8.4. Организационно-технические методы защиты от шума, инфразвука, ультразвука и вибрации. Классификация методов и средств снижения шума

При разработке технологических процессов, проектировании и эксплуатации машин, производственных зданий и сооружений, а также при организации рабочего места следует принимать все необходимые меры по снижению шума. Методы и средства борьбы с шумом по отноше­нию к защищаемому объекту подразделяются на методы и средства коллек­тивной защиты и средства индивидуальной защиты. [3]

Средства коллективной защиты подразделяются на: средства, сни­жающие шум в источнике его возникновения и средства, снижающие шум на пути его распространения.

Средства, снижающие шум в источнике его возникновения, в зави­симости от характера шумообразования, подразделяются на средства, снижающие шум магнитного и аэродинамического происхождения.

Средства, снижающие шум на пути его распространения, в зависи­мости от среды, подразделяются на средства, снижающие передачу воз­душного и структурного шумов.

Методы защиты от шума подразделяются на пассивные, в которых не используются дополнительные источники энергии, и активные, в ко­торых используются дополнительные источники энергии. [3]

Акустические средства защиты от шума в зависимости от принципа действия подразделяются на средства звукопоглощения, звукоизоляции, вибродемпфирования, виброизодяции и глушители аэродинамического шума.

Мероприятия по снижению шума как на стадии проектирования, так и на производстве определяются на основе предварительных расчетов и экспериментов. Для того, чтобы правильно выбрать метод снижения шума, необходимо: выявить источники шума и определить их спект­ральные характеристики; определить точки в рабочих помещениях или на территории предприятия, для которых проводится снижение шума (так называемые расчетные точки); определить допустимые уровни шу­ма с учетом характера производства; определить пути прохождения шу­ма до расчетной точки; рассчитать или измерить уровни шума в рас­четных точках, до осуществления мероприятия по борьбе с шумом.

Снижение шума в источнике

Наиболее эффективным способом снижения шума является устранение или сведение к минимуму звуковой энергии, излучаемой источником. При этом необ­ходимо прежде всего устранить причины, вызывающие акустические коле­бания корпуса машины или других конструкционных деталей.

Механический шум возможно снизить в результате уменьшения пере­менных во времени сил, возникающих в процессе работы механизмов. Это может быть достигнуто при устранении дисбаланса, возникающего в ре­зультате вращения или перемещения тела. При работе подшипниковых опор, шестерен, фрикционных тормозов и сцепления, зубчатых передач уровни шума могут быть снижены за счет уменьшения величины действую­щих переменных сил, уменьшением механического импеданса, сокращени­ем поверхности излучения или увеличением внутреннего трения материа­ла зубчатых колес и механизмов, установкой подшипников качения в упруго-демпферные опоры.

При работе прессового оборудования шум может быть уменьшен за счет плавного включения пресса, применения скошенных штампов, сокра­щения пути свободного перемещения деталей, замены металлических де­талей пластмассовыми или облицовкой их вибродемпфирующими покрытиями.

Шум магнитного происхождения может быть уменьшен за счет осуще­ствления нормального режима работы электрических машин, устранения перегрузки напряжения питания, дефектов в подшипниках, коллекторах и щеточной аппаратуре. При проектировании асинхронных двигателей для снижения магнитных шумов необходимо правильно выбирать соотно­шения числа пазов статора и ротора, следить за тем, чтобы частоты магнитных силовых волн значительно отличались от частот собствен­ных колебаний. Кроме этого, для снижения магнитного шума следует уменьшить индукцию в воздушных зазорах, а также выбирать максималь­но возможные величины воздушных зазоров.

Аэродинамический шум, характерный для оконных, крышных, обду­вающих вентиляторов, ротационных воздуходувок и др. агрегатов, яв­ляющихся источниками шума вращения и вихревого шума, в трактах кото­рых образуются отрывные течения и наблюдаются неоднородность пото­ков, может быть уменьшен за счет увеличения диаметров лопаточных колес и снижения окружных скоростей при сохранении требуемой про­изводительности. Это приводит к уменьшению доли средних и высоких частот в общем спектре. Снижение вихревого шума достигается за счет рационального профилирования лопаток с использованием теории прост­ранственных решеток. Снижению шума способствует рациональный выбор геометрических параметров, таких, как относительный диаметр входа в колесо или диаметр втулки, количество и изгиб лопаток, угол установки, густота решеток и т.д.

