автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Снижение шума и звуковой вибрации тяжелых гусеничных транспортных машин

На правах рукописи

• и од

Воробьев Павел Викторович

СНИЖЕНИЕ ШУМА И ЗВУКОВОЙ ВИБРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

05.26.01 Охрана труда 01.04.06 Акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1997

Работа выполнена в Балтийском государственном техническом университете "ВОЕНМЕХ"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Иванов Н,И.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Никифоров A.C.

кандидат технических наук, доцент Петухова C.B.

Ведущая организация -ОАО ВНИИ "ТРАНСМАШ"

Защита состоится 4 декабря 1997 года в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 064.87.01 в Балтийском государственном техническом университете "ВОЕНМЕХ" по адресу: Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская, 1, аудитория 217.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского государственного технического университета.

Автореферат разослан 1997

Дроздова Л.Ф.

Ученый секретарь диссертационного совета

Дроздова Л.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В строительстве, на транспорте и в др. отраслях широко применяются тяжелые гусеничные транспортные машины (ТГТМ), к которым относятся: тяжелые автомобили; бульдозеры; тракторы; танки; тягачи; строительно-дорожные машины; военно-транспортные машины и др. Рассматриваемый тип машин - машины большой массы и мощности с гусеничным движителем. ТГТМ широко применяются как в гражданской сфере (различные инженерно-строительные машины, машины для ликвидации чрезвычайных ситуаций), так и в военной области (различные типы самоходных артиллерийских установок, самоходная ракетная техника и др.). Примером последних может служить известный в мире новейший высокоэффективный зенитный ракетный комплекс С-300, который сконструирован на базе рассматриваемого в данной работе гусеничного самоходного шасси типа "830".

В современных экономических условиях с выходом российской военной техники на международный рынок, наряду с техническими характеристиками транспортных машин, особо важное значение приобретают эргономические показатели этих изделий, а также влияние их на окружающую среду.

На современном этапе использование ТГТМ двойного назначения (как военной техники, так и в качестве шасси для широкой гаммы строительно-дорожных машин), а также расширяющийся экспорт этих машин во многие страны, повышают 1ребования к их эргономическим показателям, в том числе, и к акустическим характеристикам, влияющим на комфортность условий труда и его производительность.

Следовательно, снижение шума и звуковой вибрации рассматриваемого класса транспортных машин является актуальной задачей, решение которой позволит улучшить условия труда операторов тяжелых транспортных машин.

Цель исследования - решение важной научно-технической и социально-экономической задачи, заключающейся в снижении шума ТГТМ (на примере двух характерных для этого класса машин изделий) путем создания научных основ проектирования шумозаглушенных ТГТМ, а также доводки акустических характеристик опытных образцов до требуемых величин.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ

1. Предложенные расчетные схемы ТГТМ, учитывающие различные пути проникновения шума в обитаемые отделения и конструктивные особенности машин.

2. Результаты решения задачи о прохождении звука между двумя замкнутыми объемами, соединенными воздуховодом, с учетом их взаимного влияния, и задачи о прохождении звука через промежуточное помещение с учетом влияния на формирование звуковых полей плоских излучателей звука (при допущении о диффузности звукового поля в замкнутых объемах).

3. Результаты решения задачи о распространении звуковой вибрации по сложным конструкциям ТГТМ при допущении о линейном характере источников и диффузности вибрационного поля на каждой из передающих вибрацию пластин.

4. Результаты исследования процессов шумообразования ТГТМ при наличии воздушного шума и звуковой вибрации в зависимости от режимов работы и конструктивных особенностей машин.

5. Методику расчета ожидаемой шумности по воздушной и структурной составляющим с учетом сложных процессов шумообразования по внутренним и внешним путям распространения, а также конструктивных параметров машин, акустических свойств ограждающих конструкций и замкнутых объемов, акустических характеристик основных источников шума и места расположения источников шума в пространстве.

6. Результаты исследований звукоизоляции в натурных условиях и на опытных образцах, а также рекомендации по применению материалов для звукоизоляции, звукопоглощения и вибродемпфирования на ТГТМ.

7. Общие рекомендации и конструктивные решения по снижению воздушного шума и звуковой вибрации в обитаемых отделениях и внешнего шума ТГТМ.

Новизна результатов исследования.

1. Исследованы сложные процессы шумообразования ТГТМ с наличием большого числа источников шума, определен вклад основных источников шума в зависимости от режимов работы и конструктивных особенностей ТГТМ.

2. Аналитически решена задача о прохождении звука между двумя замкнутыми объемами, соединенными воздуховодом с учетом взаимного влияния звуковых полей в помещениях; решена задача прохождения звука через

промежуточное помещение с учетом влияния на образование звуковых полей от вклада плоских излучателей.

3. Разработана методика расчета воздушного звука для двух типов ТГТМ с учетом сложных процессов шумообразования по внутренним и внешним путям распространения, а также конструктивных параметров машин, акустических свойств ограждающих конструкций и замкнутых объемов, акустических характеристик основных источников шума и места расположения источников шума в пространстве.

4. Решена задача о распространении звуковой вибрации по сложным конструкциям ТГТМ, при допущении о линейном характере основного источника вибрации и наличии диффузности вибрационного поля на каждой из передающих вибрацию пластин. Разработана методика упро-щеннгого расчета вклада звуковой вибрации в звуковое поле в обитаемых помещениях ТГТМ, в которой учитываются вибрационные характеристики источников, наличие затухания в элементах конструкций, виброакустические параметры звукоизлучающих пластин и акустические свойства помещений.

