+Ä2d+A3h2-A

400 R400 = ~ A0+Ä1hi+A2d+A3h2"А

500 R500 = " Ao~AIhi+Ä2d+Ä3h2+A

630 R630 = Ao-Aihi+A2d+A3h2+A

800 Reoo = Ao-Aihi+Ä2d+A3h2+A

1000 R1000 = Ao-Aihi+A2d+A3h2+A

1250 R1250 = Ao-Aihi+A2d-A3h2+A

1600 R1600 = Ao~ Aihi+A2d+A3h2+A

2000 R2000 - Ao~Aihi+A2d+A3h2+A

2500 R2500 = Ao+Aihi+A2d+A3h2-A

3150 R3150 = Ao-Aihi+Ä2d-АзЬг+А

4000 R4000 = Ao-Aihi+Ä2d-A3h2+A

ihVA2.

ihfi+Аг. l^i-A?. 1О-А2. ih^i-Аг. ih^i-Аг. ih^i-Аг.

ih^i-Аг.

ihVA2. lh^i-Ag. ih2i-A2.

2d*-A3.3h*2 2d^-A3.3h^2

o2

2d^-A3.3h^2

2d^-A3.3h^2 2d;-A3.3h^2 2d;-A3.3h> 2d^+A3.3h^2 2d +A3.3h22

Проверка адекватности уравнений экпериментальным данным по критерию Фишера соответствуют уровню значимости в пределах 2-3

Полученные математические модели звукоизоляции остекленных конструкций, как одно и трехфакторные функции геометрических размеров по толщине элементов конструкции в виде полиномов второго порядка, являются доказательством первого научного положения, выдвинутого в диссертации.

Математические модели звукоизоляции двухслойной остекленной конструкции в представленном виде удобны по форме записи для проведения их исследования на экстремальные значения по звукоизоляции.

Такие исследования выполнены методом частных производных и результаты проиллюстрированы на графиках рис. 2.4 - 2.7. Как следует из этих графиков, на всех третьоктавных полосах частот шума имеет место экстремальное значение относительной звукоизоляции "ЛЯ". Причем на одних частотах - это максимум звукоизоляции, а на других частотах - это минимум. При этом виды экстремумов не совпадают в первом и втором остеклениях и экстремумы при различных толщинах стекол.

Используя данные на графиках рис. 2.5 - 2.7, можно подобрать такое сочетание толщин стекол "Ги", "Ь2" и расстояние между ними "(1", при которых звукоизоляция всей конструкции достигает максимальной величины, такое сочетание размеров предложено называть оптимальным.

Анализ математических моделей на экстремум и определение оптимальных геометрических размеров по толщине элементов конструкции, 'подтверждают справедливость второго научного положения, выд-

винутого в диссертации.

Из графиков рис. 2.6, изменение относительной звукоизоляции от расстояния между стеклами "d", следует, что наибольшая звукоизоляция соответствует при d = 170 - 190 мм. Толщина всей двухслойной конструкции при этом будет не менее 200 мм и ее можно будет разместить в проеме бокового ограждения кабины управления глубиной не менее 200 мм. Таким боковым ограждениям соответствует каменная кладка в кабинах управления и наблюдения для стационарных установок шахт. В транспортных и забойных горных машинах толщина ограждающих поверхностей кабины управления не превышает 40 -50 мм и применить двухслойную остекленную конструкцию с оптимальными размерами по расстоянию между стеклами не представляется возможным.

В диссертации рассмотрена возможность повышения звукоизоляции двухслойной остекленной конструкции с малыми расстояниями между стеклами (30 - 50 мм) за счет замены воздушной прослойки на гидравлическую (водяную).

Исследования в данной области проводились под руководством, проф. Боголепова, но для конструкций из органического стекла и расстояния между стеклами 80 мм. Получены положительные результаты.

На изготовленных образцах двухслойных остекленных конструкциях с гидравлической прослойкой проведены серии опытов, которые подтвердили повышение звукоизоляции двухслойной конструкции за счет применения гидравлической прослойки.