Снижение шума на 6-10 дБ может быть достигнуто за счет облицовки корпуса вентилято­ров звукопоглотителями.

Значительные уровни шума создают компрессорные установки различ­ных типов как в машинных залах, так и на окружающей их территории. Основными источниками шума являются всасывающий тракт и система пере­пуска сжатого воздуха. Поэтому на всасывающих и выхлопных воздухово­дах необходимо устанавливать аэродинамические глушители шума. Компрессорные станции целесообразно размещать отдельно на территории предприятия, предусматривая их повышенную звукоизоляцию. Для защи­ты обслуживающего персонала на станциях предусматриваются кабины наблюдения и дистанционного управления.

Звукопоглощение. Звукопоглощением называется способность материалов уменьшать интенсивность отраженных ими акустических волн за счет диссипации энергии падающей волны. Поглощение звуковой энергии может иметь раз­личную природу. При этом происходит трансформация одного вида энер­гии в другой. Так, в пористых материалах рассеяние акустической эне­ргии обусловлено вязкостным сопротивлением, вызывающим превращение звуковой энергии в тепловую. В волокнистых материалах происходит пре­образование акустической энергии в механические колебания волокон.

Практически представляет интерес определить отраженную и погло­щенную составляющие акустической энергии у поверхности звукопоглоща­ющего материала, т.е. на границе раздела двух сред. [2]

Для оценки отражающих свойств материалов используется коэффици­ент отражения, который определяется отношением акустической энер­гии отраженной и падающей волн и выражается зависимостью

(8.31)

Для оценки поглощающих свойств материалов используется коэффици­ент поглощения, который определяется отношением акустической энер­гии, прошедшей в материал, к энергии падающей волны

(8.32)

Акустической характеристикой звукопоглощающего материала назы­вается частотное распределение коэффициента звукопоглощения d(f), которое рассчитывается или определяется экспериментальным путем.

Эффективность звукопоглощающей облицовки помещения определяется с помощью среднего коэффициента звукопоглощения ограждающих помеще­ние поверхностей со звукопоглощающими облицовками и конструкциями d_ср, который находится по формуле

, (8.33)

где d₀ - средний коэффициент звукопоглощения ограждающих помещение поверхностей до установки звукопоглощающих облицовок;

S_огр - общая площадь ограждающих помещение конструкций, м²;

S_обл - площадь, обли­цованная звукопоглотителем, м²;

А - величина звукопоглощения зву­копоглощающей облицовки, м²;

d_обл - коэффициент звукопоглощения обли­цовки;

А_обл - величина звукопоглощения, вносимого объемным элементом, м²;

n_об - число объемных элементов.

Величина звукопоглощения определяется по формуле

, (8.34)

где d_i - коэффициент звукопоглощения в октавных полосах частот;

к - количество различных облицовочных материалов, покрывающих соответствующие i площади помещения.

В настоящее время широко применяются следующие методы снижения шума звукопоглощением [7]:

- периферийное звукопоглощение;

- подвесные звукопоглощающие потолки;

- кулисные звукопоглощающие конструкции;

- объемные звукопоглотители.

Периферийное звукопоглощение предусматривает облицовку потолка и стен звукопоглощающими материалами и конструкциями.

Наиболее простыми в изготовлении и облицовке поверхностей поме­щений являются пористые материалы, которые изготавливаются на месте в виде звукопоглощающих штукатурок и покрытий. Наряду с ними, промышленностью выпускаются пористые поглотители в виде штучных изделий (плиток, панелей, блоков, рулонов, матов и т.д.). Волокнис­тые плиты изготавливаются из минераловатного, стеклянного или ас­бестового волокна на феноло-формальдегидном, битумном или крахма­льном связующем. Волокнисто-пористые материалы покрывают помещения, либо непосредственно укрепляя на потолке и стенах, либо с некоторым зазором между ограждающими помещение поверхностями. К таким мате­риалам относят маты из минеральной ваты, супертонкого базальтового волокна, ультратонкого стекловолокна и др. Коэффициент звукопогло­щения для таких материалов на средних и высоких частотах принимает значения d = 0,6-0,9.

