книги из ГПНТБ / Разумовский М.А. Борьба с шумом на тракторах

Звукоизолирующая способность и звукопроводность ограждений связаны между собой зависимостью

т

Средний коэффициент поглощения звука

а ср = а ср + т -

Здесь а с'р— непосредственно коэффициент поглощения, a

т учитывает обратное прохождение звука через огражде­ ния (из кабины), что в данном случае равноценно его поглощению:

дений кабины, имеющих коэффициенты звукопоглощения

здаваемого воздушным шумом источников, необходимо знать суммарные уровни шума, падающего на отдельные однородные (имеющие одинаковую звукопроводность) участки ограждений кабины. Они могут быть определены по аналогии с расчетом внешнего шума трактора.

Фактическая звукоизоляция кабины — совместный

где Ls, — уровень звукового давления на рабочем месте без кабины; LK— уровень звукового давления после ус­ тановки кабины при эффективной ее виброизоляции.

При заданном шуме источников Ls, величина ЗИК во всем диапазоне частот должна обеспечивать выполне­ ние требований по ограничению шума на рабочем месте,

Здесь [LK] — допустимый уровень звукового давления на рабочем месте. Выполнение условия (43) только за счет кабины может быть достигнуто соответствующим подбо­ ром значений Ri и <хср.

90

Источники g

Рис. 45. К расчету внешнего шума трактора и шума в кабинё:

/—сигнальный граф; 2—инженерный алгоритм

91

При жестком креплении кабины на остове трактора уровень звукового давления на рабочем месте может определяться исключительно вторичным шумом (см. па­ раграф 4). Принимая во внимание, что кабины тракто­ ров представляют собой сравнительно небольшой замк­ нутый объем, его уровень приближенно можно считать численно равным среднему уровню скорости колебатель­ ного процесса вибраций ограждений по аналогии с излу­ чениями вибрирующей безграничной пластиной. Тогда численное значение виброизоляции по скорости будет равно акустическому эффекту, т. е. уменьшению вторич­ ного шума, а условие (43) может быть записано в сле­ дующем виде:

Ьк = 10 lg [iO°’1(Lz - дак> |_ іо°.ЧѴ-в//к>] < [LK], (44)

где Lv — средний уровень скорости вибраций огражде­ ний кабины при жестком ее креплении к остову трактора

вибраций). Способы влияния на величину звуко- и виб­ роизоляции применительно к конструкциям тракторных кабин приведены в гл. IV.

Расчеты с целью определения необходимого заглуше­ ния шума источников, звуко- и виброизоляции кабин и оптимального сочетания этих величин для обеспечения допустимых уровней шума являются весьма громоздки­ ми, требуют составления специальных математических программ оценки и классификации, последовательного перебора, приближения и т. п. Перед расчетами на ЭВМ целесообразно составить схемы инженерных алгоритмов.

рактеризуемую в данном случае передаточными функ­ циями каналов распространения шума.

* * *

Расчет характеристик шума главных источников на тракторах в стадии проектирования, когда он имеет ос­ новной смысл, затруднен из-за сложности физических процессов и отсутствия достаточных данных о свойствах конструкции источника. Основные трудности заключают­

92

ся в строгом математическом описании или динамики суммарного возмущения 5j?(co) (см. параграф 6), или функций преобразования б(ш), а часто и того и другого вместе. В таких случаях приходится прибегать к эмпи­ рическим зависимостям, полученным на основе обработ­ ки статистических данных.

Особый интерес для инженерных расчетов представ­ ляют полуэмпирические методы, когда удается матема­ тически описать и с хорошей степенью точности рассчи­ тать суммарные значения звуковой мощности источника. Что касается спектров, то здесь обычно удается рассчи­ тать частоту или диапазоны частот максимальных излу­ чений, весь же спектр обычно строится на основе стати­ стических данных.