5. Исследована эффективность звукоизолирующих конструкций (ЗИК.) в зависимости от их материала, толщины, условий применения на ТГТМ.

Практическая полезность. Предложена классификация средств и методов снижения шума на ТГТМ, метод расчета и выбора шумовиброзащчтного комплекса в процессе проектирования, рекомендации по снижению шума и звуковой вибрации двух типов ТГТМ.

Разработано программное обеспечение для расчета ожидаемой шумности двух типов ТГТМ.

Реализация работы в промышленности. Результаты исследований были использованы при разработке рекомендаций по созданию комплекса защитных мероприятий по снижению внешнего шума и шума на рабочих местах изделий 216 и 830, выпускаемых в производственном объединении "Кировский завод", что позволило снизить шум на рабочих местах операторов машин на 10 дБ А, а также уменьшить внешний шум исследуемых изделий на 6 дБА.

Апробация работы. Основные положения диссертации были апробированы на четырех международных и Всероссийских конференциях: International noise and vibration control conférence, "NOISE-93" St. Petersburg, Russia, May 31-June 3, 1993, Fourth International Congress on Sound and Vibration, St. Petersburg, Russia, June 24-27, 1996; научно-практическая кон-

ференция с международным участием "Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии", Санкт-Петербург, 14-16 октября 1996, вторая Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", Санкт-Петербург, 20-22 мая 1997. В полном объеме работа докладывалась на заседании кафедры "Экология и безопасность жизнедеятельности" Балтийского государственного технического университета в июне 1997 года.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ. Кроме того, материалы диссертационной работы изложены в 3 научно-исследовательских отчетах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 234 страницах и состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы ш 122 наименований, имеет 75 рисунков и 32 таблицы, 2 приложения. В приложения вынесены программа расчета ожидаемой шумности ТГТМ и технический акт внедрения научно-исследовательской работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается научно-техническая проблема снижения шума и звуковой вибрации на рабочих местах операторов и во внешнем акустическом поле ТГТМ. Подчеркивается, что основная задача настоящего исследования состоит в создании научных основ снижения шума ТГТМ для используемых не только при доводе опытных образцов, но и применения на стадии проектирования.

В первой главе "Состояние вопроса и постановка задач исследований" приведен обзор состояния вопроса по шуму в России и за рубежом. Строительные, дорожные и транспортные машины - самые массовые изделия современного машиностроения, в обслуживании которых в нашей стране заняты сотни тысяч человек. В тоже время более чем на 70% машин шум все еще превышает допустимые уровни. В рассматриваемом классе машин уровень звука (УЗ) в кабинах на рабочих местах операторов при различных режимах достигает 90-105 дБА, превышение шума над нормами здесь достигает 10-25 дБА, т.е. в 4-6 раз по субъективному ощущению громкости. После длительного воздействия шума такой интенсивности встает вопрос не только о снижении производительности труда, но и о работоспособности, а в определенных случаях, и о жизнедеятельности человека.

С целью выявления наиболее перспективных направлений и новых прогрессивных технических решений в разработке шумозащитных конструкций, применяемых на транспортных машинах, автором был проведен патентный и информационный поиск по ведущим странам мира: СССР, Россия, Великобритания, США, Франция, Германия и Япония за период с 1979 по 1996 гг. включительно.

К числу наиболее эффективных средств защиты от шума обслуживающего персонала транспортных машин можно отнести звукоизолирующие перегородки в моторном отсеке, акустические экраны в обитаемых отделениях, вибродемпфирующие покрытия элементов ограждающих конструкций (борт, перегородка, днище и т. д.), звукопоглощающие облицовки в обитаемых отделениях, виброизоляцию корпуса ДВС, глушители шума на выпуске ДВС, и др.

Транспортные машины характеризуются многообразием источников шума и сложностью процессов шумообразования. Исследуемые в данной работе ТГТМ имеют источники шума и вибрации аналогичные транспортным машинам, но эти источники характеризуются значительно большей излучающей акустической мощностью и сложными каналами передачи звука и вибрации. Основными источниками шума ТГТМ являются: двигатель и его агрегаты (вентилятор, воздушный фильтр, редукторы, насосы), выпуск отработанных газов, система клапанов управления и трансмиссия. Шум двигателя вносит основной вклад в воздушную и структурную составляющую звукового поля машины.

Проблемам снижения шума и вибрации посвятили свои исследования известные отечественные ученые: Е. Я. Юдин, И. И. Клюкин, Г. Л. Осипов, А. С. Никифоров, М. С. Седов, Г. Д. Изак, Н. И. Иванов, В. Ю. Кирпичников, С. Д. Ковригин, Б. Д. Тартаковский, С. П. Алексеев, Ю. П. Щевьев, Ю. А. Круглое, Г. В. Бутаков и др. а также известные зарубежные ученые: Д. Лайтхилл, М. Крокер, Л. Беранек, Р. Лайон, Г. Майданек и др.

Для расчета шума транспортных машин (ТМ) предложено использовать статистическую теорию акустики. В БГТУ Л. Ф. Дроздова, Н. И. Иванов, Г. М. Курцев, М. М. Самойлов, А. С. Терептьев, В. В. Потехин разработали расчетные схемы, отображающие специфику процессов шумообразования путевых машин, передвижных компрессорных станций, экскаваторов, тракторов, автогрейдеров, кранов и др. ТМ. Выполненными в БГТУ исследованиями удалось разработать методы снижения шума, в основу которых положены теоретические исследования процессов шумообразования. Применением этих методов удалось добиться снижения шума многих ТМ до 75-80 ДБА.

