34. Источники (возбудители) шума и вибраций по. Хараектеристики и единицы измерений.

Основные источники вибрации и шума

1. Механические источники:

1) удар (наиболее распространённый источник): удар при резании металлов многолезвийным инструментом (пила, фреза), удар происходит в начале резания; удар в зазорах механических передач; удары в машинах ударного действия – прессах, ножницах (гильотинных);

2) трение, например, трение по задней поверхности режущего инструмента; трение в механических передачах из-за отсутствия смазки; люфты; зазоры в механических передачах;

3) специальные механизмы, которые превращают вращательное движение в поступательное, то есть когда некоторые части работают с ускорением, например, кривошипно-шатунный механизм, кулисные и другие механизмы;

4) высокий износ деталей в механических передачах, который возникает из-за больших зазоров.

2. Электромагнитные источники – это такие источники, в которых величина электромагнитного поля меняется или по величине, или по напряжению.

Изменение электромагнитного поля вызывают колебания механических сердечников-металлопроводов, что является источником звуковых колебаний или вибраций.

3. Пневматические и гидравлические источники.

Основным источником является турбулентное истечение жидкости или газа, которое сопровождается переменой давления, а это сопровождается ударом. В ламинарном потоке источника шума и вибрации нет.

4. Электроразрядные источники вибрации и шума. В начале электрического разряда температура достигает нескольких десятков тысяч градусов, происходит расширение со скоростью взрыва, это приводит к колебанию воздуха за счёт коэффициента объёмного расширения.

Выделяют следующие основные характеристики вибрации:

• частота f, Гц – количество колебаний в секунду;

• амплитуда А, м (мм) – максимальное смещение колеблющейся точки от положения равновесия;

• вибрационная скорость V, м/с – максимальное значение скорости колеблющейся точки;

• вибрационное ускорение а, м/с² – максимальное значение ускорения колеблющейся точки;

• уровень виброскорости (вибрации) L_V, дБ.

Наиболее важные из них: частота f, уровень вибрации L_V.

Выделяют следующие основные характеристики шума:

• частота f, Гц;

• звуковое давление Р, Па;

• уровень звукового давления (уровень шума) L_Р, дБ.

Главные параметры: частота f, Гц (качественная характеристика) и уровень L, дБ (энергетическая характеристика).

Уровень шума определяется по формуле:

, дБ

где Р_Х – давление действующего шумового процесса, Па;

Р₀ – стандартное пороговое давление, Р₀ = 2·10^-5 Па.

Аналогом для примерного представления величины стандартного порогового давление Р₀ является шелест листвы в безветренную погоду, шум комара.

Шум относится к весьма актуальным проблемам (факторам) в металлообработке. Практически нет ни одного станка, уровень шума которого соответствовал бы нормам. Наиболее частое профессиональное заболевание работников данной сферы является потеря слуха.

35. Измерение и нормирование вибраций и шума

Для измерения вибраций и шума используются точные дорогостоящие приборы. Наиболее распространённый – ВШВ-003.

Цель измерения: получить фактические значения частоты, Гц, и уровня, дБ. Фактические значения сравнивают с предельно допустимыми нормами и делают заключение о необходимости каких-либо мероприятий.

Измерение вибраций производиться по следующей схеме (рисунок 5.1):

F₀ – возмущающая знакопеременная сила; 1 – индукционный датчик (главная часть прибора), закрепляется на измеряемом объекте с помощью болтов; 2 – электрический кабель; 3 – усилитель; 4 – фильтр; 5 – индикаторное устройство, показывает численное значение электрического сигнала на шкале, отградуированной в дБ; ВШВ-003 прибор для измерения вибраций и шума.

Индукционный датчик – это специальное устройство, преобразующее механические колебания в электрические сигналы.

Фильтр – это сложная часть прибора, он выделяет только ту часть электрического сигнала, которая соответствует выбранной частоте.

Измерения вибраций проводятся на следующих частотах:

f = 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125 Гц.

Для каждого значения записывается показание индикаторного прибора в дБ. Кроме того, составляется спектрограмма. Для этого используется две числовые оси.

Спектрограмма допустимых уровней виброскорости для общих вибраций представлена на рисунке 5.2.

1 – проведенные измерения; 2 – предельный спектр.

Наибольшая вибрация на частоте f = 16 Гц.

Измерение шума производиться по следующей схеме (рисунок 5.3):

F₀ – возмущающая знакопеременная сила; 1 – микрофон (очень чувствительный); 2 – электрический кабель; 3 – усилитель; 4 – фильтр; 5 – индикаторное устройство, показывает численное значение электрического сигнала на шкале, отградуированной в дБ.

Измерения шума проводятся на следующих частотах:

f = 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Существуют следующие способы нормирования шума:

1. предельно-допустимый эквивалентный уровень шума – это некоторая интегральная величина переменного и импульсного шума, которая вычисляется в течение установленного промежутка или отрезка времени; существует норма эквивалентного уровня шума L_ЭКВ, дБ – это стандартная норма; ее величина зависит только от вида работы, например: работа в цехе, работа в библиотеке, работа на вычислительном центре;

2. для нормирования некоторого фиксированного уровня шума в течение короткого периода времени существуют нормы предельного спектра шума, которые отличаются тем, что для каждой стандартной частоты установлен некоторый предельно допустимый уровень шума.

