Экспериментальные исследования распределения вибраций элементов мотовозов

УДК 629.41: 625.032.435 + 06

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ МОТОВОЗОВ

И.А. Яицков

Приведены результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик элементов конструкций мотовозов, создаваемых на рабочих местах в кабинах машинистов, корпусов двигателей внутреннего сгорания, капотов, рамы при движении и неподвижной машине, что позволит определить спектральный состав вибраций и предложить инженерные решения системы шумо- и виброзащиты.

Ключевые слова: мотовозы, уровни вибраций, спектры, санитарные

нормы.

Создание и эксплуатация путевых транспортных машин повышенной мощности, в частности мотовозов, приводит к увеличению влияния виброакустических характеристик двигателей внутреннего сгорания и других виброактивных органов на работников локомотивных бригад мотовозов. Все это приводит к ухудшению условий труда работников локомотивных бригад и к виброакустическому воздействию на зону жилой застройки. Основными источниками виброакустического воздействия являются двигатель внутреннего сгорания, гидропередача и компрессор, которые размещаются на одной раме вместе с кабиной машиниста мотовоза. Для решения инженерной задачи по снижению виброакустических характеристик на рабочих местах локомотивных бригад мотовозов до санитарных норм следует определить закономерности распределения вибраций в соответствующих частотных диапазонах.

Уровень проведенных теоретических исследований виброакустических характеристик на рабочих местах локомотивных бригад и элементов конструкций электровозов, тепловозов, мотовозов достаточно высок [1-13]. С целью уточнения и подтверждения результатов проведенных теоретических исследований необходимо провести комплекс экспериментальных исследований виброакустических характеристик на рабочих местах локомотивных бригад мотовозов.

Анализ виброакустических характеристик, влияющих на локомотивные бригады, выполнен на примере мотовозов МПТ-6 исп.2 и МПТ-6 исп.4. Выбор этих машин в качестве объектов исследования объясняется характерными особенностями их компоновок. В частности, мотовоз МПТ-6 исп.2 имеет две кабины (рис. 1) и съемную мастерскую, мастерскую с набором станков и инструментов (рис. 2), а мотовоз МПТ-6 исп.4 (рис. 3) оснащен кабиной большого габарита для перевозки рабочих бригад и повышенную площадь остекления, которая составляет 45...55 % площади боковых, средней и задней панелей.

Рис. 1. Мотовоз МПТ-6 исп.2

Рис. 2. Слесарная мастерская и кабина мотовоза МПТ-6 исп.2

Результаты измерений уровней звука и вибраций на рабочих местах локомотивных бригад мотовозов приведены в табл.1.

Как видно из полученных данных, только виброакустические характеристики значительно превышают предельно-допустимые величины.

Уровни вибраций измерялись на капоте двигателя внутреннего сгорания, на лапах двигателя внутреннего сгорания, на раме под двигателем внутреннего сгорания, на раме в точках крепления кабины, на полу и боковых стенках, элементах остекления кабины. Во всех точках измерений,

кроме элементов остекления, разница в уровнях вибраций мотовозов МПТ-6 исп.2 и МПТ-6 исп.4 не превышает точности измерений. Пьезоакселеро-метр крепился к стеклам с помощью мастики, а в остальных точках измерений - специальным магнитом.

Таблица 1

Уровни звука и вибраций на рабочих местах локомотивных бригад мотовозов

Уровни звука, дБА Уровни вибраций, дБ

85-95 114-119

Спектр вибраций капота (рис. 4) имеет четко выраженный низко-среднечастотный характер. В первой - третьей октавах, т.е. в интервале частот 31,5...250 Гц, в котором и зафиксированы наиболее интенсивные составляющие спектра, увеличение уровней вибрации составляет 5 дБ на октаву и достигает максимальной величины 105 дБ в третьей октаве.

Ц дБ

110

100

90

70

60   50

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 ^ Гц

Рис. 4. Спектр вибраций капота двигателя внутреннего сгорания

При переходе с четвертой на пятую октаву наблюдается резкий спад интенсивности вибраций - 15 дБ. В шестой октаве уровень вибрации возрастает на 3 дБ (в сравнении с пятой), а на более высоких частотах (2000.8000 Гц) спад интенсивности вибраций составляет 8.10 дБ.

Аналогичная картина наблюдается при измерениях перепада вибраций с лап двигателя внутреннего сгорания на элементы несущей рамы (рис. 5).

