книги из ГПНТБ / Разумовский М.А. Борьба с шумом на тракторах
.pdfкового давления в октавных полосах низкочастотного и высокочастотного шума в кабине на 5—7 дб. Чрезмерная затяжка стяжного болта амортизаторов и несоблюдение условия расположения привалочных поверхностей крон штейном в одной плоскости также приводит к ухудшению акустической эффективности подвески. Например, при дополнительной затяжке амортизаторов — большей чем
дб
100
30
в о
70
7Г
4
4::s ;
уГ .
|
V |
|
< 2 N |
|
|
|
|
|
V. 7 |
А- |
і? |
іе - - |
|
■5*.s» |
|
|
V |
|
|
i f - ’ |
|
|
|
|
таг |
|
|
|
|
J |
чг.. |
|
|
|
|
|
|
L |
|
50 |
100 |
200 |
|
500 |
1000 |
2000 |
500010000Гц |
Рис. 88. Октавные спектры шума в кабинах тракторов МТЗ-80 |
(а) и |
ZETOR CRYSTAL 8011 (б): |
' ’ |
/—при жестком креплении кабины; 2 —при упругом креплении; 3 —абсолютная
виброизоляция
предусмотрено чертежом, на 3 мм, отмечалось увеличе ние уровней звукового давления в октавной полосе 63 Гц до 7 дб, а в октавах 0,5 и 1 кГц — до 2 дб. До 5 дб уве личивался шум при отклонении привалочных поверхнос тей одного из кронштейнов относительно общей горизон тальной плоскости на 5 мм.
183
а
Исследования виброизоляции тракторных кабин по казывают, что при правильном выборе упругих характе ристик амортизаторов и схемы их размещения ее эффек тивность зависит от точности изготовления и сборки всех элементов подвески. Допуски на изготовление и сборку подвески должны обеспечивать отклонение нагрузок и статического прогиба не более 15—20% от расчет ных. Технические требования к упругим характеристикам
Рис. 89. Спектрограммы уровня виброскорости кронштейнов крепле ния кабины (упругая подвеска):
/—кронштейн остова трактора; 2—кронштейн кабины
иточности изготовления подвески кабины могут быть снижены на тракторах, у которых двигатель, являющийся
основным источником низкочастотных звуковых вибра ций, имеет эффективную упругую подвеску на полураме. В этом случае подвеска кабины должна обеспечивать изоляцию высокочастотных вибраций, на величину кото рой упругие характеристики влияют в меньшей степени.
17. Звукоизолирующие и звукопоглощающие конструкции
Звукоизолирующие свойства кабины основаны глав ным образом на отражении звуковых волн от ее ограж дений, а звукопоглощающие — на преобразовании звуко вой энергии в тепло вследствие трения в звукопоглотителях, установленных обычно на внутренних поверхностях ограждений. Чем больше звуковой энергии будет
184
отражать ограждение кабины, тем меньше ее пройдет на рабочее место. Поэтому для уменьшения шума в кабине в первую очередь предпочтение должно отдаваться улуч шению ее звукоизолирующих свойств. Звукопоглощающие устройства препятствуют концентрации и накапливанию звуковой энергии в кабине и также способствуют умень шению шума на рабочем месте, а б в е
Звукоизолирующие конст рукции. Отражение звуковой энергии от ограждений кабины зависит прежде всего от аку стического сопротивления ма териалов, из которых они изго-
Рис. 90 Типы ограждений (стенок) кабины:
а—одинарное; б—двойное; в
иг—многослойные (типа «сэндвич»)
товлены, а также от их конструктивных особенностей. При одинаковом конструктивном исполнении звукоизо лирующие свойства ограждений тем выше, чем большим акустическим сопротивлением обладает материал (31). Поэтому в качестве основных конструктивных материа лов для кабин применяются материалы с большим аку стическим сопротивлением: сталь, твердые пластмассы, стекло.
Конструктивно ограждения кабин могут выполняться одинарными, двойными и слоеными (рис. 90). Примером одинарных ограждений кабин являются стекла окон, ко торые для обеспечения достаточной обзорности занимают
до 43% поверхностей кабины. Двойными |
часто выпол |
|
няются передняя стенка, дверцы, |
крыша; |
слоеными — |
пол, передняя стенка. |
|
|
В широком диапазоне частот звукоизолирующая спо |
||
собность однородного одинарного |
ограждения при ус |
ловии отсутствия потерь звуковой энергии определяется по формуле [33]
Я = 10 1g |
= 101g |
я/m cos Ѳ |
Л дб, (114) |
|
pc |
||||
т |
185
где т — масса ограждения, тег; Ѳ— угол между нор малью к ограждению и направлением падения звука.
