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

Рис. 6. Характерные точки установки микрофона при исследованиях

иоценке шума источников:

а—двигателя; б—силовой передачи; в и г—процессоз выпуска и впуска;

<5—вентилятора системы охлаждения (в плане)

ких характерных точках звукового поля (рис. 6). Рас­ стояние от источника до микрофона принимается равным 0,25; 0,5 или 1 м. Ширина полосы пропускания фильтров при этом выбирается в зависимости от поставленных задач.

3.Методы экспериментальных исследований

иоценки шума на тракторах

Внешний шум трактора. Полными характеристиками внешнего шума, излучаемого работающим трактором, являются уровни звуковой мощности в полосах спектра и показатели направленности излучения. Их практиче­ ское определение (измерение уровней звукового давле­ ния на полусферической измерительной поверхности большого радиуса при движении трактора) является весьма сложной задачей, которая разрешима преимуще-

20

ственно в лабораторных условиях, например, на стендах с беговыми барабанами и малошумными тормозными устройствами. Поэтому при оценке внешнего шума трак­ торов к этим характеристикам прибегают редко.

Внешний шум универсальных тракторов, широко ис­ пользуемых как транспортные средства, согласно реко­ мендациям Международной организации по стандартиза­ ции (ISO) R. 419, оценивается уровнем шума на расстоя­ нии 7,5 м от оси движения (рис. 7). Измерения про­ водятся на режиме разго­ на без нагрузки на крюке

Микрофон устанавливает­ ся на высоте 1,2 м от по-

Рис. 7. Схема разметки участ­ ка дороги при измерении внешнего шума трактора

верхности дороги, при этом соблюдаются общие правила акустических измерений.

До линии А—А (рис. 7) трактор движется на транс­ портной передаче с частичной подачей топлива. В мо­ мент пересечения этой линии подача топлива резко увеличивается до максимальной, а при пересечении ли­ нии Б—Б резко уменьшается. Регистрация уровней шума (реже уровней звукового давления в октавных полосах спектра) производится слева и справа от трактора до получения стабильных результатов.

Измерения и оценку внешнего шума тракторов на расстоянии 7,5 м удобнее проводить на стендах с беговы­ ми барабанами, подобных применяющимся для обкатки тракторов. При этом повышается точность измерений и сокращается время испытаний.

Предельный (допустимый) уровень внешнего шума для тракторов, принятый в разных странах, не одинако­ вый и находится в интервале 85—95 дбА [69]. В нашей стране предельный уровень внешнего шума для тракто­ ров официально пока не установлен.

21

При детальном изучении внешнего шума трактора и определении влияния на его характеристики шума ос­ новных источников измерения проводятся на разных скоростных и нагрузочных режимах работы в обычных производственных и лабораторных условиях при работе на стенде с беговыми барабанами либо на стоянке при торможении двигателя через вал отбора мощности. В процессе таких исследований часто снимаются шумодиаграммы трактора — уровни шума или звукового дав­ ления в полосах спектра вокруг трактора на одинаковом расстоянии от его контура, производятся измерения и частотный анализ шума с требуемой разрешающей спо­ собностью вблизи основных источников, например дви­ гателей, впускных и выпускных отверстий, трансмиссии и т. п. Во всех случаях условия акустических измерений должны быть по возможности максимально приближены к условиям свободного звукового поля. Идеальными для таких измерений являются открытая площадка вдали от застроек или специальные заглушенные камеры, описа­ ние которых приведено в работе [44].

На практике при отсутствии специальных заглушен­ ных камер измерения проводятся часто возле помеще­ ний, в которых расположены тормозные стенды, исполь­ зуемые для загрузки двигателей через вал отбора мощности. В таких условиях могут с успехом выполнять­ ся сравнительные замеры и производиться предваритель­ ная оценка различных мероприятий по борьбе с шумом. Для уменьшения влияния звука, отраженного от стен помещения, на результаты измерений на стенах могут быть установлены звукопоглотители.

Шум и вибрации на рабочем месте. Оценка шума на рабочем месте производится по уровням звукового дав­ ления в октавных полосах спектра, измеряемым при установившихся режимах работы трактора на всех пере­ дачах с загрузкой двигателя от 0 до 100 %.-За рубежом принята единая методика такой оценки [74, 78].

Нагрузка на крюке трактора при измерениях создает­ ся и контролируется с помощью малошумного загрузоч­ ного устройства, например тележки, используемой при тяговых испытаниях. Микрофон устанавливается на рас­ стоянии 0,7 м от подушки сиденья и 0,05—0,1 м от голо­ вы водителя со стороны, наиболее приближенной к про­ дольной плоскости симметрии кабины (трактора).

