Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Нормативная база для оценки вибрационных характеристик конструкций. Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению 20.03.01 «Техносферная б
.pdf
передвижные (применяются в составе шумозащитного комплекса на
транспортных машинах);
дополнительные (используются как дополнительные элементы
шумозащитных конструкций, например звукоизолирующих капотов).
Каждый вид АЭ имеет свою специфику, связанную с конструктивным
исполнением и местом расположения.
Наибольшее распространение получили транспортные АЭ и экранирующие сооружения, используемые в десятках стран мира. Транспортный АЭ
можно определить как твердое звуконепроницаемое препятствие, которое
блокирует линию прямой видимости от источника звука до точки наблюдения и
создает акустическую тень (при этом шум в точке наблюдения уменьшается).
По конструктивному исполнению и достигаемому эффекту шумоглушения все АЭ и экранирующие сооружения можно свести к следующим классам:
1. плоские экраны-барьеры;
2. широкие экраны;
3. экраны-тоннели;
4. комбинированные экраны и сооружения.
Плоским (или тонким) называется АЭ, в котором дифракция происходит
на одной грани (рис. 3.1, а). Такие экраны (барьеры) в основном
изготавливаются высотой от 2 до 6 м. По форме или положению они могут
быть Г-образными, Т-образными, наклонными и др. Чем сложнее форма
свободного ребра плоского АЭ, тем он эффективнее.
Широким называется такой АЭ, проходя через который звук дифрагирует
на двух гранях (рис. 3.1, б). Поэтому эффективность широких АЭ при
одинаковой высоте выше, чем тонких.
а) б)
Рис. 3.1. Схема дифракции на тонком (а) и широком АЭ (б): 1 – источник шума
(ИШ); 2 – плоский (тонкий) АЭ; 3 – расчетная точка (РТ); 4 – опорная
поверхность; 5 – широкий АЭ; 6 – условная высота тонкого АЭ, который
образуется увеличением длины лучей на широком АЭ; А и В – расстояния от
края АЭ до ИШ и РТ соответственно; d и dl – расстояния между ИШ и РТ; –
угол дифракции на ребре АЭ (образованный направлениями луча от ИШ к
ребру АЭ и луча от ребра АЭ к РТ);
b – ширина АЭ
экp
31
Примером широких АЭ являются насыпи, земляные валы, здания и
5
другие сооружения. Высота широких АЭ, как правило, 2–3 м.
Если акустический экран имеет ширину 3
b м, он считается широким
экp
для любых рассматриваемых случаев; если 3
широким только на частотах, при которых
b м, то АЭ может считаться
экp
b
экp
.
АЭ-тоннели – сложные сооружения, в которых звук не проходит через
стенки, а дифрагирует на элементах входа и выхода, поэтому эффективность
АЭ-тоннеля зависит от его длины и звукоизоляции стен. Уменьшение звука на
входе и выходе из тоннеля достигается путем применения звукопоглощающей
облицовки.
Комбинированные АЭ применяются для достижения высокой эффективности снижения шума. Они могут состоять из плоских, Г-образных и прочих
экранов, которые усиливают действие друг друга. Комбинированные сооружения имеют различное конструктивное исполнение (в частности, это может быть
сочетание насыпи и плоского барьера) и более эффективны, чем каждый
отдельный элемент.
Физические принципы работы АЭ
Работа акустического экрана основана на нескольких принципах
акустической защиты, главными из которых являются отражение и поглощение
звука. Эффект шумоглушения с помощью АЭ достигается за счет образования
звуковой тени: за экраном звук снижен. Звуковая тень образуется вследствие
дифракции звука на свободном ребре АЭ.
Рис. 3.2. Схема расчета эффективности акустического экрана:
1 — источник шума (ИШ); 2 — АЭ; 3 — область звуковой тени; 4 — расчетная
точка (РТ); 5 — близко расположенная поверхность (отражающая или
поглощающая); А и В — расстояния от ребра АЭ до ИШ и РТ соответственно; d
— расстояние между ИШ и РТ
32
На рис. 3.2 приняты следующие обозначения:
пов
I и
пад
пов
I – соответственно
отр
интенсивности звука, падающего на поверхность перед АЭ и отраженного от
нее;
экр
I ,
пад
I , и
ïð
экр
I – интенсивности звука, падающего на АЭ, прошедшего
отр
через АЭ и отраженного от него;
I – интенсивность звука, дифрагирующего
диф
на свободном ребре АЭ; – угол дифракции на ребре АЭ.
Звуковая энергия на пути от источника шума к расчетной точке
перераспределяется и уменьшается в результате следующих процессов.