Формула (114) отображает известный в акустике «за кон массы», т. е. зависимость звукоизолирующей способ
ности от массы ограждения. Как видно из формулы, зву коизолирующая способность ограждения зависит также от частоты и угла падения звуковой волны: при косом падении волны звукоизолирующая способность уменьша ется.
В практике для расчета звукоизолирующей способ ности одинарных ограждений ограниченных размеров при равновероятном угле падения звука пользуются по луэмпирической зависимостью, полученной на основании формулы (114) и анализа опытных данных:
і? = 20 lg (fG) — 60 дб, |
(115) |
где G — масса 1 м2 ограждения, кг.
Из формулы (115) следует, что при увеличении мас сы или частоты звука в два раза, звукоизолирующая спо собность ограждений возрастает на 6 дб. Этот закон практически соблюдается вне резонансных зон. На низ ких частотах он нарушается из-за резонансных мембран ных колебаний ограждения. Частоты собственных ко лебаний в этом случае могут быть определены по форму
ле [1] |
т |
\2 . I |
п |
|
|
fт.п = |
(116) |
||||
0,45/гсп |
|
Гц, |
|||
|
а |
|
Ь |
|
|
где h — толщина |
ограждения; |
сп — скорость |
продоль |
||
ной волны; а Vi |
b — размеры |
сторон |
ограждения; т и |
||
/г — целочисленные значения, |
определяющие форму ко |
||||
лебаний. |
|
|
|
|
На высоких звуковых частотах уменьшение звукоизо лирующей способности ограждений происходит вследст вие резонанса совпадения (волновой резонанс). Резо нанс совпадения наступает, когда длина изгибной волны в ограждении сравнивается с длиной звуковой волны в воздухе. Частота, на которой возникает резонанс совпа дения, называется критической:
С2 |
12р(1 - р 2) Гц, |
(117) |
/ьр = 2лh |
Е |
|
186
где с — скорость звука в воздухе; р, Е, ц — соответствен но плотность, модуль и коэффициент Пуассона материа ла ограждений.
Анализ результатов расчетов по формуле (117) при менительно к тонкостенным конструкциям ограждений тракторных кабин показывает, что волновой резонанс лежит обычно за пределами нормируемого диапазона частот шума на рабочем месте (стальное ограждение до
Рис. 91. Расчетные значения звукоизоляции одинарных стенок:
/ —из стального |
листа |
толщиной |
2 м м ; 2—из |
стекла толщиной |
5 м м ; 3—из |
|
стального |
листа |
толщиной 1 |
м м ; 4—из пластмассы |
толщиной |
3 м м |
|
1 мм толщиной) |
или в октавной |
полосе |
8 кГц (стекла |
окон), где уровни звукового давления сравнительно не велики. Кроме того, на таких высоких частотах в сталь ных тонкостенных конструкциях из-за проявляющегося демпфирования в металле увеличения шума в кабинах на частотах волного резонанса обычно не наблюдается.
На рис. 91 показаны расчетные значения звукоизоли рующей способности одинарных ограждений тракторных кабин в диапазоне частот между критическими, выпол ненные по формуле (115), а в табл. 12 приведены значе ния средней звукоизоляции некоторых материалов в диа пазоне частот до 3 кГц [33].
Существенное влияние на звукоизолирующие свойст ва ограждения оказывают отверстия и щели. Ориентиро вочная оценка уменьшения звукоизолирующей способ ности отверстиями может быть произведена по формуле
АR = 10 lg 1 -f п So 10о . і д дб. |
(118) |
S |
|
187
Здесь |
R — звукоизолирующая |
способность |
ограждения; |
||
S и S0— соответственно площадь |
ограждения и отвер |
||||
стия; |
п — коэффициент, значения |
которого |
зависят от |
||
частоты: |
800 |
1200 |
1800 |
|
|
|
Гц . . . |
|
|||
|
п . . . |
12 |
6 |
2—5 |
|
Как видно из формулы (118), чем выше R, тем боль шая будет потеря звукоизоляции при одинаковых отвер стиях.
