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

В низкочастотной области спектров внешнего шума тракторов (октавы 63, 125 и 250 Гц) наиболее высокий уровень звукового давления наблюдается на основной частоте рабочего процесса двигателей и у гармонических составляющих низших порядков. Здесь обычно внешний шум трактора определяют источники шума аэродинами­ ческого происхождения — процессы выпуска, впуска (быстроходные дизели) и вентиляторы системы жидкост­

Рис. 10. Октавные спектры внешнего шума тракторов при устано­ вившемся движении с загруженным прицепом грузоподъемностью

6 т (г=7,5 м):

1- Z ET O R C R Y ST A L 80П ; 2—М ТЗ-80; З -М Т З -5 0

ного охлаждения. Кроме того, в этом диапазоне частот наиболее заметно проявляются вторичные шумы, излу­ чаемые различными элементами конструкции трактора в результате вибраций, вызываемых неуравновешенными силами инерции и газовыми силами в цилиндрах двига­ теля (переменной составляющей опрокидывающего мо­ мента). Однако основную долю звуковой энергии вносят источники шума аэродинамического происхождения, что подтверждается измерениями внешнего шума тракторов при снятых глушителях и воздушных фильтрах, а также при отводе отработавших газов и заборе воздуха через

специальные трубы.

Интенсивность низкочастотного шума трактора зави­ сит прежде всего от эффективности глушения шума про­ цессов выпуска и впуска. При этом следует отметить, что на основной частоте этих процессов часто наблюдается уменьшение уровня звукового давления в результате

30

интерференции звуковых волн и когерентности -обоих источников, т. е. взаимное глушение. Исключение одного из источников, например выпуск отработавших газов в специальную трубу, приводит не к уменьшению уровня звукового давления на основной частоте, а, наоборот, к повышению его на 2—3 дб. По этим же причинам у трак­ торов с быстроходными дизелями иногда наблюдается снижение уровней звукового давления на основной ча­ стоте процесса выпуска при увеличении нагрузки без изменения скоростного режима.

У пропашных тракторов с более мощными и скорост­ ными двигателями (рис. 10) во внешнем шуме отмечают­ ся высокие уровни звукового давления в октавных полосах 0,5; 1 и 2 кГц, которые определяют суммарный корректированный уровень шума. При эффективном глушении шума выпуска и впуска в этих октавах наибо­ лее проявляются шумы газодинамического и механиче­ ского происхождения, т. е. непосредственно двигателя и силовой передачи трактора (при больших нагрузках). Кроме того, у тракторов с двигателями воздушного охлаждения в этом диапазоне частот внешнего шума проявляется шум вентилятора системы воздушного ох­ лаждения (октавы 1 и 2 кГц).

В октавах 4 и 8 кГц уровень звукового давления внешнего шума трактора определяется обычно шумом процесса выпуска, а при его эффективном заглушении — механическими шумами. У тракторов с двигателями, оборудованными турбокомпрессором, часто наблюдается интенсивный шум в октавах 8 и 16 кГц, тогда как во внешнем шуме остальных тракторов уровень звукового давления в этих октавах сравнительно небольшой.

О влиянии нагрузочных режимов работы на излучае­ мый шум можно судить по графикам и третьоктавным спектрограммам, приведенным на рис. 11. Как видно из результатов испытаний, при увеличении нагрузки внеш­ ний шум трактора возрастает. Особенно заметно возра­ стает низкочастотный и высокочастотный (на частотах свыше 2 кГц) шум, который определяется шумом процес­ са выпуска.

Различные отклонения от технических условий и не­ исправности в ряде случаев приводят к изменению ха­ рактеристик излучаемого трактором шума. Так, напри­ мер, увеличение дисбаланса двигателя повышает шум в

31

шум в полосе спектра 1—2 кГц возрастает на 1,5—3 дб, а при неисправностях в топливоподающей системе одно­ го из цилиндров в спектре шума появляются составляю­ щие, кратные полуторной гармонике рабочего процес­ са — в таких случаях говорят: «двигатель троит». При наличии погрешностей в изготовлении и сборке зубчатых передач трансмиссии во внешнем шуме трактора появ ляются неприятные звуки (вой). Эти примеры свиде-

Рис. II. Уровни и спектры внешнего шума тракторов в зависимости от нагрузки при номинальном скоростном режиме (г = I м от дви­ гателя) :

а—уровни шума: / —трактор MT3-80 (двигатель Д-2Ю, я =2200 об/мин)-. 2—трак­ тор МТЗ-50 (Д-60, 1800 об/мин)-, 3—трактор МТЗ-50 (Д-50, 1700 об/мин), б—спек-

трограммы шума трактора МТЗ-50: /—номинальный режим; 2—мощность 50“о от максимальной; 3—холостой ход двигателя

32

тельствуют о возможностях оценки конструкции тракто­ ра и ее технического состояния по излучаемому шуму.