Процессы шумообразования исследуемых тяжелых гусеничных транспортных машин имеют свои специфические особенности (наличие промежуточного помещения между основными источниками шума и обитаемым помещением, наличие соединительного звукопроводного объема между обитаемыми помещениями, наличие высокоинтенсивных линейных источников внешнего шума), что не позволяет применить к ним известные методики расчетов ожидаемой шумности ТМ; характерной особенностью ТГТМ является также значительный вклад звуковой вибрации в процессы шумообразования.

Таким образом, для разработки методов расчета ожидаемого шума ТГТМ, а также рекомендаций и конструктивных решений необходимо исследовать принципиально новые акустические расчетные схемы, более адекватно отражающие реальные акустические поля, формирующиеся в рассматриваемых ТГТМ.

Таким образом, основными задачами исследования являются:

- теоретические и экспериментальные исследования процессов шумообразования с учетом специфических особенностей конструкций и источников шума ТГТМ;

- изучение вклада источников в процессы шумообразования;

- разработка методов расчета ожидаемой шумности исследуемых машин;

- определение эффективности основных штатных средств шумозащиты и акустических свойств конструкций ТГТМ;

- разработка методик измерения шума машин, а также методики определения акустических характеристик источников;

- разработка рекомендаций снижения шума на исследуемых машинах;

- экспериментальная проверка предложенных расчетных методов;

- экспериментальная проверка предложенных рекомендаций на машинах в натурных условиях.

Во второй главе "Теоретические исследования процессов шумообразования в обитаемых отделениях ТГТМ" получены основные закономерности изучаемых процессов. Для исследования акустических полей и процессов шумообразования в данной работе были выбраны два наиболее характерных для класса ТГТМ изделия.

Расчетная схема 1 (изделие 216).

Конструктивно расчетная схема представляет из себя три основных помещения, расположенных на единой платформе (шасси машины) в ряд. Обитаемые отделения соединены друг с другом звукопроводным соединительным объемом, проходящим через моторный отсек (МО). В данной расчетной схеме имеется два основных источника: первый (назовем его условным источником) расположен в МО и представляет собой ряд источников шума двигательной группы различных размеров (ДВС, конический редуктор, раздаточные редукторы); второй - выпуск отработанных газов двигателя, расположенный с обеих сторон на крыше МО. Шум в расчетные точки

(РТ), расположенные в обитаемых отделениях, проникает тремя основными путями: первый - (путь А) от условного источника шум проникает через перегородки между МО и транспортным отделением (ТО) в РТ; второй - (путь Б) шум из одного обитаемого помещения проникает в РТ другого через соединительный объем; третий - (путь В) наружный шум выпуска отработанных га зов двигателя, проходящий через крыши обитаемых помещении в РТ. Схема компоновки и каналов распространения воздушной составляющей звука изделия 216 приведена на рис. 1.

Расчетная схема 2 (изделие 830)

Конструктивно данная схема, аналогично выше рассмотренной, состоит из трех отсеков, размещенных па единой платформе в следующем порядке: кабина, аппаратный отсек и моторно-транспортный отсек. Отсеки разделены между собой перегородками, аппаратный отделен от МО сплошной перегородкой, а перегородка между аппаратным отсеком и кабиной имеет открытый проем. В РТ определялся вклад двух источников шума: условный источник двигательной группы, расположенный в МО, и выпуск отработанных газов двигателя, находящийся в верхней части МО. Воздушный звук попадает в РТ двумя путями: первый - (путь А) составляющая шума распространяется от условного источника проходя через перегородку, разделяющую МО и аппаратный отсек, и далее по внутренним помещениям попадает в расчетную точку, расположенную в кабине; второй - (путь Б) от выпуска через боковые панели кабины в РТ кабины. Схема путей распространения воздушной составляющей шума изделия 830 приведена на рис. 2.

Для расчета ожидаемой шумности представим ТГТМ .как систему, состоящую из источников звука, каналов распространения воздушного звука и вторичных излучателей.

Расчет воздушной составляющей шума

Изделие 216.

Распространение звука по пути А.

Вклад шума в кабине определяется, дБ:

(л аЬ

4аг•

44* 1 + +Ю18

п ому

л— „2 пмо V. мо "пом.У

2/?^4/?2 +а2+Ь2 | к 5

+101в(1-«„„), (1)

где Щ? - уровень звуковой мощности условного источника (УИ), дБ; ЗИпер - звукоизоляция перегородки, дБ; Я- расстояние от геометрического центра перегородки до РТ, м; а и Ь - линейные размеры перегородки, м;

5-площадь перегородки, м2; - коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в замкнутом объеме, в котором находится источник (принимается в зависимости от отношения постоянной замкнутого объема к суммарной площади ограждающих поверхностей этого объема); % -коэффициент, учитывающий влияние ближнего звукового поля (принимается в зависимости от отношения расстояния между акустическим центром источника и расчетной точкой к максимальному габаритному размеру источника); Фмо - фактор направленности источника звука (определяется экспериментально), для источника с равномерным излучением Ф=1; гмо - расстояние от геометрического центра условного источника до перегородки, м; Вмо' пом. Впом - постоянные МО и обитаемых помещений, соответственно, м2; алер - коэффициент звукопоглощения перегородки.

Распространение по пути Б.

Так как в данной акустической схеме оба обитаемых отделения связаны между собой соединительным объемом, то предполагается, что шум каждого из этих отсеков будет проникать в смежный ему отсек через соединительный объем и будет вносить вполне определенный вклад в суммарное звуковое поле в оба обитаемых отделения.

