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

шума более плавные процессы возмущения являются предпочтительными.

Воздействовать на акустические излучения источни­ ков при фрикционном возмущении можно путем умень­ шения относительных скоростей, сил трения и их неодно­ родности.

Акустическая активность конструкции источника, под­ вергающейся воздействию со стороны возмущающих сил, зависит от многих ее параметров: спектра резонанс­ ных частот, размеров активных (излучающих) поверх­ ностей, массы и свойства материала конструкции рас­ сеивать и поглощать энергию колебаний, способа и места установки источника, места приложения возмущающих сил. К основным принципам уменьшения шума за счет влияния на акустическую активность конструкции можно отнести:

отстройку собственных (резонансных) частот колеба­ ний, присущих конструкции, т. е. смещение диапазона частот наиболее активной реакции конструкции с учетом характера спектра возмущающих сил;

увеличение поглощающих свойств конструкции вве­ дением дополнительного демпфирования;

уменьшение активных поверхностей конструкции; увеличение массы.

Несмотря на то что более массивные источники при тех же. возмущениях излучают менее интенсивный, шум (например, двигатели), увеличение массы для уменьше­ ния'шума не может быть признано рациональным. Выбор метода здесь, так же как и в других случаях, должен производиться из условия конкретных задач и имеющих­ ся возможностей с учетом прочих требований, предъяв­ ляемых к конструкции.

Принципы уменьшения шумов в каналах распростра­ нения. При распространении по каналам спектр акусти­ ческого сигнала претерпевает изменения, определяемые произведением передаточных функций участков канала (28). Изменение передаточных функций канала и его от­ дельных участков является одним из эффективных путей борьбы с шумами на тракторах.

Звуковая энергия на входе в канал равна сумме энергий отраженного звука 1% звука, поглощенного в ка­ нале, / з и звука, прошедшего через него, /4 , т. е.

h - h Jr h Jr U-

Разделив обе части равенства на І\, получим

или

где ß, а и k — соответственно коэффициенты отражения, поглощения и передачи энергии каналом.

Коэффицент отражения звука по давлению или по ко­ лебательной скорости при переходе из одного участка общего канала в другой

где 2 і= ріСі и г2=р2С2 — удельные акустические сопро­ тивления участков канала. Нетрудно видеть, что величи­ на отражения звука при переходе из одного участка канала в другой зависит от абсолютной величины отно­ шения (перепада) акустических сопротивлений этих уча­ стков канала.

Из выражения (30) следует, что коэффициент пере­ дачи звуковой энергии каналом тем меньше, чем больше коэффициенты отражения и поглощения. Иначе говоря, коэффициент передачи для каждого участка канала на­ ходится в прямой зависимости от его полного акустиче­ ского импеданса или механического, если рассматрива­

где Zx и Zy — соответственно активная и реактивная со­ ставляющие полного импеданса.

Активная составляющая полного импеданса характе­ ризует диссипацию энергии, или звуко- и вибропоглоще­ ние в канале (ЗП и ЛЯ), а реактивная — отражение энергии, или звуко- и виброизоляцию, обеспечиваемую

каналом (ЗИ и ВИ). Величина j = ) f —1 является операто­ ром поворота фазы.

82

Борьба с шумом на тракторах

Звукопоглощение

Рис. 42. Методы борьбы с шумом на тракторах

Таким образом, уменьшение шума может быть достиг­ нуто путем изменения акустического импеданса интере­ суемого канала, например, за счет выполнения в нем от­ дельных участков, обеспечивающих большой перепад акустических сопротивлений и соответственно увеличе­ ние коэффициента отражения. Примерами таких участ­ ков (элементов) в каналах распространения шума на тракторах могут служить звукоизолирующие кожухи и экраны, ограждения кабины, виброизолирующие аморти­ заторы, прокладки и т. п. Для снижения шума не менее существенными являются увеличение акустического импеданса канала и уменьшение коэффициента передачи путем отстройки резонансных (собственных) частот из диапазона, в котором расположены интенсивные частот­ ные составляющие шума источников, а также путем введения в канал дополнительных активных поглотите­ лей звуковой энергии.