Шум на рабочем месте. Интенсивность шума на рабо­ чем месте тракториста зависит, с одной стороны, от ин­ тенсивности шума источников, а с другой — от акустиче­ ских качеств кабин. На пропашных сельскохозяйствен­ ных тракторах моделей 50-х и начала 60-х годов кабины выполнялись без учета акустических требований и пра­ ктически представляли собой усовершенствованный лег­ кий тент. При сравнительно низкой энергонасыщенностн это было приемлемо. Однако постепенное форсирование двигателей и увеличение рабочих скоростей привели к тому, что шумы в таких кабинах стали намного превы­ шать безопасные пределы и задача их уменьшения стала самой актуальной.

Акустические исследования на тракторах, начатые в начале 60-х годов, позволили внести в конструкцию кабин перспективных и более энергонасыщенных трак­ торов (МТЗ-80, ZETOR CRYSTAL 8011 и др.) измене­ ния, предназначенные уменьшить шум на рабочем месте. Кабины стали выполнять в виде единого узла, соединен­ ного с остовом трактора посредством виброизолирую­ щих амортизаторов.

В табл. 4 приведены значения уровней шума на рабо­ чем месте отечественных и зарубежных [75, 78] пропаш­ ных тракторов, оборудованных кабинами, а на рис. 12 — октавные спектры шума на рабочем месте. Измерения

33

во всех случаях проводились в закрытой кабине при ра­ боте трактора под нагрузкой.

Анализ результатов измерений показывает, что у большинства тракторов с кабинами шум на рабочем месте значительно превышает допустимый. Только у трактора МТЗ-80 с улучшенной кабиной спектр шума расположен вблизи предельного спектра № 80. У осталь­ ных.тракторов, особенно с жестко закрепленными каби-

/—Т-40; 2—МТЗ-50; 3—ZETOR CRYSTAL 801І; 4—МТЗ-80; 5—предельный спектр

№85; 6—№ 80

закрепленные на остове, концентрируют шум на рабочем месте. При открытых окнах, люках или дверцах, а также при полном демонтаже кабины с трактора шум на ра­ бочем месте (особенно на низких частотах) обычно уменьшается. Это говорит о том, что ограждения таких кабин (панели, стенки, стекла окон и т. п.) являются излучателями шума в результате вибраций, передавае­ мых им от остова трактора. Наиболее интенсивные вто­ ричные звуки излучаются при резонансных явлениях, когда частоты собственных колебаний ограждений, нахо­ дящихся обычно в пределах 30—300 Гц, совпадают с ин­

34

новки эффективных глушителей шума выпуска шум в кабине или вообще не уменьшается или в некоторых по­ лосах спектра уменьшается очень незначительно.

штриховая — стоянка, максимальные обороты

У тракторов с виброизолированными кабинами (МТЗ-80, ZETOR CRYSTAL 8011), несмотря на большую мощность и быстроходность двигателей, шум на рабочем месте имеет более низкие уровни (рис. 12). В отличие от конструкций с жестким креплением при открытых окнах, люках и дверцах виброизолйрованных кабин шум на рабочем месте возрастает (рис. 13, а), т. е. у этих кабин ограждения выполняют звукозащитные функции. При этом уровни шума на рабочем месте зависят, с одной стороны, от качества виброизоляции и звукоизолирую­ щих свойств кабины, а с другой — от интенсивности зву­ кового поля, создаваемого источниками шума на трак­ торе.

При эффективной виброизоляции кабин уровень шу­ ма на рабочем месте во многом зависит от величины заглушения шума процесса выпуска (рис. 13, б). После установки глушителей с высокими заглушающими свой­ ствами у мощных пропашных тракторов наибольшее пре­ вышение допустимых уровней звукового давления на рабочем месте наблюдается обычно в октавных полосах 0,5; 1 и 2 кГц. Уровни звукового давления в этих октавах

36

определяют величину суммарного корректированного уровня шума в дбА, и их уменьшение является одной из наиболее важных задач.