Для выполнения расчетов введены два предположения: - соединительный объем представляет собой цилиндрический канал, в котором дважды меняются геометрические параметры среды (на срезах соединительною объема), - на срезах соединительного объема расположены (по две с каждого края) условные "воздушные мембраны", являющиеся вторичными излучателями шума. Доля шума, поступающего из ТО в кабину, определяется, дБ:

¿¡:агб=4+ю16Д1п

-г

о

-10 ^—^--10^—---

Т Т

ь о тв1 о те2

-104>™т + 1018(1 - аотв1)+ 1018(1 - аотв2) + &, (2)

где - уровень звуковой мощности источника (мембраны), дБ; Я -радиус отверстия, м; й - расстояние от центра мембраны до РТ, м; коэффициент затухания звука но каналу соединительного объема, который

зависит от наличия и вида звукопоглощения в канале; т0ТВ1, т0ТВ2- коэффициенты звукопроводности отверстий на срезах соединительного объема в кабине и ТО соответственно; <хот„1, апт„2- коэффициенты звукопоглощения

первого и второго отверстия соответственно; Д - экспериментальный коэффициент, учитывающий увеличение шума в помещении за счет многократного отражения, дБ.

УЗД долей шума, поступающего из кабины в ТО, определяются аналогично.

Распространение по пути В

Внешнее звуковое поле изделия формируется в основном наиболее мощным источником, которым является шум выпуска отработанных газов двигателя. На рассматриваемом в данной работе типе гусеничных транспортных машин конфигурация выпускного коллектора двигателя имеет прямоугольную форму, в котором максимальный размер значительно превышает минимальный, таким образом, данный источник (выпуск отработанных газов двигателя) рассматривается как линейный излучатель длиной I.

Доля шума, прошедшего в первое и второе помещения, от выпуска отработанных газов ДВС', дБ:

ьгвыТп = ь7"-зиогр +101£

+ 101ё(1-а„гр)+ПН, (3)

где - уровни звуковой мощности источника (выпуска отрабо-

танных газов двигателя) дБ; ЗИогр - звукоизоляция ограждения, дБ; /основной линейный размер выпуска, м; а0ф коэффициент звукопоглощения

ограждающей конструкции; ПН - показатель направленности выпуска, дБ.

Суммарный УЗД в расчетной точке, прошедший воздушным путем, определяется энергетическим суммированием составляющих А, Б и В. Уровень шума в ТО рассчитывается аналогичным образом.

2л I Я

К

+

Изделие 830

Распространение звука по пути А. Шум в кабине, дБ:

^каб ~ ~ ЗИп ер - ЗИпр

+ Ю1ё

4 К,

пер

к Б,

+ ■

пер

В

АО

+

+Ю1ё

4 К,

л

пр , 4У

В..

+ 101ё

X®

2 к К

МО дц,

+-

пмо п ом.

"Р "каб

+101Е(1-аяер) + 101ё(1-апр), (4)

где - уровень звуковой мощности условного источника, дБ; ЗИпер, ЗИпр - звукоизоляция перегородок между МО и АО и проема соответственно, дБ; Кпер-агс1$ -

апер^пер

Кпр=аШ2-

2К

апрЬпр

'аоМ

АО +апе р + Ьпер

; Япер(пр) - площадь перегородки и проема

соответственно м ; Вмопом, ВАо» Вкаб - постоянная помещения МО, АО и кабины соответственно м2; гмо - расстояние от геометрического центра условного источника до перегородки м; апер, апр - коэффициент звукопоглощения перегородки и проема соответственно; Идо - расстояние от геометрического центра перегородки до центра АО, м; Ккаб - расстояние от геометрического центра проема до РТ, м; апер, а(пр) и ЬпеР: Ь(пр) - линейные размеры перегородки и проема соответственно, м. Шум в кабине изделия 830 проникающий по пути Б, определяется аналогично расчету по пути В на изделии 216.

Расчет структурной составляющей шума

Вибрация в ТГТМ возбуждается двигателем, расположенным в моторном отсеке, и передается через промежуточные конструкции аппаратного отсека (в изделии 830) или непосредственно (в изделии 216) на ограждающие конструкции кабины. Вибрация затухает в промежуточных конструкциях, а также при переходе от одного отражающего элемента конструкции кабины к другому в Г-образных или Т-образных соединениях (рис. 3).

В этой схеме наиболее вибронагруженными конструкциями кабины является пол, а также стена кабины, близкорасположенная к моторному от-

Рис. 1 Схема путей (А, Б и Б) распространения воздушного шума на изделии 216

/ 1 выпуск | \

/ МО Б , ^

рт / * СО - >

А """ А

Кабина то

I

ТО - транспортное,

отделение,

МО - моторный отсек, выпуск - выпуск отработанных газов ДВС, УИ - условный источник РТ - расчетная точка. СО - соеденительный объем

Рис. 2 Схема путей (А и Б) распространения воздушного шума на изделии 830

в

АО - аппаратный отсек, МО - моторный отсек, выпуск - выпуск отработанных газов ДВС, УИ - условный источник,

РТ - расчетная точка.

РТ ь А

к

Кабина АО

Г

Рис. 3 Схема распространения звуковой вибрации на изделиях 216 и 830

I Выпуск

УИ

Кабина РТ

АО (216 кабича) ГТ (2161

Т '• Т 1

перегородка лннейнын источник ииПралин

пол кабины у-пол АО (216 пал кабины) *— ^ 1

кх^х. 1 | - УИ

N

АО - аппаратный отсек, УИ - условный источник,

МО - моторный отсек, РТ - расчетная точка.

в

секу. Для разработки метода расчета звуковой вибрации примем, что потолок и остальные стены кабины вносят существенно меньший вклад в процессы образования структурного звука, чем обозначенные выше элементы.