Резонансные поглотители состоят из одиночных или многих резона­торов. Каждый резонатор является колебательной системой, имеющей собственную резонансную частоту. Максимальное поглощение достигает­ся в узком диапазоне частот, находящихся вокруг его собственной час­тоты. Обычно одиночные резонаторы практически не применяются, а ис­пользуются конструкции, состоящие из большого числа резонаторов, соединенных параллельно. Резонансные поглотители представляют собой перфорированную панель, со стороны крепления к стене подклеенную тканью.

Панельные поглотители (щитовые) представля­ют собой пленку, тонкие пластины фанеры, древесноволокнистых плит и др., расположенные на некотором расстоянии от стен или потолка. Инерционным элементом такой колебательной системы служит масса плен­ки или тонкой пластины, упругостью - упругость воздуха, находящего­ся между пленкой (пластиной) и стеной. Такие поглотители эффективны на низких частотах. [6]

Наряду со звукопоглощающими материалами в настоящее время широ­кое распространение получили звукопоглощающие конструкции. Такие кон­струкции отвечают основным требованиям, предъявляемым к строительным конструкциям. Они изготавливаются в несгораемом или трудносгораемом исполнении и представляют комбинацию различных типов поглотителей, гигиеничны, имеют привлекательный внешний вид. Для придания механи­ческой прочности и предотвращения разрушения волокнисто-пористого материала конструкции покрываются тонкими перфорированными металли­ческими листами. Схема размещения звукопоглощающей облицовки c перфо­рированным покрытием показана на рис. 8.7.

Подвесные потолки удобно использовать в помещениях с большой высотой, а также там, где на потолке установлены какие-либо ком­муникации или расположены системы вентиляции и кондиционирования воздуха (рис.8.8).

Кулисные звукопоглощающие конструкции представляют собой сово­купность множества элементов, у которых два размера значительно пре­восходят третий - его толщину. Определенным образом размещенные в пространстве помещения элементы образуют пространственную решетку, которую можно рассматривать как звукопоглощающую систему с разде­ленными параметрами. Элементы кулисной конструкции применяются как самостоятельно, так и в сочетании с другими средствами звукопогло­щения. Они изготавливаются из полужестких и жестких минераловатных плит с декоративным покрытием из стеклоткани. Примеры кулисных зву­копоглощающих конструкций показаны на рис.8.9.

Объемные звукопоглотители представляют собой геометрические те­ла, изготовленные из звукопоглощающих материалов, свободно под­вешенные в помещениях. На их акустическую эффективность оказывает влияние достаточно большое количество факторов, таких как многооб­разие форм, конструкций, вариантов расположения в производственном помещении, количество и линейные размеры. Примеры объемных звукопоглотителей представлены на рис. 8.10.

Выбор поглощающих материалов и конструкций зависит от величины требуемого снижения уровня шума L_тр в заданном диапазоне частот, который определяется как разность между фактическими значениями L и предельно допустимыми значениями L_доп уровней шума

(8.35)

Во всем нормируемом диапазоне частот необходимо обеспечить со­блюдение условия L_тр  L_обл, когда необходимое снижение уровня шума обеспечивается за счет звукопоглощающих облицовок L_обл определяется зависимостью

, (8.36)

где В₀ и В - постоянные помещения до и после установления звуко­поглощающих материалов и конструкций.

Исходя из того, что величины В₀ и В определяются по формулам и, где - величина звукопоглощения до установки звукопог­лощающих материалов и конструкций, зависимость (8.36) можно пред­ставить в следующем виде

, (8.37)

Применение звукопоглощающих материалов и конструкций основано на уменьшении отраженной звуковой энергии. При этом в зоне отражения звука, вдали от источника, снижение уровня шума составляет 8-10 др. При приближении к источнику шума такое уменьшение может составить всего 2-ЗдБ.