Влияние режимов работы трактора (двигателя) на шум в кабине показано на рис. 14. Увеличение нагрузки, так же как и увеличение скоростного режима двигателя, вызывает повышение шума в кабине. У некоторых трак­ торов отмечается большая разница уровней шума в ка­ бине (до 5 дбА) при работе на разных передачах с оди­ наковой загрузкой двигателя вблизи номинала. Это свидетельствует о том, что у этих тракторов трансмиссия является одним из главных источников шума в кабине, а на отдельных передачах ее шум полностью определяет корректированный уровень шума на рабочем месте трак­ ториста.

Звуковые вибрации. На рис. 15, а приведен относи­ тельный спектр ускорения вибраций корпуса силовой пе­ редачи (остова), характерный для универсальных трак­ торов с 4-цилиндровыми дизельными двигателями. В низкочастотной области спектров выделяются дискрет­ ные гармонические составляющие, кратные частоте вра­ щения коленчатого вала, вызываемые неуравновешенны­ ми центробежными силами, силами инерции возвратно­ поступательно движущихся масс двигателя первого, второго и более высоких порядков, а также силами дав­ ления газов в цилиндрах. Наибольший уровень имеет составляющая на основной частоте изменения газовых и неуравновешенных сил инерции второго порядка, опре­ деляемой из выражений (1) и (2).

При распространении вибраций по элементам конст­ рукции трактора спектр их видоизменяется в зависимости от характеристик «канала». Например, как видно из сопоставления спектров на рис. 15, а и б, в спектре виб­ раций одной из панелей кабины из-за резонансных совпадений уровень составляющей ее вибраций на часто­ те вращения двигателя более развит, чем в спектре возмущающих колебаний.

Уровень низкочастотных вибраций корпуса двигателя и силовой передачи при прочих равных условиях во мно­ гом зависит от характеристик колебательной системы остова трактора (см. рис. 73) — массы двигателя, си­ ловой передачи, упругих характеристик их соединения между собой, а также податливости опорных связей

37

(подвески остова и пневматических шин). Основным эксплуатационным фактором, влияющим на уровень низкочастотных вибраций остова трактора, является скоростной режим работы двигателя — с увеличением частоты вращения уровни вибраций возрастают. Эта закономерность нарушается только в тех случаях, когда наблюдаются резонансные совпадения, т. е. уровень виб­ раций может быть более высоким при низкой частоте

вращения двигателя. На тракторах с теоретически урав­ новешенными двигателями более заметное влияние на уровень вибраций оказывает нагрузка, т. е. силы давле­ ния газов в цилиндрах.

Причинами возбуждения интенсивных составляющих в высокочастотной области спектра вибраций двигателяостова трактора (рис. 16) и соответствующего излучения воздушного шума являются импульсы давления при сго­ рании топлива в цилиндрах, ударные возмущения в дви­ гателе и возмущения при иересопряжении зубьев ше­ стерен.

38

Характер вибраций различного неактивного оборудо­ вания, например радиаторов, топливных и воздушных фильтров, стартеров и т. п., зависит от многих факторов. К ним прежде всего следует отнести способ установки и характеристику подвески на остове трактора и двигате­ ле. Как правило, наиболее высокие уровни вибраций имеет оборудование, у которого центр тяжести размещен на значительном расстоянии от места крепления (трубо-

Рис. І6. Спектрограммы уровня виброскорости (трактор МТЗ-80, ре­ жим максимальной мощности при торможении через вал отбора мощности):

/ —блока цилиндров двигателя; 2—корпуса силозой передачи

проводы, тяги, фильтры), а также при его консольном креплении. Самые большие уровни вибраций наблюда­ ются при резонансных совпадениях. Если такие совпа­ дения имеют место на рабочих скоростных режимах, они часто являются причинами усталостных поломок.

С точки зрения условий труда из всего вибрирующего оборудования на тракторах следует выделить органы управления и элементы кабины. Как уже отмечалось, при недостаточной виброзащите кабин и резонансных совпадениях при колебаниях ее элементов наблюдается увеличение уровней звукового давления на рабочем

месте.

В табл. 5 приведены пооктавные уровни виброскоро­ сти рулевого колеса и полика кабины, с которыми води­ тель находится в постоянном контакте во время работы. Сопоставление результатов измерений уровней вибро­ скорости с допустимыми значениями (см. табл. 2) пока­ зывает, что виброизоляция кабины и вместе с ней руле-

39