Сначала звук частично затухает, попадая на звукопоглощающую поверхность,
если таковая имеется (на рис. 3.2 – поверхность 5). Звуковая энергия, падающая
на АЭ, вычисляется следующим образом:
где
экр
под
– коэффициент звукопоглощения поверхности.
пов
пов
II
1 , (3.9)
под
пов
Звуковая энергия падает на физическую преграду – акустический экран.
Эта энергия частично проходит через экран, а частично поглощается им, если
он покрыт звукопоглощающей облицовкой, или отражается от него. Часть
звуковой энергии дифрагирует на свободном ребре АЭ. При этом, если экран
отражающий, то к падающей энергии добавляется энергия отраженного от АЭ
звука. Эти составляющие определяются коэффициентами звукопроницаемости
–
, звукопоглощения –
экр
и дифракции –
экр
экр
и выражаются следующим
диф
образом:
I
экр
экр
экр
пр
(3.10)
экр
I
пад
I
погл
(3.11)
экр
I
пад
I
диф
(3.12)
экр
I
пад
Звукоизоляцию более удобно выражать через коэффициент звукопроницаемости, который связан с ней соотношением
1
ЗИ (3.13)
экр
lg10
экр
Принципиальным является вопрос о соотношении прошедшей через АЭ и
дифрагирующей на АЭ энергии. По измерениям в акустических камерах,
которые выполняются с целью сертификации АЭ, известно, что для плоских
АЭ
ЗИ 28÷35 дБА. В то же время предельно возможная эффективность
экр
акустических экранов-барьеров не превышает 15÷18 дБА. Если вклад одного
канала (прохождение через АЭ) на 10 дБА ниже, чем вклад другого (дифракция
на ребре АЭ), то вклад первого может не учитываться. Акустический экран,
правильно спроектированный и установленный без щелей и проемов, всегда
обеспечит достаточно эффективную звукоизоляцию. Это означает, что
33
нецелесообразно стремиться к увеличению эффективности АЭ-барьера путем
1N
увеличения его толщины и массы.
Важным элементом в конструкции АЭ является звукопоглощающее
покрытие, располагаемое со стороны источника звука, которое заметно
повышает эффективность экрана.
Отраженная от АЭ звуковая энергия минимальна, когда коэффициент
звукопоглощения материала АЭ близок к единице. Дополнительная эффективность АЭ за счет применения покрытия с хорошим звукопоглощением зависит
от многих условий, но максимальное значение ее может достигать 4÷6 дБА.
Конструкции некоторых типов АЭ включают резонаторы Гельмгольца,
которые увеличивают эффективность на 1÷5 дБ на отдельных частотах в
низкочастотном диапазоне.
Изложенное выше приводит к выводу, что основной эффект применения
АЭ состоит в уменьшении доли дифрагирующего звука и создании зоны
акустической тени за экраном. В литературе [4, 5, 6, 7] существуют
многочисленные подходы к определению эффективности АЭ, базирующиеся на
оптико-дифракционной теории акустики. Обратимся к самому простому и,
пожалуй, наиболее известному подходу, предложенному японским ученым
З.Маекавой. Формула Маекавы, определяющая эффективность АЭ в области
чисел Френеля
, выглядит следующим образом
NL
экр
2010lg , (3.14)
где
N
2
dBA
, размеры А, В и d приведены на рис. 3.2.
Рис. 3.3. Снижение шума барьерами в функции N (по Маекаве)
Формула (3.14) показывает, что эффективность АЭ имеет частотнозависимый характер. С увеличением частоты эффективность АЭ возрастает, как
34
это показано на рис. 3.3. Анализируя формулу (3.14), можно видеть пути
повышения эффективности АЭ:
1. уменьшить расстояния от источника шума до АЭ и от АЭ до защищаемого объекта;
2. увеличить высоту и (или) длину АЭ.
Приближение АЭ к источнику – не всегда реализуемая мера. Например,
АЭ широко используется для снижения шума от подвижного состава
железнодорожного транспорта и автомобильных дорог. Основной путь
повышения эффективности АЭ, устанавливаемых, например, на автодорогах, –
это увеличение их высоты и протяженности.
Описание лабораторной установки
Установка для исследования
эффективности защиты от производственного
шума акустическими экранами состоит из
шумомера ОКТАВА-110А, источника звука
(генератор звуковых частот, динамик), набор
акустических экранов.
Российский шумомер – анализатор
спектра ОKTABA–110А отвечает всем
современным требованиям к приборам данного
типа и ни в чем не уступает зарубежным
аналогам. Основные его характеристики
показаны в табл. 3.1. Прибор имеет два режима
Рис. 3.4. Прецизионный
шумомер и анализатор
спектра ОКТАВА–110А.