Примем условно, что основным источником звуковой вибрации в выбранных схемах является линейный источник. Это предположение исходит из квазвдиффузности вибрационного поля на полу в МО, что вполне допустимо из-за небольших размеров МО и плотности расстановки виброактивных источников.

Вклад звуковой вибрации в обитаемых отделениях изделий 216 и 830 определяется, дБ:

Г = Iе

**каб '-'ис т

1=1

1

^ист*

агсЩ

1=1

(1 ^ + 8.8

12/0

1 - зат

ССк аб$каа

Ю ^^

1=1

(5)

где Ь"ист- уровень вибрации источника, дБ; 10^¡Зист, 10^рка -

перепад вибрации на виброизоляторах источника и кабины соответственно, дБ, 1ист. длина линейного источника, м; Я - расстояние от линейного источника вибрации до центра ограждающей конструкции, м; К - коэффициент 24

вибрации, К =-, С-скорость продольных волн в конструкции, м/с; е -

С\%е

основание натурального логарифма; V - объем вибрирующего элемента, м3; т| - коэффициент потерь конструкции; f - частота, Гц; 5,- - площадь ьго элемента, м2; }1 - коэффициент излучения ¡-ой ограждающей конструкции, зависящий от материала, его толщины, условий закрепления ограждающих конструкций и др.; 1 - индекс элемента, излучающего звуковую вибрацию.

Спектр шума в обитаемых отделениях исследуемых машин определяется энергетическим суммированием вклада воздушного шума и звуковой вибрации.

Разработана программа расчета уровней звукового давления в октав-ных полосах частот, позволяющая проводить расчет ожидаемой шумности тяжелых гусеничных транспортных машин подобных и других конструктивных схем.

Проведенный анализ результатов расчетов вклада долей шума, проникающих различными путями, позволил сделать следующие выводы:

- основной вклад в формирование акустического поля на рабочих местах дает воздушная составляющая звука, проникающая от источника расположенного в МО по внутренним помещениям;

- распространение шума по соединительному объему вносит меньший вклад в формирование акустическою поля на РМ;

- благодаря герметичности, значительной толщине и удаленности от источника внешних ограждающих конструкций, шум выпуска вносит незначительный вклад в процесс формирования внутреннего акустического поля;

- звуковая вибрация вносит вклад в акустическое поле машин, как правило, на низких и средних частотах.

Для достижения требуемых значений снижения уровней шума на рабочих местах необходимо: увеличить звукоизоляцию внутренних перегородок и звукопоглощение обитаемых помещений машин, что позволит снизить вклад доли шума проникающего по пути А в среднем на 6-12 дБ в нормируемом диапазоне частот; внести звукопоглощение в соединительный объем; нанести на основные вибрирующие панели вибродемпфируюшее покрытие, уменьшив вклад зпуховой вибрации на низких и средних частотах на 4-10 дБ.

В третьей главе "Методика проведения экспериментальных исследований" разработаны: методики определения акустических, характеристик внешнего и внутреннего шума ТГТМ и их источников, методики измерения общей и локальной вибрации в местах расположения персонала, а также измерения звуковой вибрации, методика определения эффективности ограждающих конструкций исследуемых ТГТМ, а также методики исследования эффективности образцов на моделях в специально сконструированной ре-верберационной камере. Описан алгоритм обработки результатов измерений, который позволяет оцнивать полученные результаты как достоверные. При виброакустических измерениях среднеквадратическое отклонение не превышает 2-3 дБ в измеряемом диапазоне частот.

В четвертой главе "Экспериментальные исследования процессов шу-мообразования ТГТМ" представлены данные для оценки шума исследуемых машин, а также основные результаты экспериментальной проверки полученных теоретических данных.

Были проведены измерения акустических характеристик исследуемых изделий 216 и 830. Исследованиями шума ьа рабочих местах установлено, что шум в кабине изделия 216 достигает 97 дБА (стоянка) и 109 дБА (движение), в ТО соответственно 100 и 107 дБ А; превышение шума по спектру зарегистрировано практически для всех режимов работы и достигает 15-30 дБ в диапазоне частот 63-4000 Гц. Шум в кабине изделия 830 составляет 90 дБ А (стоянка) и 109 дБ А (движение), превышение шума на стоянке

незначительно (от 5 до 7 дБ на частотах от 125 до 500 Гц), в режиме движения превышение составляет от 9 до 28 дБ в диапазоне частот от 63 до 4000 Гц. Спектры шума на рабочих местах исследуемых изделий показаны на рис. 4.

Внешний шум обоих изделий приблизительно одинаков (расхождение не превышает 5 дБА). Внешний шум зависит от расстояния, на котором проводится измерение, при изменении которого от 7.5 до 50 м он уменьшается на 12-14 дБА. Внешний шум также зависит от режима работы машины, при переходе от режима "стоянка" к режиму "движение" увеличение УЗД составляет от 10 до 20 дБ во всем нормируемом диапазоне частот (рис. 5).

Процессы шумообразования на гусеничных транспортных машинах носят чрезвычайно сложный характер, они характеризуются наличием разнообразных источников как воздушного, так и структурно звука. При этом основным источником воздушного шума в обитаемых отделениях является двигатель внутреннего сгорания, а основным источником структурного звука при движении - трансмиссия и двигатель, при стоянке - двигатель. УЗ этих источников в зависимости от режима составляют от 95 до 110 дБА.