Полномасштабный планируемый эксперимент, проведенный по матрице на 10 опытов, позволил вычислить коэффициенты уравнений регрессии в виде трехфакторного полинома второго порядка. Сами математические модели звукоизоляции двухслойной остекленной конструкции с гидравлической прослойкой в третьоктавных полосах частот и по шкале "А" приведены в табл. 2.18. Функции исследованы на экстремальные значения методом частных производных и определены толщины стекол и расстояние между ними при которых звукоизоляция конструкции экстремальна. На разных частотах вид экстремума различный. Но по значениям экстремальных точек возможно подобрать такие геометрические размеры по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция всей конструкции достигает максимальной величины.

Полученные результаты исследований звукоизоляции двухслойных конструкций с гидравлической прослойкой являются реализацией третьего научного положения выдвинутого в диссертации.

Jío результатам исследований описания математических моделей звукоизоляции остекленных конструкций, их анализа на экстремум по звукоизоляции, разработаны три методики расчётов оптимальных reo-

Зависимость относительно? звукоизоляции ¿R от тощины первого стекла hi

Рис. 2.5.

Зависимость относительной звукоизоляции ДК -от толщины второго стекла Ид.

Рис. 2.?.

-

Зависимость относительной звукоизоляции "Д1?" от толщин воздушного промежутка между стеклами "сЗ"

метрических размеров по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция конструкции достигает максимальной величины.

Таблица 2.18

Математическое описание звукоизоляции двухслойной остекленной конструкции с гидравлической прослойкой в натуральных переменных

1.....—I (Частота, Уравнение регрессии звукоизоляции, дБ ......I Критерий|

1 Гц Фишера |

1 1 2 3 1

1 ЯСР Рср = 80,39-11,17*11+0.888(3-12.0112- 0,009 |

-0,0131121+1,08(1 +1,08511 25

| "А" КА = 65,07-2,3081)1+0, 812(1-14,32112+0,21121--0,01175с12+1,325Ь22; 0,03 |

| 160 Я160 = 37.69+3,021ц+0,0984(1-7,1112-0,362Ь21 - 0,06 |

-0,00112с12+0,6321)22;

! 200 $200 = 18,4-16,841Ц+1,1(1+14,04112+1.761121- 0,27 |

-0,0176<12-1,481)22;

| 250 1?250 = 9,09-22,451Ц+1,316(1+23,8112+2,2621)21- 0,36 |

-0,0201С12-2 ,4871>22;

| 315 1*315 = 77,05-12,37111+1,354(1-14.62)12+1,162Ь21~ -0,0204с1+1,4121122; 0,046 |

| 400 Й400 * 62,78-2,04111+0,6205(1-14,041)2+0,187Ь21~ 0,062 |

-0,0081(12+1,1871122;

| 500 &500 = 62,03+6,232111-0,172(1-14,85112-0,7441121+ +0,0023(32+1,2561122; 0,055 |

| 630 ЯбЗО = 100,8-13,931ц +0,763(1-1?. 82112+1, 41ч21 --0,0125с1 +1,6511 2; 0,0009|

| 800 ^800 = 106,3-10,161ц+1,2796- 26,74112+1,02Ь21~ -0,0196с12+2,52112г; 0,091 |

| 1000 Яюоо = 111,7-16,5111+1,206(1-20,88112+1,641121--0,0186с1 +1,891)22; 0,049 |

| 1250 1*1250 = 70,85-0,2751)1-0,0402(1-13,25112--0,0125Ь21+0,00237с12+1,241122; 0,04 |

| 1600 Й1б00 = 58,1-4,6111+0,774(1-7,931)2+ +0,4561)2! -0,0102с12+0.706Ь22; 0,004 |

| 2000 Ягооо = 58,15+0 3371ц+0,485с1-10,42112--0,0371)21-0,00537ё2+0,9621)2г; 0,012 |

| 2500 !?2500 = 64,8-8. ОЙ 1)1+0,911:1-5,80йЬг+ +0,7Шг1 -0,0125с12+0,487!122; 0,006 |

| 3150 К3150 = 73,4-8.9251)1 +0, 4, 351)о+ 0,003 |

1— 1 1 1 1 1 2 I 1 3 |

1 1 j 4000 1 t | +0,83h2i-0,00394d2+0,331hz2; 1 R4000 = 60,6-4,984hi+0,505d-2,6h2+O,425hZi-| -0,00575cl2+0,175h22. | 0,0006|