Внешний вид шумомера с
установленным
микрофоном.
измерений: «Звук» и «Инфразвук». В режиме
«Звук» ОКТАВА–110А одновременно
выполняет функцию двух приборов:
интегрирующего шумомера 1 Класса (МЭК
60651/60804) и анализатора спектров 1 Класса
(МЭК 1260). Одновременно в реальном времени
измеряются общие (Лин) и корректированные
(А, С) уровни звука и уровни звукового
давления в октавных и 1/3-октавных полосах частот 25 Гц-16 кГц с
временными характеристиками S, F, I, a также эквивалентные (по энергии)
уровни.
В режиме «Инфразвук» прибор позволяет в реальном времени
одновременно видеть на экране октавный и l/3-октавный спектр 1,6 Гц – 20 Гц.
Результаты измерений можно сохранить в энергонезависимой памяти, а
впоследствии выдать опять на жидкокристаллический графический индикатор
или передать в компьютер по интерфейсу RS-232.
Питание прибора осуществляется от встроенной аккумуляторной батареи
или от сетевого блока питания. Для специальных приложений, требующих
35
проведения измерения вибрации, прибор ОКТАВА–110A может быть
доукомплектован вибродатчиком со специальным переходником.
Таблица 3.1
Технические характеристики прецизионного шумомера и анализатора спектра
ОКТАВА–110А
Режимы измерений Звук. Инфразвук.
Класс точности 1
Диапазон измерений
(с микрофоном 50 мВ/Па)
Линейный рабочий диапазон 80 дБ
Частотная коррекция А,С, Лиин (1 Гц – 20 кГц)
Частотный диапазон
Частотные фильтры
Измеряемые параметры
22–145 дБА (СКЗ) (4 поддиапазона с шагом 15 дБ)
1.6 Гц – 20 Гц (режим Инфразвук), 10 Гц – 20 кГц
(режим Звук)
⅓–октавные фильтры 1.6 Гц – 16 кГц
октавные фильтры 2 Гц – 16 кГц
Измерения проводятся одновременно во всех полосах
частот в реальном времени
«Режим Звук»: уровни звука L, Lmax, Lmin (S, F, I с
коррекцией А, С, Лин), Lэкв, Lпик, уровни звукового
давления в октавных и ⅓–октавных полосах частот в
диапазоне 20 Гц – 16 кГц.
Порядок выполнения работы
После ознакомления с теоретической частью работы, описанием
установки и устройством шумомера, студент ставит в известность об этом
преподавателя, и после проверки теоретических знаний при условии положительной оценки получает разрешение на выполнение экспериментальной
части.
Исследование акустической эффективности экрана.
1. Установить акустический экран на заданном расстоянии от микрофона
шумомера.
2. Выполнить измерение уровня шума и уровня звукового давления в
однооктавном спектре в расчётной точке помещения с экраном и без
экрана.
3. Вычислить эффективность акустического экрана в исследуемых
диапазонах.
4. Рассчитать теоретическое снижение уровня звука по формуле (3.14).
5. Результаты занести в протокол в табл. 3.2.
6. Сделать выводы по результатам работы.
36
Таблица 3.2
Протокол. Оценка акустической эффективности акустического экрана
Уровень звука
Однооктавный спектр, Гц. Уровень
звукового давления, дБ
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Корректированный
уровень звука, дБА
Без экрана
С экраном
Эффективность
АЭ
Теоретическая
эффективность
АЭ
Оформление отчета
Отчет составляется по установленной форме и должен содержать
следующие пункты:
цель работы;
краткую теоретическую часть с расчётными формулами;
условие задания;
решение с пояснениями и формулами, написанными в буквенном и
численном виде;
вывод.
Вопросы для самоконтроля
1. Назначение прибора ОКТАВА–101А.
2. Какие нормативные документы определяют методику измерения
уровня звуковой мощности в источнике?
3. Покажите формулу для определения корректированного уровня
звуковой мощности источника.
4. Какими параметрами характеризуется звуковая волна?
5. Что такое уровень звукового давления?
6. Понятия о звукоизоляции и звукопоглощении. Коэффициенты
звукопроницаемости, звукоизоляции и звукопоглощения.
7. Что такое акустический экран?
8. Как теоретически оценить акустическую эффективность экрана,
37
Заключение
Учебное пособие по дисциплинам «Управление техносферной безопасностью» и «Законодательство в БЖД» поможет студентам, обучающимся по
направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность», изучить методы и
способы защиты от вибрации в производственных условиях.