Т а б л и ц а 12
Средняя звукоизолирующая способность материалов
Материал |
|
Масса, |
Средняя звуко |
|
кг/м2 |
изоляция, дб |
|
Сталь листовая, |
мм: |
5,6 |
25 |
0,7 |
|
||
2,0 |
|
15,7 |
33 |
Стекло, мм: |
|
8—10 |
28 |
3—4 |
|
||
6 |
5 мм |
16 |
31 |
Стеклопластик, |
— |
23 |
|
Картон, 5 мм |
|
3 |
16 |
Практический интерес представляют следующие ре зультаты исследований [33]. При одинаковой площади отверстия и щели потеря звукоизоляции во втором слу чае больше, так как импеданс плоской (цилиндрической) волны меньше, чем сферической. Одно отверстие вызыва ет большие потери звукоизоляции, чем несколько отвер стий с общей площадью, равной одному отверстию. При рассредоточенном расположении отверстий потери звуко изоляции меньше, чем при их кучном расположении.
Двойные ограждения с воздушной прослойкой при меняются для повышения звукоизолирующей способности без увеличения массы. Такие ограждения имеют провал звукоизоляции вблизи граничной частоты, обусловлен ный резонансными колебаниями стенок, соединенных уп ругой воздушной прослойкой. Граничная частота
“ 6 0 0 / - % 5 Г - |
Г ч ' |
(119) |
188
где Gi и G2— масса стенок, кг/м2; h — расстояние между стенками, м.
На частотах ниже критической оценка звукоизолирую^ щей способности двойного ограждения может быть про-' изведена по формуле (115), при этом принимается
= GI + G2. На частотах выше критической средняя звуков изолирующая способность
Дер = 13,5 lg(G1 + |
G2) + |
13 -f AR0 дб. |
(120) |
|
дуг0 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|
2 3 |
S |
7 |
9 ft, см |
|
Рис. 92. Звукоизоляция воздушной прослойки между стенками
Здесь AR0— звукоизолирующая способность воздушного промежутка между стенками, определяемая по графику, приведенному на рис. 92 [33].
У двойных ограждений с жесткой связью по контуру,! что характерно для тракторных кабин, дополнительная средняя звукоизоляция не превышает 5 дб по сравнению с однослойным ограждением такого же веса.
Звукоизолирующая способность многослойных сте нок типа «сэндвич» (рис. 90, в) с применением промежу точных вставок из материалов с большим демпфирова нием и стенок с нанесенными покрытиями вне резонанс ных зон может быть ориентировочно рассчитана, как для одинарных монолитных стенок, по формуле (115). Наи больший акустический эффект таких конструций прояв ляется из-за демпфирования при резонансных совпадени-, ях и при передаче структурного шума на сопряженные детали, так как демпфирующие покрытия (вставки). хо рошо ослабляют поперечные колебания. Практически применение многослойных конструкций позволяет расши рить частотный диапазон действия «закона массы».
Значения коэффициента потерь (рассеивания) энер гии при изгибных колебаниях для наиболее распростра-
189
ценных демпфирующих покрытий (мастик) приведены в табл. 13. Оптимальная толщина наносимых вибродемп фирующих покрытий составляет порядка (2-=-3)h, где Л — толщина стенки, на которую наносится покрытие. При этом поверхностный вес стальных тонкостенных ог раждений увеличивается до 25%.
Т а б л и ц а 13
Коэффициент потерь демпфирующих покрытий
Марка покрытия (мастики) |
Коэффициент |
потерь |
|
«Антивибрит-1» (А-1) |
0,44 |
«Антивибрит-2» (А-2) |
0,40 |
№ 213 |
0,40 |
№ 580 |
0,25 |
ВД-17-58 |
0,44 |
ВД-17-59 |
0,30 |
Звукопоглощающие конструкции. Звукопоглощающие свойства материалов и конструкций характеризуются коэффициентом звукопоглощения — отношением интен сивности поглощенного звука к интенсивности падающе го звука. Значения коэффициента звукопоглощения зави сят от частоты и угла падения звуковой волны [33]. Ко эффициент поглощения звука при нормальном падении волны больше, чем в условиях диффузного звукового по ля. Поэтому при использовании справочных данных о значении коэффициентов звукопоглощения для расчетов (см. параграф 8) необходимо знать, в каких условиях они определялись. Для виброизолированных тракторных ка бин обычно интерес представляют поглотители высоко частотного шума (октавы 0,5; 1 и 2 кГц) в условиях диф фузного звукового поля.