Расчеты выполняются по специальным программам на ЭВМ IBM в диалоговом режиме.

Справедливость положений о максимальной звукоизоляции двухслойных конструкций с оптимальными по толщине элементов конструкции подтверждена экспериментально. Повышение звукоизоляции составляет от 4 до 25 % в разных третьоктавных полосах частот шума. При этом, на изготовление конструкции с оптимальными толщинами стекол расход стекла по массе меньше 25 Z.

Используя полученные результаты выполненных исследований, проведен анализ эффективности применения однослойных и двухслойных остекленных конструкций в звукоизолированных кабинах управления забойных, транспортных и стационарных горных машинах, путем сравнения шумовых характеристик машин и звукоизоляции остекленных конструкций.

Установлено, что однослойные остекленные конструкции, установленные в боковых поверхностях кабины, не могут обеспечить снижения шумового загрязнения в кабине до санитарных норм на всех третьоктавных полосах частот при работе любой горной машины.

Двухслойные остекленные конструкции с оптимальными геометрическими размерами по толщине конструкции, установленные в проемах боковых поверхностей звукоизолированных кабин управления горношахтными стационарными установками, способны понизить уровень шумового загрязнения в кабине до санитарных норм на всех третьоктавных полосах частот.

Дополнительно к ранее выполненным исследованиям, в диссертации проведена серия опытов в виде полномасштабного трехфакторного планируемого эксперимента на образцах двухслойных остекленных конструкций с малыми воздушными зазорами между стеклами, от 5 до 15 мм. Получены математические модели звукоизоляции таких конструкций, выполнен анализ их на экстремум и определена эффективность их применения в звукоизолированных кабинах управления транспортных и забойных машин.

Практическими результатами применения выполненных в диссертации исследований является передача проектным институтам "Кав-казцветметпроект" (г. Владикавказ! и ВНИИ "Промтехнологии" (г.

Москва) методик расчетов оптимальных геометрических размеров по толщине элементов двухслойных остекленных конструкций с программным обеспечением для ЭВМ IBM. Методики приняты для использования в проектных разработках институтов.

По заданию Садонского. свиниово-цинкового комбината нами разработаны и переданы комбинату для практического использования проекты трех звукоизолированных кабин управления горношахтных стационарных установок рудника "Архон" Садонского комбината. Двухслойные остекленные конструкции в кабинах управления запроектированы с оптимальными геометрическими размерами по толщине элементов конструкции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ литературных источников и проведенные нами эксперименты на горных предприятиях по определению шумовых характеристик забойных, транспортных и стационарных машин показывают, что уровень шумового загрязнения в зоне нахождения оператора машины намного превосходит допустимые санитарные нормы.

2. Из всех средств зашиты оператора горных машин от вредного воздействия шума. Наиболее эффективным является применение звукоизолированных кабин управления, наблюдения и отдыха с однослойными и двухслойными остекленными конструкциями, вмонтированными в смотровые поверхности кабины. Звукоизоляционные свойства кабины непосредственно зависят от звукоизоляции остекленных конструкций.

3. В результате исследований, проведенных в диссертации методом планирования эксперимента, впервые получены математические модели звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций в виде полинома второй степени, как функции зависящей от геометрических размеров по толишне элементов конструкции.