В начальной стадии расчет характеристик шума источников целесообразно выполнять для условий их работы без специальных заглушающих устройств — глу­ шителей, кожухов и т. п., затем, использовав описанные выше методы, рассчитать необходимые характеристики заглушения. Методы инженерных расчетов исходных характеристик шума главных источников на тракторах рассматриваются в следующих параграфах.

9. Определение характеристик шумов аэродинамического происхождения

Процессы впуска и выпуска. Процессы наполнения цилиндров и выпуска отработавших газов сопровожда­ ются импульсами разрежения и давления в системах (рис. 46) и движением потока газов с большими скоро­ стями. Частота следования соответствующих импульсов у тракторных двигателей лежит в диапазоне звуковых частот, а средние скорости потока газа достигают 30— 40 м/с при впуске и 80—100 м/с при выпуске. В предваре­ нии выпуска скорость потока газа вообще превышает критическую.

По характеру возмущения шум рассматриваемых процессов можно разделить на составляющие:

шум от колебаний давления в системах впуска и вы­ пуска;

вихревой шум, обусловленный образованием вихрей при обтекании потоком газа препятствий: клапана, его гнезда, лопаток турбины, нагнетателя и др.;

93

шум пограничного слоя, образующийся в результате турбулентности потока у поверхности обтекаемых дета­ лей и стенок трубопроводов, фильтров и глушителей;

шум свободной струи (при выпуске).

Шум, возникающий в результате колебаний давления в системах, зависит от амплитуды и формы импульсов и

Рис. 46. Осциллограммы колебаний давления во впускной (а) и вы­ пускной (б) трубах двигателя Д-240 («=2200 об/мин)

определяет низкочастотную область излучений. Вихревой шум и шум пограничного слоя имеют одну природу — вихревой след из-за наличия сил трения в потоке быстро распадается и переходит в турбулентный. Эти шумы за­ висят от скорости потока и определяют высокочастотную область излучений.

Поскольку причины шумообразования на низких и высоких частотах разные, методы подхода к их количе­ ственной оценке должны отличаться. Рассмотрим воз­ можности расчета характеристик этих шумов примени­ тельно к простейшим впускным и выпускным системам дизелей без глушителей и воздушных фильтров, для ко­ торых в выражении (25) можно принять /<'(«) = 1. Ана­ литическая оценка в этом случае представляет интерес с той точки зрения, что получаемые характеристики шу­

94

ма являются исходными для определения необходимого заглушения и последующего расчета глушителей.

При рассмотрении колеблющейся массы газа в отвер­ стии простейшего тракта как поршневого излучателя (рис. 47) из зависимости (26) следует, что звуковое дав­ ление в волне

р = <$(Q, г, /),

или

где у — колебательная скорость массы газа, а F\ — площадь се­ чения трубы.

Выражая производитель­ ность впускной системы через основные параметры двигате­ ля, запишем выражение для расчета эффективного значе­ ния суммарной амплитуды низ-

Рис. 47. Излучение шума в процессе впуска-выпуска через трубу

кочастотного шума на расстоянии г от отверстий простей­ шего впускного тракта:

или

(46)

У 2г

где р — плотность воздуха, кг/м3; т]и— коэффициент напол­ нения; Vh— рабочий объем цилиндра, ж3; f ■— основная час­

95

а уровень звуковой мощности с учетом принятых ранее допущений

Принимая во внимание увеличение температуры и числа молей продуктов сгорания, аналогичным путем может быть рассчитан средний уровень звукового дав­ ления низкочастотного шума процесса выпуска газов

Рис. 48. Расчетные и экспериментальные зависимости общих уровней низкочастотного шума процесса впуска тракторного дизеля от ско­ ростного режима (а) (г=0,25 м) и процесса выпуска от температуры

через простейший тракт (короткий трубопровод без глу­ шителей) :

температура заряда, °К; Т — температура отработавших газов, °К.