Максимальные уровни вибрации на лапах двигателя внутреннего сгорания зафиксированы в первой - четвертой октавах, где значения уровней достигает 100 дБ. Кроме этого, в данном диапазоне интенсивность распределена равномерно. В пятой и шестой октавах спад уровней составляет 10 и 2 дБ на октаву (соответственно). В седьмой октаве наблюдается возрастание уровня на 4 дБ, а в восьмой-девятой октавах спад интенсивности вибраций достигает 8 дБ на октаву. На раме под двигателем внутрен-

него сгорания уровни вибраций в среднечастотной области 125...500 Гц уровни вибраций на 3 дБ ниже, в шестой октаве спад вибрации составляет 8 дБ, а в интервале 2000.8000 Гц, уровни вибраций уменьшаются на 5.7 дБ.

Рис. 5. Спектры вибраций: 1 - на лапе двигателя внутреннего сгорания;

2 - на раме под двигателем внутреннего сгорания; 3 - на раме под кабиной; 4 - на опоре крепления кабины

Затухание вибраций на раме не превышает 3 дБ (разница между уровнями вибраций под двигателем внутреннего сгорания и кабиной). Экспериментальные данные наглядно показали недостаточную эффективность виброизоляции амортизаторов двигателя внутреннего сгорания.

Результаты измерений и расчетов показали, что уровни вибраций в седьмой и восьмой октавах 4.5 дБ больше, чем на раме мотовоза, а в низкочастотной части спектра 16.31,5 Гц коэффициент передачи вибраций равен 1, таким образом, эти данные наглядно показывают недостаточную эффективность виброизоляции кабины мотовоза.

Коэффициент ослабления передачи вибраций на пол кабины определяется по отношению амплитуды виброскорости на полу кабины к амплитуде виброскорости на несущей раме (табл. 2) по формуле

К = 10°,°5

где Ь1 и Ь2 - уровни виброскорости на полу кабины и несущей раме соответственно, дБ.

Таблица 2

Значения коэффициентов ослабления вибраций К

Частота, Гц 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Коэффициент К 1 1 0,224 0,447 0,141 0,447 1,072 1,7783 0,79 4 0,75 9

Спектральный состав вибраций на полу и боковых стенках кабины (рис. 6, а, б), четко выраженный среднечастотный. Увеличение уровней вибрации при движении (скорость 80 км/ч) составляет 4.8 дБ, уровни вибраций на полу кабины на 3.4 дБ выше, чем на боковых стенках.

Максимальные уровни вибраций наблюдаются на элементах остекления (рис. 7).

Основное отличие спектров вибрации на остеклении от спектров на несущей системе кабины заключается в том, что уровни вибраций на мотовозе МПТ-6 исп.4 на 2.3 дБ выше, чем мотовозе на МПТ-6 исп.2. Этот факт объясняется большой площадью элементов остекления.

Уровни вибраций на рабочих местах машинистов в нормируемом интервале частот представлены в табл. 3.

и,

100

90

60---------"

50 -I--------

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 I, Гц

ДБ

1

ч ( # \

ч 1 ч < < ч

> к — * 1 1 —.

а

¡-V, дБ

100

90 80 70 60

50

* **

* -ч  •Ч. 1 ' >

1 *< ч. о

< к . ^ <

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 I, Гц

б

Рис. 6. Спектры вибраций: а - на полу кабины; б - на боковых стенках; 1 - при движении; 2 - при неподвижной машине

Таким образом, уровни вибраций на рабочих местах машинистов превышают санитарные нормы. Причем даже при неподвижной машине превышения составляют (верхние цифры) 2 дБ на 4 Гц, 3 дБ на 8 Гц, 3 дБ на 16 Гц и 1 дБ на 31,5 Гц. При движении превышения составляют 2 дБ на 2 Гц, 6 дБ на 4 Гц, 6 дБ на 8 Гц, 8 дБ на 16 Гц, 6 дБ на 31,5 Гц и 4 дБ на 63 Гц.

и, дБ

и . —«

' ч  '—' • 1

' N к ' >

' 1 -V»

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Ь Гц

Рис. 7. Спектры вибраций на остеклении: 1 - на МПТ-6 исп.4.; 2 - на МПТ-6 исп.2; 3 - при неподвижном мотовозе

Таблица 3

Октавныеуровни вибраций

Частота, Гц 2 4 8 16 31,5 63

Уровни вибраций, дБ 114 110 105 104 100 97

119 114 108 109 107 105

Норматив, дБ 117 108 102 101 101 101

Превышение, дБ - / 2 2 / 6 3 / 6 3 / 8 1 / 6 - / 4

Выводы

1. Уровни вибраций на рабочих местах превышают не только санитарные нормы, но и значения, установленные при специальной оценки условий труда. Причем даже в этом случае величина превышения вибраций достигает 16 дБ.