4. Анализ трехфакторных функций математических моделей звукоизоляции двухслойных остекленных конструкций показывает, что при определенных геометрических размерах элементов конструкции по толщине, относительная звукоизоляция имеет точки экстремальных значений. Эти экстремальные значения для одних полос частот шума максимальны, а для других частот - минимальны.

5. На основании анализа математических моделей относительных значений звукоизоляции на экстремум выявлена возможность подбора таких геометрических размеров элементов конструкции по толщине, при которых конструкция приобретает максимальные звукоизоляционные свойства.

6. Впервые исследован вопрос влияния гидравлической прослойки на звукоизоляцию двухслойной остекленной конструкции. Методом планирования эксперимента получены математические модели звукои-

золяции такой конструкции, как трехфакторные функции геометрических размеров по толщине элементов конструкции в третьоктавных полосах частот шума и по шкале "А". Определено количественное увеличение звукоизоляции двухслойной конструкции за счет применения гидравлической прослойки.

?. Исследованиями математических моделей звукоизоляции двухслойной остекленной конструкции с гидравлической прослойкой на экстремальные значения, показана возможность конструирования таких ограждений с оптимальными геометрическими размерами по толщине при которых вся конструкция обладает максимальными звукоизоляционными свойствами.

8. На основании полученных математических моделей звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций с воздушной или гидравлической прослойкой между стеклами, анализа моделей на экстремальные значения по звукоизоляции; впервые разработаны методы расчета оптимальных размеров по толщине элементов конструкции при которых звукоизоляция конструкции максимальна. Это подтверждено как расчетами по предложенным методикам, так и экспериментально. Методы расчета реализованы в виде блок-схем и программ расчета на ЭВМ.

9. Выполнены расчеты звукоизоляции однослойных и двухслойных остекленных конструкций, размещенных в проемах смотровых поверхностей кабин управления горных, транспортных и стационарных машин, применительно к их шумовым характеристикам; определена эффективность шумозащиты и области применения однослойных остекленных конструкций и двухслойных конструкций при различных значениях воздушного промежутка между стеклами.

10. Однослойные и двухслойные остекленные конструкции с оптимальными геометрическими параметрами по толщине повышают звукоизоляцию кабины для оператора горной машины, уменьшают загрязнение рабочей среды обитания оператора от шума и понижают расход листового стекла по массе на 25-30 %.

11. Областью практического использования результатов выполненных исследований являются конструкторские отделы машиностроительных заводов по производству горного, транспортного и стационарного оборудования при разработке и изготовлении кабин управления и наблюдения для обслуживающего персонала.

12. Для стационарных установок рудника "Архон" Садонского СЦК разработаны три техно-рабочих проекта на сооружение кабин управления в компрессорных станциях и в камере размещения вентилятора главного проветривания рудника. В запроектированных кабинах остекленные смотровые поверхности имеют оптимальные геометрические размеры по толщине элементов конструкции и обладают максимальными звукоизоляционными свойствами. Документация проектов ле-

редана руководству Садонского СЦК для практического применения.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Герасименко В.Г. Шумовые характеристики горных машин и стационарных комплексов. НТК СКГТУ посвященная 50-летию победы над фашисткой Германией. (Тезисы докладов). Владикавказ, 1995.

2. Герасименко Г.П., Тарасова О.Г., Герасименко В.Г. Звукоизоляция кабин оператора горных машин. Тезисы докладов II Международной конференции "Безопасность и экология горных территорий". Владикавказ, 1995.

3. Тарасова О.Г., Герасименко В.Г. Методика расчета звукоизоляции трехслойной остекленной конструкции с оптимальными геометрическими параметрами. Изв. вузов. Строительство. N 4. 1996.

4. Тарасова О.Г., Герасименко В.Г. Методика расчета оптимальных по звукоизоляции геометрических размеров по толщине элементов двухслойной остекленной конструкции. Северо-Осетинский центр НТИ. Владикавказ, 1996.

Подписано к печати 20.11.96 г. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ И^З Северо-Кавказский государственный технологический университет. 362021 г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Ротопринт СКГТУ. 362021 г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.