Основной вклад во внешнее поле ТГТМ в среднечастотном и высокочастотном диапазоне вносит выпуск отработанных газов ДВС, вклад шума гусениц зарегистрирован только в низкочастотном диапазоне (31.5 - 250 Гц). В обитаемых помещениях изделия 216 вклад шума редукторов сравним с вкладом корпуса двигателя во всем частотном диапазоне, при включении редукторов шум в обитаемых отделениях возрастает на 6-20 дБ. Это объясняется как высоким уровнем шума редукторов, так и их значительным числом (6). В кабине изделия 830 основные источники шума аналогичны вышеописанным, в то же время, процессы шумообразования отличаются за счет наличия промежуточного помещения и другой компоновки агрегатов двигательной группы. При включении редукторов шум в кабине изделия 830 возрастает всего от 2 до 8 дБ в нормируемом диапазоне частот.

Экспериментами установлено наличие затухания вибрации по конструкциям исследуемых машин: так, например, на изделии 216, где источники вибрации (двигатель и редукторы) расположены в середине изделия, обнаружено затухание по днищу в 5-10 раз, а на изделии 830, где вибрация проходит через промежуточное помещение, затухание происходит в 10-15 раз, т. е. разница в характере затухания отмечается более чем в 2 раза.

Проведенные экспериментальные исследования по определению шума в обитаемых помещениях обеих машин показали, что точность предложенных расчетных методов достаточно высока, отклонение экспериментальных данных от расчетных не превышает 3 дБ в нормируемом диапазоне час-

Рис. 4 Спектры шума на РМ в кабине изделий 216 и 830 при различных режимах работы

I

II

III

Рис. 5 Спектры внешнего акустического поля изделий 216 и 830 на расстоянии 7.5 м.

120 и дБ 110

100

90

80

70

60

50

31.5 63 125 250 500 1000 2000 £ Гц 8000

I - Изд. 216 Стоянка III - Изд. 830 Стоянка

II - Изд. 216 Движение IV - Изд. 830 Движение

I ¿и

Ь, дБ 110

100

4-и

«С-Р

Й^Ш

31.5 63 125 250 500 1000 2000 (, Гц 8000

Нормы шума по ГОСТ 12.1.003 IV - Кабина (стоянка) изделие 830 Кабина (стоянка) изделие 216 V - Кабина (движение) изделие 830 Кабина (движение) изделие 216

тот. Сравнительные спектры шума на РМ изделий, полученные по данным эксперимента и результатам расчета по разработанной программе, представлены на рис. 6 и 7.

В пятой главе "Экспериментальные исследования шумозащитных конструкций" приведены результаты экспериментальных исследований по определению звукоизолирующей эффективности ограждающих конструкций исследуемых изделий в натурных условиях и на моделях. Для проведения экспериментальных исследований шумозащитных конструкций (ШЗК) на моделях был сконструирован специальный акустический стенд АК-2В1Н с объемами внутренних помещений, адекватными объемам обитаемых отделений исследуемых в данной работе транспортных машин.

Задачей экспериментального исследования на моделях являлось определение акустической эффективности как однослойных, так и многослойных конструкций, работающих на сумме эффектов: звукоизоляции, звукопоглощения и вибродемпфирования. При проведении данных работ представляло интерес исследовать как меняется эффективность образцов шумозащитных конструкций в зависимости от их основных параметров: толщина материала, тип материала, количество слоев в конструкции и взаимного расположения материалов в образце.

Измерения эффективности ограждающих конструкций исследуемых машин в натурных условиях показали, что звукоизолирующая способность внешних ограждающих конструкций в основном очень велика (за счет большой толщины ограждающих конструкций) и достигает 40-65 дБ в диапазоне частот 125-8000 Гц, за исключением слабых наружных элементов (дверь, дверное стекло изделия 830), звукоизоляция которых не превышает 17-25 дБ в указанном диапазоне. Практически все внутренние ограждающие конструкции имеют значительно меньшую звукоизоляцию, чем внешние, например, перегородка между МО и транспортным отсеком имеет звукоизолирующую способность 13-25 дБ.

В акустической камере выполнялись сравнительные испытания звукоизолирующей способности однослойных конструкций из стали, резины, войлока и ткани, двухслойных конструкций с различными звукопоглощающими материалами (ЗПМ) брезент, ППУ, ATM, Стам, БЗМ и др.; различных конструкций с различной толщиной испытываемых материалов; двухслойных конструкций с вибродемпфирукяцими покрытиями (ВДП) и многослойных конструкций. Получено, что звукоизолирующая способность ограждений из войлока и пористой резины (толщиной 5 мм) сравнима с эффективностью стального ограждения толщиной до 1.5 мм за счет эффекта звукопоглощения (рис. 8). Получено, что ЗПМ на элементах ограждающих конструкций увеличивают их эффективность в среднем от 10 до 20 дБ (рис. 9), при уве-

Рис. 6 Сравнительные спектры шума на РМ изделия 830 (в кабине)

120 L, дБ 110

100

90

80

70

31.5 63 125 250 500 1000 2000 Г, Гц

I - Эксперимент IV - Звуковая вибрация (расчет)

II - Расчет А - распространение по пути А

III - Воздушная составляющая (расчет) В-распространение по пути В

Рис. 7 Сравнительные спектры шума на РМ изделия 216 (в кабине)

I - Эксперимент IV - Звуковая вибрация (расчет)

II - Расчет III - Воздушная составляющая (расчет) А - распространение по пути А С - распространение по пути С

В - распространение по пути В

Рис. 8 Эффективность однослойных ЗИК

1. Стальной лист (1.5 мм) 3. Войлок (5 мм)

2. Резина (5 мм) 4. Материал типа "стам" (0.5 мм)

Рис. 9 Эффективность ЗП облицовки на стальном листе 50

ДЬ, дБ

250 500 Ш) 2000 8000\ 1

1. Сталь (толщ. 1.5 мм) 5. Мат ATM (20 мм)

2. Брезент (0.5 мм) 6. Ткань типа "Стам"

3. ППУ-ЭТ (10 мм) 7. Войлок (5 мм)

4. "Кевлар" (10 мм) 8. Мат БЗМ (20 мм)

личении толщины ЗПМ эффективность возрастает на 3-15 дБ (рис. 10). Вибродемпфируюшая мастика увеличивает эффективность от 1 до 5 дБ. Наибольшей эффективностью обладает многослойная конструкция, сочетающая эффект звукоизоляции и звукопоглощения (рис. И).