Звукоизоляция. Звукоизоляцией называется способность ограждающих конструкций снижать акустическую энергию на пути ее распространения. Звукоизолирующее действие конструкций конечной толщины, установленных на пути распространения звуковых волн, состоит в том, что они отражают значительную долю энергии, падающей на преграду. При этом определен­ная доля падающей энергии приводит ограждающую конструкцию в колеба­тельное движение. В результате чего сама конструкция становится источником звука, который она излучает в окружающее пространство. Однако излучаемая конструкцией звуковая энергия в сотни и тысячи раз меньше энергии падающих волн.

Оценку акустических свойств ограждающих конструкций производят с помощью коэффициента звукопроницаемости 

(8.38)

Звукоизолирующая способность ограждения от воздушного шума определяется как десять десятичных логарифмов величины, обратной коэффициенту звукопроницаемости, и измеряется в децибелах

(8.39)

Требуемая звукоизоляция помещения должна обеспечивать снижение шума на рабочих местах до допустимых уровней. Для этого рассчитыва­ются значения требуемой звукоизолирующей способности для каждого i-го типа ограждающей конструкции (остекление, часть стены и т.д.). Так, определение требуемых значений звукоизолирующей способности R_тр при передаче шума из помещения с источниками шума в смежное изоли­руемое помещение можно осуществить с помощью зависимости

, (8.40)

где - требуемая звукоизоляция однотипными i-ми ограждающими кон­струкциями в октавных полосах частот, дБ;

L_W - суммарный уровень зву­ковой мощности всех источников, дБ;

В_ш и В₀ - постоянные соответственно шумного и изолируемого помещений, м²; В₀ = 1 м²;

S_i - об­щая площадь однотипных i-x ограждающих конструкций, м²;

S₀ = 1 м²;

m - число разнотипных ограждающих конструкций.

Для обеспечения требуемой звукоизоляции используются звукоизо­лирующие конструкции. К таким конструкциям относятся:

1 - однослойные ограждения;

2 - многослойные ограждения;

3 - акустические экраны;

4 - кожухи.

1. Однослойные ограждения представляют собой конструкции, сос­тоящие из однородного материала одной толщины, которые могут рас­сматриваться как шарнирно-опертые по краям пластины, совершающие изгибные колебания.

При воздействии на однослойное ограждение колебательной энер­гии падающих звуковых волн в широком диапазоне частот можно выделить различные характерные диапазоны, при которых ограждение будет вести себя по-разному. Общий вид частотной характеристики звукоизолирую­щей способности однослойного ограждения показан на рис. 8.11.

Первый диапазон характеризуется областью низких частот. При этом преграда рассматривается как пластина, имеющая бесконечное множест­во частот собственных изгибных колебаний, которые определяются с помощью зависимости

, (8.41)

где h - толщина пластины;

C_n – скорость продольной волны в пластине;

a, b - размеры сторон пластины;

= 1,2,3... - целые числа, определяющие форму колебаний пластины.

Числа определяют количество полуволн, укладывающихся в пластине в двух перпендикулярных направлениях, соответствующих сто­ронам пластины. На низких частотах колебательное движение пластины зависит, главным образом, от жесткости. При совпадении вынужденных колебаний воздушного шума с собственными изгибными колебаниями пластины происходит усиление амплитуды колебаний системы, которое носит название резонанс. Поэтому первый диапазон, определяемый соб­ственными частотами ограждения, носит название области дискретных резонансов.

Второй диапазон характеризуется областью частот, в которой плас­тина рассматривается как система равномерно распределенных масс, не связанных между собой, каждая из которых независимо от других совер­шает колебательные движения под действием воздушного звука. Рассма­триваемый диапазон носит название области, управляемой законом масс. В этой области влияние жесткости преграды сказывается весьма слабо. Звукоизолирующая способность в пределах данной области определяется зависимостью

, (8.42)

где m₁ - масса одного квадратного метра ограждения, кг/м².

Третий диапазон характеризуется областью частот воздушного шума, при которых длина звуковой волны в воздухе меньше или равна длине вол­ны изгиба в пластине. При этом колебания в пластине распространяются в виде вынужденной волны изгиба. Если она оказывается равной длине собственной изгибной волны в пластине при той же частоте, то насту­пает интенсивный рост колебаний, который способствует прохождению на­ибольшей звуковой энергии через преграду. Это явление носит название волновое совпадение. Наименьшая частота, при которой наступает волно­вое совпадение, называется граничной частотой, которая определяется с помощью зависимости

, (8.43)

где с₁ - скорость продольной волны в пластине.