В учебном пособии излагаются вопросы теории вибрационных процессов,
указаны источники вибрации в производственных условиях. Рассмотрены
методы определения уровня вибрации. Показаны примеры обработки
экспериментальных данных для получения вибрационных показателей
работающего оборудования.
В библиографическом списке даны нормативные документы, определяющие вибрационную безопасность для работающего персонала предприятий.
38
ПРИЛОЖЕНИЕ
Система качественных и количественных показателей и
специфику элементов,
которая обеспечивает отсутствие неблагоприятного воздействия
оператора,
ельно сказывающиеся на его здоровье,
работоспособности, комфорте и других условиях трудовой и
социальной жизни и оцениваемые в соответствии с принятыми
гигиеническими, психофизиологическими, социальными и
Свойство машин и оборудования генерировать вибрацию,
Устройства, строительные и другие сооружения,
производственные объекты, влияющие на возникновение и
ра в
К ним относятся: фундаменты, основания, перекрытия, здания,
производственные помещения, промышленные площадки и
Количественный показатель вибрационной активности
анавливаемый и контролируемый для оценки ее
технических свойств с позиции обеспечения вибрационной
вибробезопасного ведения
Единый документ, устанавливающий для конкретных
и на работающих
(от отдельных рабочих мест до типовых ситуаций в отраслях),
полный комплекс правил, мероприятий исполнителей и
ответственности по обеспечению вибробезопасности труда в
технической,
Поверхности тела человека, воспринимающие массу корпуса в
Термины, применяемы в ГОСТ 12.1.012-2004
Термин Пояснение
Таблица П1
1. Вибрационная
безопасность труда
2. Неблагоприятное
воздействие вибрации на
организм человекаоператора
3. Вибрационная
нагрузка на оператора
4. Вибрационная
активность машин
(оборудования)
5. Элементы
производственной среды
(в вибробезопасности
труда)
характеристик труда и формирующих его
вибрации на организм человека-оператора
Проявления воздействия вибрации на человека-
отрицат
иными критериями
Количественный показатель условий труда человека-
оператора при воздействии на него вибрации
передаваемую в производственных условиях на человекаоператора и (или) поддерживающую конструкцию
передачу вибрации на рабочее место человека-операто
процессе труда.
зоны, пороги, агрофоны и т.п.
6. Вибрационная
характеристика
7. Регламент
работ
8. Опорные поверхности
тела человека
машины, уст
безопасности труда
производственных уст v ;i воздействия вибраци
соответствии с требованиями нормативнометодической и инструктивной документации
положении сидя (ягодицы) или стоя (ступни)
39
Термин Пояснение
ивная машина, конструкция, технология
изготовления и режимы работы которой обеспечивают
санитарные нормы вибрационной нагрузки на оператора при
всех предусмотренных условиях ее эксплуатации без
ы вне машины и
Разность логарифмических уровней или отношение
абсолютных значений спектральных или корректированных по
й вибрационной нагрузки на оператора в
конкретных производственных условиях и предельно
допустимых значений, установленных санитарными нормами
В случае применения машин, имеющих
оператора, показатель превышения может быть определен
сравнением ВХ этих машин с предельно допустимыми
значениями по санитарным нормам, соответствующим условиям
Профессии, связанная с условиями труда при воздействии на
оператора вибрации, при которой вибрационная
нагрузка на оператора превышает предельно допустимое
Положение
Положение
Номер опыта
100
300
10
1000
300
30
9. Вибробезопасная
машина (оборудование,
технологический процесс)
10. Показатель
превышения
вибрационной нагрузки
на оператора
Окончание табл. П1
Виброакт
использования методов и средств виброзащит
без ограничения времени применения машин в течение смены
частоте показателе
для этих условий, при длительности рабочей смены 8 ч.
При мечани е –
непосредственный контакт с телом (руками) человека-
контроля этих характеристик
11. Виброопасная
человека-
профессия
значение
Таблица П2
Результаты измерения виброскорости в мм/с прибором ВИП-2. Переключатель
рода работы находится в положении « smm »
Вари
ант
плоскости
измерения
виброскорости
1
Vx
Vy
Vz
Vx
переключате
ля «пределы
измерения»
10
30
1
100
1 2 3 4 5 6 7 8
1,8 2,1 2,2 1,5 2,7 1,8 2,3 1,2
1,7 1,4 1,3 2,0 2,5 1,2 1,7 0,7
1,7 1,4 2,0 1,7 2,3 1,9 3,0 1,2
1,3 1,2 1,5 1,7 1,9 1,3 0,9 1,4
30
2
Vy
Vz
3
2,4 1,0 1,5 2,0 1,5 1,6 1,9 1,1
1,4 1,3 1,2 2,2 2,0 1,6 1,4 1,9
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]