! Одним из участков канала распространения шума обычно является воздушная среда. Например, канал распространения шума выпуска на рабочее место можно представить состоящим из следующих участков: воздух — ограждения кабины — воздух. Воздушная среда как канал распространения шума характеризуется ослабле­ нием звуковой энергии с увеличением его протяженности. При этом необходимо учитывать, что закон ослабления энергии при увеличении расстояния от источника для сферических, плоских и других видов звуковых волн не одинаков [54].

На рис. 42 представлена схема возможных методов уменьшения внешнего шума трактора и шума на рабо­ чем месте, вытекающих из предыдущего анализа. Выбор методов, подбор средств и разработка последовательно­ сти мероприятий должны производиться на основе клас­ сификационных рядов источников, составленных по результатам экспериментальных исследований или рас­ четов, устраняя в первую очередь главные причины по­ вышенного шума. Стремясь достигнуть желаемых харак­ теристик внешнего и внутреннего шума на тракторе путем согласованного корректирования характеристик источников и каналов распространения, необходимо учи­ тывать весь комплекс требований и специфические осо­ бенности конструкции как отдельных источников и кана­ лов, так и трактора в целом.

84

8. Основы инженерных акустических расчетов тракторов

В практике борьбы с шумом на тракторах как при доводке опытных конструкций, форсировании и модерни­ зации выпускаемых тракторов, так и в стадии проектиро­ вания новых моделей часто возникает необходимость аналитического определения акустических характеристик звукового поля — внешнего шума и шума на рабочем месте. В задачи расчетов входит определение требуемых величин уменьшения шума источников, характеристик заглушения шума в каналах распространения и их оптимального сочетания с целью получения заданных уровней внешнего шума трактора и шума на рабочем месте. По результатам расчетов производится предвари­ тельный выбор методов и средств влияния на характери­ стики источников и каналов, которые затем проверяются и уточняются экспериментальным путем в процессе за­ водских испытаний.

При доводке и модернизации существующих тракто­ ров могут быть выполнены более строгие акустические расчеты, так как исходные характеристики источников, включая направленность излучений и классификацион­ ные ряды, обычно известны или с достаточной точностью определяются экспериментальным путем. При выполне­ нии же расчетов в стадии проектирования эти характери­ стики также нужно рассчитывать. В таких случаях из-за множества факторов, влияющих на процессы излучения и распространения шума источников, которые в полной мере учесть не всегда возможно, приходится принимать ряд допущений. В результате расчеты получаются более приближенными.

В стадии проектирования для приближенных инже­ нерных расчетов звукового поля трактора и шума на ра­ бочем месте, создаваемого главными источниками (см. рис. 2), чаще всего приходится принимать следующие допущения:

все главные источники шума на тракторе являются некогерентными и ненаправленными излучателями нуле­ вого порядка, т. е. источниками центрально-симметрично­ го звукового поля;

у сложных источников шума механического проис­ хождения (двигатели, трансмиссии) излучателем явля­

85

ется условная пульсирующая сфера, центр которой рас­ положен в центре тяжести источника;

направленность звукового поля излучений трактора создается только в результате рассредоточения источни­ ков и наличия экранов;

источники излучают только сферические или полусфе­ рические звуковые волны.

Допущение о некогерентности источников часто на­ рушается для низкочастотных излучений таких источни­ ков, как процессы впуска и выпуска. В целом же эти упрощения дают возможность в ряде случае выполнять ориентировочные расчеты с достаточной для практиче­ ских целей точностью.

Рассмотрим вначале методы расчета характеристик внешнего шума и шума на рабочем месте при условии, что исходные характеристики шума источников — звуко­ вая мощность и направленность излучений заданы.

Расчет характеристик внешнего шума трактора. Уров­ ни звукового давления в каждой точке звукового поля трактора от разных источников складываются по закону

где Ls — суммарный уровень звукового давления в точке звукового поля трактора, дб; Li — уровень звукового дав­ ления, создаваемый в данной точке поля t-м источником, дб; п—число источников.