Уровень звуковой мощности низкочастотных излуче­

На рис. 48 приведены результаты расчетов по форму­ лам (47) и (49) и экспериментальные зависимости уров­ ней звукового давления процессов впуска и выпуска четырехтактного тракторного дизеля без наддува при ра­

96

боте без заглушающих устройств. Как видно из графи­ ков, имеет место удовлетворительное совпадение резуль­ татов расчета и опытных данных.

Звуковая мощность вихревого шума и шума погра­ ничного слоя подчиняются одному закону: при сохране­ нии аэродинамического подобия мощность звука пропор­ циональна шестой степени скорости потока газа и квадрату геометрических размеров канала [8 , 26], а спектр шума непрерывен в широкой полосе частот. На основании этого закона может быть рассчитан суммар­ ный уровень звукового давления высокочастотного шума, излучаемого в процессе впуска и выпуска. На расстоя­ нии г от отверстий системы без глушителей и фильтров средний уровень высокочастотного шума

Епускные и выпускные системы не могут считаться аэро-1 динамически подобными (различие в числах Маха и др.), поэтому значения коэффициента D для них различны.1 Основываясь на сопоставлении результатов расчетов б опытными данными, можно рекомендовать при расчете'

уровней шума (шкала А) у отверстий впускной и выйусік-1 ной систем тракторного дизеля.

Уровень звуковой мощности высокочастотного шума процессов впуска и выпуска для любого значения вели'"1

Лайтхилла [8 , 48]. Как показывают расчеты, выполнен­ ные по этой формуле, при скоростях истечения газа до

1 0 0 м/с у тракторных двигателей шумы свободной струи сравнительно не велики.

Спектр периодически повторяющихся импульсов, ка­ кими практически являются импульсы разрежения и давления в рассматриваемых системах (рис. 46), являет­ ся. дискретным. Модули амплитуд его гармонических со­ ставляющих могут быть аналитически определены в том случае, если математически описана функция p(t). Для расчетов в стадии проектирования особый интерес пред­ ставляют упрощенные методы описания p(t) или фун­ кции объемной скорости за клапаном, не требующие большого количества исходных данных. Известны, на­ пример, методы представления функции p(t) прямоуголь­ ными (метод Клуге) и трапецеидальными импульсами [30, 72]. Удовлетворительные результаты могут быть прлучены, если закон изменения давления в рассматри­ ваемых системах представить в виде функции колоколь­ ного импульса (см. рис. 40, г)

Ѵ я/іт ). Уровни звукового давления дискретных состав­ ляю щ их низкочастотного шума впуска и выпуска в этом случае определяются по формуле

+ —

2

Т

'2~

9 6 ’

где Т — период следования импульсов в системах; k порядковый номер гармоники.

Анализ осциллограмм колебаний давления во впуск­ ных и выпускных системах тракторных дизелей и спек-* трограмм шума на номинальных режимах показывает, что при ориентировочных расчетах импульсы давления (разрежения) могут быть аппроксимированы колоколь­ ными импульсами при значении коэффициента а в пре­ делах 0,5—0,8.

Рис. 49. Относительные третьоктавные спектры высокочастотного шума процесса впуска (/) и выпуска (2) при работе без заглушаю­ щих устройств

Для построения высокочастотной области спектров шума процессов выпуска и впуска (без глушителей-филь­ тров) на рис. 49 приведены относительные третьоктавные спектры высокочастотного шума, полученные в резуль­ тате усреднения экспериментальных данных. Уровни зву­ кового давления в третьоктавных полосах высокочастот­ ного шума определяются из выражения

где LB4— уровень звукового давления, определяемый по формуле (51); ДL/ — составляющая относительного спек­ тра, представленного на рис. 49. <' В качестве примера на рис. 50 приведены третьоктав­ ные спектрограммы шума у впускных и выпускных от­ верстий тракторного дизеля при работе на номинальном режиме без заглушающих устройств и спектры, получен-

7*