22

В зависимости от рода выполняемой человеком работы шум на рабочем месте ограничивается одним из предельных спектров, приведенных на рис. 8. При про­ должительности рабочей смены на производстве более 5 час безопасным считается шум, октавный спектр кото­ рого не выходит за предельную кривую № 85. В Совет­ ском Союзе требованиями по технике безопасности шум на рабочем месте людей, работающих на сельскохо­

23

в табл. 2. Реальные уровни вибраций на рабочих скоро­ стных и нагрузочных режимах трактора не должны превышать указанных в таблице величин в октавных полосах спектра.

Впроцессе исследований факторов, влияющих на шум

вкабинах, и различных способов борьбы с ним измере­ ния шума на рабочем месте часто проводятся на разных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя (трактора) как при движении, так и при работе на стендах с загрузкой двигателя через валы отбора мощ­ ности. При этом для детального изучения шума часто выполняется его узкополосный спектральный анализ.

Методы экспериментальных исследований шума источников. Акустические исследования источников в практике борьбы с шумом на тракторах преследуют

следующие цели:

определение шумовых характеристик при различных скоростных и нагрузочных режимах работы;

классификацию источников шума по их влиянию на величину суммарного уровня звукового давления в ин­ тересуемых точках звукового поля трактора;

оценку мероприятий по уменьшению шума источ­

ников.

Шумовые характеристики источников — уровни зву­ ковой мощности, направленность излучения, уровни

24

звукового давления в характерных точках определяются, как правило, в лабораторных условиях с соблюдением общих правил на акустические измерения.

Наиболее распространенными являются измерения акустических характеристик каждого в отдельности ис­ точника на специальных стендах с максимально возмож­ ным воспроизведением реальных условий работы, скоростных и нагрузочных режимов. Этот метод приме-

Разность L1~Lz ,d6

Рис. 9. Номограмма для определения суммарного уровня шума двух источников

ним для таких источников шума на тракторах, как двига тели и силовые передачи. Используемые стенды должны быть оборудованы малошумными приводами и тормоз­ ными устройствами, а испытываемые объекты независи­ мо от способа их установки на тракторе должны быть надежно виброизолированы от фундамента стенда.

При измерениях необходимо учитывать влияние шу­ мового фона (помех) от приводов, тормозов и другого оборудования стендов. Измерения допустимы, если уро­ вень звукового давления в интересуемом диапазоне частот суммарного шума, создаваемого источником и помехами, превышает уровень помех не менее чем на- 4 дб. В случаях, если разница уровней измеряемого шу­ ма и фона менее 10 дб, в результаты измерений вносится поправка. Величина поправки, вычитаемой из суммарно­ го уровня, может быть определена по номограмме, при­ веденной на рис. 9, которая отображает закон энергети­ ческого суммирования уровней звукового давления.

Предпочтительными для акустических измерений и абсолютной оценки шума источников являются условия свободного звукового поля, или заглушенные камеры. Однако такие условия не всегда выполнимы, поэтому измерения часто проводятся в обычных помещениях в поле прямых звуковых волн, излучаемых источником. Допустимая зона измерений вокруг источника, в которой

25

прямой звук преобладает над отраженным, зависит от объема помещения и определяется из выражения [44]

где г — расстояние от источника до точки измерения, ж; V — объем помещения, ж3.

Зона измерений может быть расширена, если умень­ шить отражение звука от стен помещения, установив на них звукопоглощающие облицовки.

В условиях обычных помещений достаточного объема на практике может успешно проводиться сравнительная оценка различных мероприятий по борьбе с шумами и т. п. При измерениях необходимо выполнять требова­ ние к расположению микрофонов — расстояние от них до стен помещения и его углов соответственно должно быть не менее 1 и 2 ж (ГОСТ 11870—66).

При дифференциации сложных источников, таких, как двигатель со всеми его механизмами и системами, на составляющие простые источники и определении их аку­ стических характеристик применяются различные мето­ ды. Так, например, шумы, создаваемые кривошипно­ шатунным и клапанными механизмами, шестернями рас­ пределения, агрегатами системы питания и смазки, определяются при их поочередной прокрутке от электро­ мотора.