В шестой главе "Рекомендации по снижению шума и звуковой вибрации тяжелых гусеничных транспортных машин" представлен разработанный комплекс шумозащитных мероприятий. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования, изложенные в предыдущих разделах, позволили разработать рекомендации по снижению шума тяжелых гусеничных транспортных машин, которые были проверены на практике. Разработаны общие рекомендации по снижению шума ТГТМ, а также предложен комплекс мероприятий для снижения шума исследуемых изделий.

Для снижения шума в обитаемых помещениях изделия 216 рекомендовано: акустическая герметизация трубо-валопроводов, нанесение ВДП на перегородки и пол, установка звукопоглощения в кабине и в ТО, установка акустического экрана перед перегородкой МО, нанесение звукопоглощения на внутреннее ограждение по соединительному объему. Применением комплекса мер шумозащиты в обитаемых помещениях шум снижен на 7-14 дБ в нормируемом диапазоне частот, а по УЗ на 10 дБА. Комплекс шумозащитных мероприятий на изделии 216 показан на рис. 12.

Для снижения шума в кабине изделия 830 выполнено: акустическая герметизация кабины и АО, нанесение ВДП, увеличение звукоизоляции ограждающих конструкций, увеличение площади звукопоглощения в кабине и АО, установка акустического экрана в проеме, применение глушителя на выпуске отработанных газов ДВС. Комплекс шумозащитных мер позволил снизить шум в кабине на 10 дБ А по УЗ, а УЗД снижены на 3-15 дБ в нормируемом диапазоне частот. Комплекс шумозащитных мероприятий на изделии 830 показан на рис. 13.

Для снижения внешнего шума исследуемых изделий было рекомендовано: изменение направленности выпуска отработанных газов, установка в выпускных каналах гибких сеточных экранов-успокоителей, применение на срезе выпуска отработанных газов специальной конструкции, состоящей из набора сеток различного сечения. Эффект применения предложенных мер в сумме составил 7-20 дБ в нормируемом диапазоне частот, снижение внешнего шума составило 6-14 дБ в том же диапазоне (рис. 14).

2. Сталь (3.0 мм) 7. Ст.+Мат БЗМ (20 мм)

3. Сталь (4.5 мм) 8. Ст.+Мат БЗМ (40 мм)

4. Ст.+ППУ-ЭТ (10 мм) 9. Ст.+Мат БЗМ (60 мм)

5. Ст.+ППУ-ЗТ (30 мм)

Рис. 11 Эффективность многослойных конструкций шумозащиты

4

1. БЗМ+сталь+полиэт. (20/1.5/0.1) 4. БЗМ+сталь+АЗТС (20/1.5/0.1)

2. БЗМ+сталь+брезент (20/1.5/0.5) 5. АЗТС+БЗМ+АЗТС (0.1/20/0.1)

3. БЗМ+сталь+ПЭТФ (20/1.5/0.05) 6. БЗМ+ППУ-ЭТ+сталь (20/10/1.5/)

Рис. 12 Комплекс шумозащитных мероприятий на изделии 216

01

|то [!

р'

. 1

МО - Моторный отсек ТО - Транспортами огсек ЗПП-Звуконоглощающее покрытие ВДП-Вибродемпфирующее покрытие АЭ - Акустический экран

Рис. 13 Комплекс шумозащитных мероприятий на изделии 830

МО - Моторный отсек ЗПП - Звукопоглощающее покрытие ВДП - Вибродемпфирующее покрытие АЭ - Акустический экрчн

Рис. 14 Спектры шума на РМ изделий в транспортном режиме до и после применения шумозащитных мероприятий

I - Кабина без ШЗК (830) IV - Кабина с ШЗК (216)

II - Кабина с ШЗК (830) V - ТО без ШЗК (216)

III - Кабина без ШЗК (216) VI - ТО с ШЗК (216)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проблема снижения шума ТГТМ актуальна; УЗ в обитаемых помещениях исследуемых машин достигают 90-110 дБА и превышают допустимые нормы на 10-30 дБА; УЗД превышают допустимые значения на 15-30 дБ практически во всем частотном диапазоне; внешний шум (на расстоянии 7.5 м) на максимальных режимах достигает 103-109 дБА. а УЗД превышают нормативные значения на 9-28 дБ на максимальных режимах работы машин.

2. Общая и локальная вибрация на обоих типах исследованных машин или находится в норме, или незначительно ее превышает на отдельных частотах только при максимальных режимах работы.

3. Разработаны расчетные схемы исследуемых ТГТМ, учитывающие различные пути проникновения шума в РТ и конструктивные особенности ТГТМ. Аналитически решена задача о прохождении звука между двумя замкнутыми объемами, соединенными воздуховодом с учетом взаимного влияния звуковых полей в помещениях, а также задача прохождения звука через промежуточное помещение с учетом влияния на образование звуковых полей вклада от плоских излучателей. Разработана методика расчета воздушного звука для двух типов ТГТМ с учетом сложных процессов шумооб-разования по внутренним и внешним путям распространения, а также конструктивных параметров машин, акустических свойств ограждающих кон-

струкций и замкнутых объемов, акустических характеристик основных источников шума и места расположения источников шума в пространстве.