Диапазон частот между f_гр и 2f_гр называется областью волнового совпадения.

Четвертый диапазон характеризуется областью, в котором заметное влияние начинает оказывать цилиндрическая жесткость пластины и вну­треннее трение в материале, характеризуемое коэффициентом потерь. В этой области рост звукоизолирующей способности составляет 7,5 дБ при каждом удвоении частоты. Для четвертого диапазона характерным является интервал частот от 2 f_гр до 4 f_гр . В этом диапазоне звукоизолирующая способность ограждения определяется с помощью зави­симости

, (8.44)

где  - коэффициент потерь в материале пластины.

2. Многослойные ограждения представляют собой конструкции, сос­тоящие из нескольких жестких и упругих слоев, где упругим слоем мо­жет быть воздушная прослойка. В этом случае звукоизолирующая способ­ность приближенно может быть определена суммой значений звукоизолиру­ющей способности составляющих перегородок.

Частотную характеристику двухслойных пластин можно подразделить на две области.

Первая область характеризуется диапазоном низких частот до 300 Гц, когда действует закон масс и двухслойную преграду можно предс­тавить как однослойную пластину с поверхностной массой, равной сумме поверхностных масс двух пластин.

Вторая область, характерная для средних и высоких частот, когда суммируется звукоизолирующая способность каждой преграды.

3. Акустические экраны представляют собой пластины, жестко опер­тые не по всем краям. Использование акустических экранов целесообраз­но, когда в расчетной точке уровень звукового давления прямого звука от источника шума значительно выше, чем уровни звукового давления отраженного звука. Экраны изготавливают из стальных или алюминиевых листов толщиной 1,5-2 мм. При этом акустическую эффективность экра­нов можно существенно улучшить, если с одной или двух сторон облице­вать звукопоглощающими материалами. Акустическая эффек­тивность экранов заметно снижается при наличии поля отраженных зву­ковых волн от ограждающих поверхностей помещения при больших значе­ниях коэффициентов отражения последних.

4. Разновидностью акустических экранов являются звукоизолирующие кожухи, которыми плотно закрывают шумные механизмы и машины, лока­лизуя, таким образом, источник шума.

Снижение аэродинамического шума. Глушители аэродинамического шума предназначены для снижения до допустимых значений уровней шума в установках, использующих в каче­стве рабочего тела воздух либо другое газообразное тело. К таким ус­тановкам можно отнести вентиляторы, компрессоры, дизельные, газотур­бинные установки, пневмоинструменты и т.д. Глушители, наряду со снижением уровней шума, должны обеспечить движение воздуха или друго­го газообразного тела с минимальными гидравлическими потерями.

Глушители аэродинамического шума по принципу действия подразде­ляются на камерные, активные, реактивные и др. [2]

Камерные глушители представляют собой камеры расширения, линей­ные размеры которых больше половины длины звуковой волны. Они выпол­нены в виде расширяющегося канала, переходящего в камеру. В камерных глушителях использован принцип поглощения звуковой энергии слоями звукопоглощающего материала, расположенного по периметру внутри глу­шителя.

Снижение уровня шума камерным глушителем L_k, дБ определяется зависимостью

, (8.45)

где W₁ и W₂ - мощности источника и на выходе из камеры соответственно, Вт;

A_k - поглощение в камере, м²;

S_в - площадь выходного сечения канала, м².

Глушители активного типа представляют собой каналы, облицован­ные звукопоглощающими материалами. Принцип действия состоит в том, что распространяющаяся звуковая энергия рассеивается на периферии канала глушителя за счет вязкостного трения в пористых звукопоглощаю­щих материалах. Материалы облицовки выбираются в зависимости от харак­тера спектра. К наиболее распространенным материалам облицовки сле­дует отнести капроновое волокно, стеклянное волокно или шлаковую ва­ту, строительный или керамзитовый гравий и др. По форме глушители мо­гут быть прямоугольного и круглого сечений, а также пластинчатые.