К оценке шумовых характеристик механизмов, кото­ рые определены при прокрутке от электромотора, следует подходить с определенной осторожностью, так как ха­ рактер действующих сил и характер излучения в реаль­ ных условиях работы механизмов могут отличаться. Это прежде всего относится к кривошипно-шатунному меха­ низму, поэтому по результатам измерений шума при прокрутке может быть сделана только ориентировочная оценка его излучений. Для приближения условий работы других механизмов к реальным их прокрутку следует производить непосредственно на двигателе. Привод мо­ жет осуществляться через коленчатый вал, при этом шатунно-поршневые комплекты демонтируются, а в ка­ налы подачи масла к шатунным подшипникам ставятся заглушки. Для смазки механизмов в процессе таких испытаний целесообразно применять дополнительный

26

масляный насос с приводом от электродвигателя, кото­

цессов впуска и выпуска, не являющихся агрегатами двигателя, измерения и спектральный анализ шума про­ водятся в непосредственной близости от впускных и вы­ пускных отверстий (см. рис. 6), а шумовой фон в точке измерений (в данном случае шум остальных источников) определяется на том же режиме после исключения ис­ следуемого источника. Это осуществляется путем забора воздуха и отвода отработавших газов через специальные трубопроводы. Для уменьшения шумового фона от ос­ тальных источников последние могут закрываться зву­ коизолирующими кожухами.

Подобный метод анализа шума вблизи источника применяется и в других случаях, например для определе­ ния звуковых излучений отдельными агрегатами, участ­ ками поверхностей корпусных деталей двигателей и силовых передач. При этом для уменьшения влияния шумового фона от остальных источников можно исполь­ зовать специальные экраны, выполняемые в виде рупоров [76].

При анализе влияния основных источников шума на тракторе на характеристики внешнего шума, шума на рабочем месте и их классификации по диапазонам частот на практике хорошие результаты дает метод последова­ тельного исключения источников, а также метод опреде­ ления взаимной корреляции акустических сигналов. В первом случае влияние источника оценивается по изме­ нению уровней звукового давления в полосах частот шу­ ма в интересуемой точке звукового поля после его исключения — забор воздуха и отвод газов через трубо­ проводы (исключение аэродинамического шума впуска и выпуска), отключение вентилятора, работа на тормоз­ ном стенде с загрузкой двигателя через вал отбора мощ­ ности и работа трактора с той же загрузкой двигателя в движении (исключение трансмиссии). Во втором случае количественная связь между шумом источника и шумом в интересуемой точке звукового поля трактора в опреде­ ленном диапазоне частот оценивается по значениям нор­ мированной функции взаимной корреляции обоих сиг­ налов.

27

Здесь /?і(0) и /^2 (0 ) — автокорреляционные функции (12) исследуемых процессов.

Если источник полностью определяет шум в интере­ суемой точке звукового поля, то нормированная функ­ ция взаимной корреляции имеет максимум, равный 1. В остальных случаях ее значение меньше единицы, а аб­ солютная величина характеризует относительное содер­ жание звуковой энергии источника в общем шуме. Прак­ тическое определение функции взаимной корреляции акустических процессов осуществляется с помощью корреляторов (см. блок-схемы на рис. 3).

4. Акустические характеристики тракторов

Внешний шум тракторов. Внешний шум технически исправного трактора характеризует степень совершен­ ства его конструкции и эффективность примененных средств по уменьшению шума источников. Уровни внеш­ него шума во многом зависят от режима работы тракто­ ра, поэтому только измерения, проведенные по единой методике, позволяют сравнивать разные тракторы по из­ лучаемому шуму и оценивать соответствие шумовых ха­ рактеристик предъявляемым требованиям.

Результаты измерений внешнего шума отечественных и зарубежных [78] колесных тракторов по общеприня­ той методике для транспортных средств приведены в табл. 3. Из таблицы видно, что тракторы с дизельными двигателями мощностью 29—64 кВт при разгоне на транс­ портных передачах по уровням шума, за резким исклю­ чением, укладываются в пределы 85—90 дбА, при этом более шумными являются тракторы с мощными двига-

28

Т а б л и ц а 3

Внешний шум пропашных сельскохозяйственных тракторов на расстоянии 7,5 м при разгоне на транспортной передаче

П р и м е ч а н и е . Все отечественные тракторы испытывались с унифицированным глушителем-искрогасителем конструкции ММЗБИМСХ.

телями. Отечественные пропашные тракторы, оборудо­ ванные унифицированными глушителями-искрогасителя­ ми, по показателю внешнего шума находятся на уровне зарубежных образцов тракторов одинаковой энергона­ сыщенности.

Уровень внешнего шума тракторов при установив­ шихся режимах работы на транспорте обычно не превы­ шает уровней, определенных на режимах разгона. В этих условиях на его величину основное влияние оказывает скоростной режим работы двигателя и нагрузка. Шум силовой передачи существенного влияния на уровень внешнего шума трактора по шкале А не оказывает, так как передаваемая ею мощность и излучаемый шум при работе на транспорте обычно не велики.

На рис. 10 представлены октавные спектры внешнего шума тракторов при установившемся движении с гру­ женым прицепом, позволяющие судить о распределении излучаемой звуковой энергии по частотному диапазону.

29