4. Решена задача о распространении звуковой вибрации по сложным конструкциям ТГТМ при допущении о линейном характере основного источника вибрации и наличии диффузности вибрационного поля на каждой из передающих вибрацию пластин. Разработана методика расчета вклада звуковой вибрации б звуковое поле в обитаемых помещениях ТГТМ, в которой учитываются вибрационные характеристики источников, наличие затухания в элементах конструкций, акустические параметры корпуса, акустические свойства звукоизлучающих пластин и помещений.

5. Разработаны методики определения внутреннего и внешнего шума ТГТМ, измерения общей и локальной вибрации на рабочих местах, а также звуковой вибрации; разработаны методики определения эффективности шу-мозащитных конструкций как на ТГТМ, так и на моделях (в специально созданной реверберационной камере), дана оценка результатов экспериментов.

6. Экспериментально исследована связь процессов шумообразования с режимами работы, основными конструктивными особенностями исследуемых ТГТМ.

7. Выполнены расчеты ожидаемой шумности в изделиях 216 и 830 по предложенным формулам и проведены эксперименты по определению шума в обитаемых помещениях обоих машин. Анализ показывает, что точность предложенных расчетных методов достаточно высока, отклонение экспериментальных данных от расчетных в основном не превышает 3 дБ в нормируемом диапазоне частот.

8. Анализ звукоизоляции внешних ограждающих конструкций ТГТМ в разных условиях показал их очень высокую эффективность (40-65 дБ) в нормируемом диапазоне частот, за исключением акустически слабых элементов внутренних ограждающих конструкций, снижающих суммарную звукоизоляцию.

9. Выполненные на моделях исследования эффективности основных типов звукоизолирующих конструкций для внутренних перегородок позволили установить влияние звукоизоляции, звукопоглощения и вибродемпфирования на их эффективность при различных толщинах исследуемых образцов.

10. Разработаны общие рекомендации по снижению шума ТГТМ, а также предложен комплекс мероприятий для снижения шума исследуемых изделий. Применением комплекса мер шумозащиты в обитаемых помещениях изделий 216 и 830 УЗД снижены на 7-14 дБ в нормируемом диапазоне частот, а по УЗ на 10 дБ А, внешний шум снижен на 6 дБ А.

11. Снижение шума на рабочих местах в среднем на 10 дБ А, при условии нахождения машины на максимальных режимах работы не более

1,0-1,5 часов, снижает эквивалентный уровень звука до нормативных значений.

Основное содержание диссертации отражено в 15 работах, в том числе:

1. Н.И. Иванов П.В. Воробьев, Тяжелые гусеничные транспортные ма-шины//Сборник трудов ЛМИ. -1987г. -С. 35-44.

2. Л.Ф. Дроздова, П.В. Воробьев, Исследования по выбору методов расчета эффективности звукоизолирующих капотов//Мин.В.О.Киргизской ССР Фрунзенский политехнический институт. Сборник аннотаций студенческих работ всесоюзного конкурса 1986-1987 гг. на лучшую работу студентов по естественным и гуманитарным наукам. Раздел "Охраны труда". -С. 2-3.

3. Н.И. Иванов, Л.Ф. Дроздова, П.В. Воробьев, Расчет и выбор звукоизолирующих конструкций транспортных машин// Материалы Всесоюзной научно-практической конференции. Л., ЛДНТП. -1990. -С. 14-15.

4. Л.Ф. Дроздова, П.В. Воробьев, В.В. Потехин, Глушители шума для ДВС/Яруды конференции "Глушители шума", ТПИ, Тольятти. -1991. -С. 4445

5. Л.Ф. Дроздова, П.В. Воробьев, Characteristic features of design control systems for heavy tracklaying vehicles// Proceedings of the International noise and vibration control conference, St. Petersburg, Russia, May 31-June 3, 1993 (in English), v. 5, pp. 223-228.

6. П.В. Воробьев, Noise Reduction in Habitable Compartment of Heavy Track-Laying Vehicle// Proceedings, "Fourth International Congress On Sound And Vibration", St. Petersburg, Russia, June 24-27. -1996 (in English), -pp. 1699-1704.

7. П.В. Воробьев, Л.Ф. Дроздова, А.Г. Сафонов, Снижение внешнего шума и шума в обитаемых отсеках тяжелых гусеничных транспортных машин// Сборник трудов конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности и экологи" МЦЭНТ, С.-Пб. -1996 г. -С. 198-200.

8. П.В. Воробьев, Л.Ф. Дроздова, М.М. Самойлов, Снижение шума выпуска тяжелых гусеничных транспортных машин// Сборник трудов конференции "Новое в экологи и безопасности жизнедеятельности" МЦЭНТ. -С.-Пб, 1997 г. -С. 211-213.

9. П.В. Воробьев, Н.И. Иванов, М.М. Самойлов, Снижение звуковой вибрации ТГТМ//Сборник трудов конференции "Новое в экологи и безопасности жизнедеятельности" МЦЭНТ. -С.-Пб. -1997 г. -С. 119-121.

10. П.В. Воробьев, Л.Ф. Дроздова, М.М. Самойлов, A new noise reduced construction for exhaust of powerful internal combustion engines// Proceedings, "Fifth International Congress On Sound And Vibration", Adelaida, Australia, Dec. 15-18, -1997.