Снижение уровня шума глушителями активного типа с каналами прямоугольного и круглого сечения, а также пластинчатыми можно опре­делить по формулам

; (8.46)

; (8.47)

, (8.48)

где П - периметр поперечного сечения канала;

l - длин

а канала;

S - площадь поперечного сечения канала;

d - диаметр канала;

a - расстояние между пластинами;

f() - условный коэффициент зву­копоглощения облицовки глушителей, зависящий от коэффициента звуко­поглощения материала (определяется в зависимости от коэффициента звукопоглощения материала  по таблице 8.2).

Таблица 8.2

	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
f()	0,1	0,2	0,35	0,5	0,65	0,9	1,2	1,6	2,0	4,0

Схема глушителя активного типа представлена на рис.8.12. В ка­честве материалов используются звукопоглощающие материалы, рассмот­ренные ранее.

Глушители реактивного типа представляют собой камеры расшире­ния, связанные с каналами. Такие глушители представляют собой акус­тические фильтры, которые способны пропускать одни частоты и сущест­венно подавлять другие. В глушителях реактивного типа поглощение зву­ка происходит вследствие инертности массы воздуха при резком изме­нении сечения каналов. Этот тип глушителей целесообразно применять при подавлении шума с ярко выраженными дискретными составляющими. Глушители могут содержать одну или несколько камер, соединенных меж­ду собой.

Снижение уровня шума однокамерными глушителями может быть опре­делено по формуле

, (8.49)

где F₁ и F₂ - площади сечения канала и камеры соответственно, м²;

к - волновое число;

l_k - длина камеры расширения, м.

Схемы однокамерного и двухкамерного реактивных глушителей пока­заны на рис. 8^13.

Акустическая эффективность глушителей реактивного типа тем боль­ше, чем больше число камер. Частотная характеристика такого глушите­ля определяется соотношением площадей F₁ и F₂, а также длиной камеры расширения l_к.

Виброизоляция. Виброизоляцией называется способность виброизоляторов препятст­вовать распространению колебательной энергии от работающей машины к строительным конструкциям. Целью виброизоляции механизмов являет­ся создание на пути распространения колебательной энергии условий, которые позволяют увеличить необратимые потери энергии и таким путем уменьшить долю энергии, передаваемой на конструкцию. Виброизоляторы представляют собой акустические фильтры, которые способны пропускать колебательную энергию в узких полосах частот, задерживая при этом пе­редачу энергии во всем остальном частотном диапазоне.

Колебательная энергия от работающих машин и механизмов передает­ся сопрягаемым с ними строительным конструкциям, вызывая вибрацию последних. Если вибрирующая поверхность имеет размеры, соизмеримые с половиной длины волны, и вибрации ее происходят со звуковой часто­той, то в воздухе возникает шум. Интенсивность шума при этом зависит от величины амплитуды и размера вибрирующих поверхностей. Для пре­дотвращения или уменьшения вибрации, передаваемой от работающей ма­шины к конструкции здания, машину устанавливают на виброизоляторы.

Акустическую эффективность амортизаторов оценивают с помощью виброизолирующей способности, ВИ, в дБ представляющей собой десять десятич­ных логарифмов величины, обратной модулю коэффициента динамичности.

, (8.50)

где - коэффициент динамичности;

- круговая частота вынужденных колебаний;

₀ - круговая частота собственных колебаний.

Из зависимости(8.50) видно, что амплитуда колебательной системы целиком зависит от соотношения частоты вынуждающей силы и собствен­ной частоты колебаний системы. При совпадении значений этих частот наступает явление резонанса и амплитуда системы резко возрастает.

На рис. 8.14 показана зависимость изменения значений К_Д при изменении соотношения вынужденной и собственной частот колебаний системы. Здесь  - коэффициент потерь.

Исходя из графика рис.8.14, можно выделить три характерные области.

Первая область характеризуется соотношением вынужденной и соб­ственной  < ₀. В этой области динамический прогиб мало отличается от статического и акустическая эффективность амортиза­торов незначительна.

Вторая область характеризуется близостью значений вынуждающей и собственной  ~ ₀. В этой области наблюдается раскачивание систе­мы до значительных амплитуд. В практике эта область является наиболее опасной для машин и механизмов, т.к. резонансные явления способству­ют повышенному износу и могут вызвать разрушение машины.