Уровень Li может быть рассчитан по известному уровню звуковой мощности источника (14) и направлен­ ности излучения (17)

где Lp. — уровень звуковой мощности і-го источника, дб; г — расстояние от центра измерительной поверхности

86

источника до данной точки поля, м; г0— опорный ради­

уровни звукового давления в интересуемой точке поля от каждого источника и выполнив суммирование по формуле (33), получим искомый суммарный уровень звукового давления L2. Расчет справедлив как для общих уровней шума, так и уровней звукового давления в полосах спект­ ра, например пооктавных уровней. В последнем случае

Рис. 43. К определению уменьшения уровнен звукового давления за экраном

звуковая мощность источника должна быть задана так­ же пооктавными уровнями.

Таким путем может быть рассчитан суммарный уро­ вень в точке оценки внешнего шума трактора, суммарные уровни прямого звука перед ограждениями кабины, а также уровни звукового давления в точках, расположен­ ных на полусфере над трактором, и по формулам (15) и (17) произведены расчеты уровней звуковой мощности трактора и показателей направленности его излучений. В тех случаях, когда на пути распространения шума от источников до интересуемой точки поля имеются препят­ ствия (экраны), необходимо учесть создаваемое ими ослабление звука в области тени. Величина ослабления А дб может быть ориентировочно определена по графику, приведенному на рис. 43. Значение К при этом подсчиты­ вается по формуле і[18]:

где / — частота звука, Гц; h — высота экрана, м; b — ширина экрана, м\ 1\ — расстояние от экрана до интере­

87

прямой, соединяющей центр измерительной поверхности источника с интересуемой точкой поля.

где [L] — допустимый уровень внешнего шума, дб; So — площадь измерительной поверхности, м2, при г0=1л<; п — количество источников, 'создающих внешний шум, превышающий по уровню или соизмеримый с допусти­ мым.

Если шум источника (пооктавные уровни) в точке оценки более чем на 6 дб ниже допустимого, он в расчет не принимается, т. е. п уменьшается на число таких ис­ точников.

От значений предельных уровней звуковой мощности источника легко перейти к значениям предельных уровней звукового давления в характерных точках поля источни­ ка, рассчитать величину необходимого заглушения шума.

Расчет характеристик шума на рабочем месте. Для тракторов без кабин расчет шума на рабочем месте ни­ чем не отличается от рассмотренного выше расчета внешнего шума. При наличии кабины шум на рабочем месте во многом зависит от ее акустических характери­

где /п — интенсивность звука, прошедшего через ограж­ дения кабины; / в — интенсивность звука, излучаемого в результате вибраций, передаваемых ограждениям каби­ ны от источников (вторичный шум); /р — интенсивность рассеянного в кабине звука в результате многократных отражений от внутренних поверхностей.

88

Таким образом, шум в кабине зависит от интенсив­ ности шума источников и звукоизолирующих свойств ограждений (Іп), виброизоляции кабины от источников (Iв) и величины поглощения звука при отражении от внутренних поверхностей (Іѵ). При расчете уровней шу­ ма в кабине будем считать / в = 0, т. е. кабина полностью виброизолирована.

Звуковая энергия, про­ ходящая через огражде­ ния кабины (рис. 44), рав­ на ZliSiTi, где и — интен­ сивность звука, падающе­ го на і-е ограждение (уча­ сток) , Si—его площадь, а ті — звукопроводность. При установившемся ди-

Рис. 44. Схема к расчету шума в кабине трактора

намическом режиме она равна энергии, поглощаемой в кабине: /каср52, где /к — интенсивность звука в кабине, а ctep и 5S — соответственно средний коэффициент погло­ щения внутренних поверхностей и их общая площадь, т. е.

= /каср^2 •

На основании этого равенства после соответствующих преобразований запишем выражение для расчета уровня звукового давления на рабочем месте

суммарный уровень звукового давления, падающего на і-е ограждение; Ri — звукоизолирующая способность і-го ограждения.

89