Спектрограмма допустимых уровней звукового давления представлена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 – Спектрограмма допустимых уровней звукового

давления

Фактические уровни шума превышают норму на частоте 125 Гц на 6 дБ, на частоте 500 Гц – на 15 дБ, на частоте 2000 Гц – на 5 дБ, на частоте 8000 Гц – на 3 дБ.

Шум от металлообрабатывающего оборудования, как правило, превышает допустимые нормы на высоких частотах, превышающих 1000 Гц.

Предельно-допустимые нормы для вибрации представлены в ГОСТ 12.1.012 «Вибрация. Гигиенические нормы». ГОСТ 12.1.003 «Шум. Гигиенические нормы».

36. Шумоизоляция и шумопоглащение. Принцип действия. Расчет.

Схема воздействия шума на человека в помещении (передача шума) представлена на рисунке 5.5.

ИШ – источник шума; РТ – расчетная точка (или потребитель шума); L_ПР – прямой шум; L_ОТР – отражённое воздействие шума.

Существует два способа снижения шума.

1. Шумопоглощение (шумопоглощающее покрытие).

Стены и потолок покрываются шумопоглащающим покрытием, не отражающим шум, например, хлопчатобумажными шторами, ковровыми покрытиями, специальной штукатуркой. Данный способ позволяет снизить шум на 12 дБ.

Для устранения отраженного шума применяется акустическая обработка помещения (самопоглощение).

Эффективность акустической обработки помещения часто недостаточна, так как с помощью этого метода можно снизить шум на 15 дБ.

2. Шумоизоляция (шумоизолирующие перегородки).

При использовании шумоизолирующей перегородки передача шума в соседнее помещение происходит следующим образом: звуковая волна, достигая передней поверхности преграды в большей части, отражается в обратном направлении. Эффективность отражения тем больше, чем выше качество поверхности. Меньшая часть звуковой волны приводит преграду в колебательное движение. Наружная поверхность преграды является источником звуковых колебаний в соседнее помещение. Часть энергии звуковой волны затрачивается на «раскачивание» преграды. При этом эта энергия расходуется, переходит в тепловую энергию преграды. Этот расход энергии тем больше, чем масса преграды.

Максимальная эффективность шумоизоляции достигает дБ.

Эффективность шумоизоляции зависит от массы и числа слоёв преграды. Это объясняется тем, что снижение энергии колебаний, как правило, происходит на границе сред с различной плотностью (воздух-стекло, стекло-воздух).

Шумопоглощающие устройства в станке: корпусные части станка, ограждения режущего инструмента и рабочих органов.

Расчёт эффективности однослойного шумоизолирующего ограждения

Цель расчёта: определить толщину ограждения S, м, при которой уровень шума в расчетной точке не превышает допустимой нормы.

. (5.3)

Порядок расчёта:

1. измерить частоту f, Гц, и уровень шума L_Р, дБ, в расчётной точке без применения шумоизоляции;

2. для измеренных частот определить допустимое значение шума по ГОСТ 12.1.003;

3. методом сравнения L_Р и L_Д определить требуемое снижение шума для каждой стандартной частоты по формуле:

; (5.4)

4. выбрать вид материала ограждения, и по виду этого материала выбрать плотность ρ, кг/м³;

5. разработать расчетную схему;

6. Из формулы

, (5.5)

где ∆L – расчётная эффективность, дБ;

р – поверхностная плотность ограждения (масса одного квадратного метра ограждения), кг/м²;

f – частота, Гц;

с – константа, которая зависит от вида материала,

определить р для каждой стандартной частоты;

7. определить требуемую толщину ограждения по формуле:

, (5.6)

где р_р – требуемая расчётная поверхностная плотность для каждой частоты;

8. методом сравнения выбрать максимальное значение толщины.

Справочные данные представлены в учебнике Белов С.В. «Средства защиты в машиностроении. Расчёт и проектирование».

Расчет акустической обработки помещения (расчет шумопоглащения)

Цель: выбрать материал для шумопоглащения (для покрытия стен и потолка) и определить площадь F, м², при которой уровень шума в расчетной точке не превышает допустимую норму.

Порядок расчёта:

по пунктам 1, 2, 3 расчет аналогичен расчету шумопоглащающего ограждения;

4. выбрать материал для шумопоглащающей облицовки (поролон) и коэффициент шумопоглащения α_М по справочнику;

5. из формулы

, (5.7)

где F₀ – площадь всех поверхностей в помещении (пол, потолок, стены);

α_М – коэффициент шемопоглащения;

α₀ – коэффициент шемопоглащения исходного материала,

определить площадь.

Возможны три варианта ответа:

1) F_X < F₀

2) F_X = F₀

3) F_X > F₀

Данный метод снижения шума имеет применение, если F_X < F₀.