Третья область характеризуется соотношением значений вынуждающей и собственной частот зависимостью . в этой области амор­тизаторы обеспечивают наиболее эффективную защиту от вибрирующих ма­шин рабочих мест и строительных конструкций.

В настоящее время широкое распространение подучили следующие виды виброизоляции:

а) в виде отдельных опор:

- пружинные амортизаторы, состоящие из одной или нескольких пружин;

- резиновые или резинометаллические амортизаторы;

- гидравлические;

- пневматические (регулируемые);

б) в виде слоя упругого материала, расположенного между машиной и фундаментом;

в) в виде пола (изолированного фундамента) на упругом основании.

Конструктивно виброизоляторы выполняют в виде однозвенной, двухзвенной или трехзвенной схемы (рис.8.15)

При однозвенной схеме могут быть использованы опорный или под­весной варианты конструкции (рис.8.15а, б, в). Неподвижное основание, которое служит опорой, называется фундаментом.

Вибропоглощение. Вибропоглощением называется целенаправленное увеличение потерь колебательной энергии механических систем. Для этого колебательную систему снабжают вибропоглощающими материалами и конструкциями с целью преобразования колебательной энергии в тепловую. Акустический эффект вибропоглощения зависит как от динамических характеристик вибропоглощающих покрытий и конструкций, так и от собственного коэффи­циента потерь, свойственного самой машине (системе).

Для обеспечения вибропоглощения колебательная система дополня­ется поглощающим элементом, оказывающим сопротивление при колебате­льном смещении системы.

В практике эффективность вибропоглощения определяется по изме­нению виброскорости и до и после применения поглощающих мате­риалов и конструкций

(8.51)

Увеличение потерь колебательной энергии в системе может произ­водиться нанесением слоев упруго-вязких материалов, обладающих боль­шими потерями на внутреннее трение, а также использование поверхнос­тного трения.

Коэффициент потерь является не только мерой внутренних потерь энергии в твердых телах, но и мерой демпфирования при сочетании метал­лических конструкций с вибропоглощающими покрытиями. Величина коэф­фициента потерь пропорциональна той части энергии, которая в едини­цу времени рассеивается, превращаясь в тепло.

Наибольшая акустическая эффективность вибропоглощающих покрытий наблюдается на резонансных частотах несущей металлической конструкции. При этом эффект основан на введении дополнительного затухания в эле­менты конструкции.

Вибропоглощающие покрытия подразделяются на жесткие и мягкие. К жестким покрытиям относятся твердые пластмассы (часто с наполнителями) с динамическими модулями упругости, лежащими в диапазоне 10⁸-10⁹ Н/м². Действие этих покрытий обусловлено их деформациями вместе с рабочей поверхностью. Ввиду их жесткости они вызывают смещение нейтральной оси вибрирующего элемента машины-при колебаниях изгиба. Действие подобных покрытий проявляется на низких и средних частотах. Чем больше жесткость тем выше потери колебательной энергии. Жесткие покрытия могут быть однослойными и многослойными.

К мягким покрытиям относятся мягкие резины и пластмассы, битуминизированный войлок, мастики и др. с динамическим модулем упругости 10⁷ Н/м². Затухание колебаний металлических конструкций при нанесении та­ких покрытий обусловлено деформацией покрытия по его толщине. Поэтому мягкие покрытия эффективно могут быть использованы на высоких частотах.

Снижение локальной вибрации. Уровень локальной вибрации, например, при клепке достигает 120-130 дБ на среднегеометрической частоте октавной полосы 31,5 Га,. Виброзащита ударного ручного инструмента осуществ­ляется за счет жесткого соединения рукоятки вибромолотка с корпусом, внутри которого ударный узел перемещается на разрезных направляющих, что снижает трение, а следовательно, уменьшает передачу вибрации от ударного узла на рукоятку корпуса. Кроме этого, предусматриваются уплотнительные кольца,.между которыми устанавливается пружина, воспри­нимающая ударную нагрузку. Колебания ударного узла демпфируются воз­душной подушкой, заключенной между уплотнительными кольцами. Примене­ние описанного устройства позволяет снизить уровень вибрации ручного инструмента на 8-10 дБ. Если не удается обеспечить снижение вибрации до нормативных значений, то ограничивают время работы с вибрирующим инструментом.