За единицу звукопоглощения в диффузном звуковом поле, называемую часто сэбином, принимается 1 м2 от крытого окна (отражение звука отсутствует).
Звукопоглощающие материалы и конструкции, приме няющиеся в машиностроении и строительстве, очень раз нообразны [9, 10, 24, 33, 67]. На рис. 93 показаны спосо бы выполнения конструкций с волокнисто-пористыми ма териалами, имеющих широкий спектр поглощения. По
190
добные конструкции могут быть использованы в трактор ных кабинах.
Как видно'из рис. 93, а, поглощающий материал, рас положенный на жесткой отражающей стенке, хорошо по глощает звук на высоких частотах. Наибольшее звуко поглощение в этом случае имеет место вблизи частоты
|
с |
fx = |
Гц, |
|
5,84h |
( 1 2 1 )
где с — скорость звука в воздухе, м/с, h — толщина слоя материала, м.
'\
И
______ L
Рис. 93. Схема установки звукопоглотителей из волокнисто-пористых материалов и вид характеристик поглощения
На частотах ниже /у звукопоглощение уменьшается, а на частотах выше f\ остается приблизительно постоян ным. Сместить частоту наибольшего поглощения в сторо ну низких частот можно за счет увеличения толщины слоя материала или за счет установки поглощающего матери ала с зазором между стенкой (рис. 93, б). В конструкции с перфорированным листом из твердого материала, при крывающего поглощающий материал (рис. 93, в), поло са поглощения также смещается в сторону низких ча стот. Такой поглотитель работает как резонансный, и спектр наибольшего поглощения у него сужается.
191
Т а б л и ц а 14
Коэффициенты поглощения материалов и конструкций
|
|
Коэффициент звукопоглощения при частоте |
|||||
|
|
|
|
звука, |
Гц |
|
|
Материал, конструкция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
Условная |
конструкция >— |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
открытое окно |
|||||||
‘Закрытое |
окно |
0,35 |
0,25 |
0,18 |
0,12 |
0,07 |
0,04 |
Стальные листы |
— |
-0,01 --0 ,0 5 |
— |
— |
— |
||
Стеклопластик |
0,01 |
0,01 |
0,012 |
0,014 |
0,015 |
0,016 |
|
Древесно-волокнистая плитка |
0,18 |
0,11 |
0,19 |
0,39 |
0,95 |
0,56 |
|
Резина, 5 мм по полу |
0,04 |
0,04 |
0,08 |
0,02 |
0,03 |
0,1 |
|
Войлок, мм: |
0,05 |
0,08 |
0,17 |
0,48 |
0,52 |
0,51 |
|
|
12,5 |
||||||
|
25,0 |
0,15 |
0,22 |
0,54 |
0,63 |
0,57 |
0,52 |
|
50,0 |
0,34 |
0,50 |
0,69 |
0,67 |
0,58 |
0,52 |
Асбестовый пухшнур, мм: |
|
0,34 |
0,43 |
0,47 |
0,77 |
|
|
|
25 |
— |
— |
||||
|
50 |
0,35 |
0,45 |
0,49 |
0,79 |
В табл. 14 приведены коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов и конструкций в диффузном зву ковом поле, а в табл. 15 — значения количества единиц поглощения, приходящихся на одного человека и сиденье (кресло) с обивкой [33]. Эти данные могут быть исполь зованы при расчетах уровней шума в кабинах (см. па
раграф 8).
От величины суммарного звукопоглощения зависит шумовой режим в кабине (39). Суммарное звукопоглоще
ние в кабине
П
А = V ОС;«;, или. Л = acps2, (122)
‘= 1
где Ss — суммарная площадь ограждений кабины. Суммарное звукопоглощение связано с временем ре
верберации кабины (время, за которое уровень звуково го' давления уменьшается на 60 дб после прекращения действия источника звука). Эта связь отражена в фор муле Сэбина
TR = 0,162 У - с, |
( 1 2 3 ) |
А
где V — объем кабины (помещения), м3.