Средства индивидуальной защиты от шума. Средства индивидуальной защити (СИЗ) предназначены для защиты слухового аппарата человека. По своей структуре СИЗ делятся на три вида: вкладыши, наушники, шлемы.

Вкладыши изготавливаются из мягких эластичных материалов: различ­ного волокна, резины или пластмассы и имеют небольшую массу (не бо­лее 2 г).

Наушники являются наиболее эффективным средством защиты, но в ряде случаев неудобны в эксплуатации из-за большой массы, неплотного прижима к околоушной полости, запотевания и раздражения кожи под наушниками при повышенной температуре.

Они достаточно эффективны как на средних, так и на высоких частотах.

Шлемы защищают не только слуховой аппарат, но и уменьшают воз­действие шума на кости черепа. Наибольший эффект достигается, когда применяются совместно шлемы и ушные вкладыши. В табл. 8.3 приведена эффективность различных типов СИЗ.

В условиях интенсивного шума используется антишумовой костюм, защищающий весь организм человека.

Рассмотренные СИЗ применяются для снижения воздействия шума в ультразвуковом диапазоне на частотах свыше 8000 Гц. В низкочастотном инфразвуковом диапазоне на частотах менее 20 Гц эти средства практи­чески не эффективны. В случаях, когда необходимы речевые восприятия, переговоры могут проводиться через телефоны, встроенные в наушники или шлемофоны. Для снятия эмоциональной нагрузки или раздражающего эффекта разрабатываются наушники с воспроизведением музыки через встроенные громкоговорители.

Таблица 8.3.

Типы СИЗ	Эффективность СИЗ, дБ, в частотных диапазонах, Гц
	20-100	100-800	800-8000	Свыше 8000
Вкладыши	5-20	20-35	30-40	30-40
Наушники	2-15	15-35	30-45	35-45
Наушники совместно с вкладышами	15-25	24-45	30-60	40-60
Шлемы	2-7	7-20	20-55	30-55
Космические шлемы	5-10	10-25	30-60	30-60

Для защиты рук от воздействия локальной вибрации применяются антивибрационные и виброгасящие рукавицы. Для уменьшения воздействия общей вибрации применяется спецобувь.

Активные методы защиты от шума и вибрации. Под активными методами компенсации звукового поля и вибрации понимается компенсация, при кото­рой происходит наложение специально, создаваемого излучателем вторичного звукового поля или вибрации на первичное поле, генерируемое источника­ми шума или вибраций, причем колебания вторичного и первичного поля находятся в противофазе. Термин "активные методы" означает, что для обеспечения компенсации звукового поля или вибрации расходуется допол­нительная энергия. К активным методам относятся следующие методы ком­пенсации.

1. Компенсация акустического поля, воспринимаемого ушами. Эта ком­пенсация достигается путем применения динамических наушников, в кото­рых происходит формирование вторичного, звукового поля со сдвигом фаз на 180 относительно первичного поля, регистрируемого микрофоном. В области низких частот можно обеспечить ослабление звука на 10 - 15 дБ.

2. Компенсация звукового поля, отраженного от внутренних поверхнос­тей помещения. Эта компенсация достигается за счет установки и приме­нения у внутренних поверхностей помещения системы микрофонов и излу­чателей, соединенных между собой усилителями и фазовращателями, с по­мощью которых формируется вторичное компенсирующее звуковое поле. Такая система получила название "Активный звукопоглотитель".

3. Компенсация звукового поля, излучаемого локальными источниками. Такая компенсация достигается за счет установки вокруг источника шума системы микрофонов, усилителей, фазовращателей и симметрично располо­женных громкоговорителей, генерирующих вторичное звуковое поле. За счет применения указанной системы можно добиться снижения уровня шума до 30 - 35 дБ.

4. Компенсация вибраций на пути распространения. Распространение ко­лебаний от вибрирующей машины в фундамент можно ограничить, если между машиной и фундаментом установить вибратор, развивающий динамическую си­лу, воздействующую на фундамент в противофазе по сравнению с вынуждаю­щей силой, действующей в результате работы вибрирующей машины.