2. Установлены закономерности распределения вибраций на элементах кабин и кузовов, подтвердившие правильность теоретических исследований существенного влияния структурной составляющей шума на превышение уровней звукового давления на рабочих местах локомотивных бригад.

3. Установлены частотно-зависимые величины коэффициентов ослабления вибраций передаваемых на кабины мотовозов.

4. Установлено, что из всех опасных и вредных производственных факторов, по которым проводится специальная оценка условий труда, только уровни шума и вибрации превышают санитарные нормы.

Список литературы

1. Яицков И.А., Финоченко Т.А., Чукарин А.Н. Идентификация производственных факторов, влияющих на условия труда работников локомотивных бригад тепловозов и мотовозов // Инженерный вестник Дона 2017. № 4. [Электронный ресурс].

2. Yaitskov I.A., Chukarin A.N., Finotchenko T.A. Theoretical research of noise and vibration spectra in cabins of locomotive and diesel shunting locomotive // International journal of applied engineering research. 2017. V. 12. № 21. Р. 10724 - 10730.

3. Яицков И.А. Теоретическое исследование воздушной составляющей шума силовых установок транспортных машин // Интернет-журнал «Науковедение». 2017. Т. 9. № 6. [Электронный ресурс].

4. Яицков И.А., Раздорский С.А. О расчете спектров вибраций и шума тонкостенных оболочек на примере капотов силовых установок и при абразивной обработке сварных швов кузовных конструкций // Современные фундаментальные и прикладные исследования. 2017. № 4 (27). Ч. 1. С. 191 - 196.

5. Яицков И.А., Веревкина О.И. Влияние человеческого фактора на проблемы повышения безопасности движения // Труды РГУПС. 2017. № 4. С. 16 - 21.

6. Яицков И.А. Теоретические исследования спектрального состава уровней звукового давления в кабинах машинистов мотовозов и тепловозов при воздействии источников воздушной составляющей шума // Труды РГУПС. 2015. № 5. С. 79 - 85.

7. Подуст С.Ф., Чукарин А.Н., Богуславский И.В. Основы виброакустических расчетов отечественных электровозов. Ростов н/Д: Издат. центр ДГТУ, 2013. 157 с.

8. Снижение шума и вибрации транспортных средств / В.П. Серги-енко [и др.]. М.: Машиностроение, 2014. 297 с.

9. Иванов Н.И. Борьба с шумом и вибрациями на путевых и строительных машинах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1987. 223 с.

10. Ivanov N.I., Kurzev G. ^е ^ео^ 8nd ргасйсе оf соnstruction and transport machine noise reduction // Unikeller Conference. Zürich. 1989. Р. 4.

11. Яицков И.А., Чукарин А.Н. Экспериментальные исследования шума на рабочих местах локомотивных бригад тепловозов // Вестник РГУПС. 2018. № 3. Р. 37 - 45.

12. Yaitskov I.A. Research of air noise levels created in diesel shunting locomotive's cabin // Advances in Engineering Research (AER), 2018. V. 157. International Conference "Actual Issues of Mechanical Engineering" (AIME 2018). Р. 631 - 634.

13. Yaitskov I.A. On the issue of formation the air noise component at workplaces of the diesel locomotives crews // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 224. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2018) [Electronic resource].

Яицков Иван Анатольевич, канд. техн. наук, доц., yia@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения

EXPERIMENTAL RESEARCH OF THE VIBRATIONAL DISTRIBUTION OF THE DIESEL LOCOMOTIVE ELEMENTS

I.A. Yaitskov 149

This article presents the results of the experimental research of the vibrational characteristics of the diesel locomotive elements created at workplaces in the engineersy cabins, in the bodies of the internal combustion engines, in the hoods, in the frames during movement and stationary, which determine the spectral composition of the vibrations and propose the engineering solutions for noise and vibration protection systems.

Key words: diesel locomotive, vibration levels, spectra, sanitary standard.

Yaitskov Ivan Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, Docent, yia@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University

Reference

1. Yaitskov I.A., Finochenko T.A., Chukarin A.N. Identification of the production factors influencing working conditions of workers of locomotive crews of locomotives and autonomous cars//the Engineering bulletin of Don [An electronic resource]. 2017. No. 4.

2. Yaitskov I.A., Chukarin A.N., Finotchenko T.A. Theoretical research of noise and vibration spectra in cabins of locomotive and diesel shunting locomotive // International journal of applied engineering research. 2017. V. 12. № 21. P. 10724 - 10730.

3. Yaitskov I.A. Theoretical research of an air component of noise of power plants of transport vehicles//Online magazine "Naukovedeniye" [Electronic resource]. 2017. T. 9. No. 6.

4. Yaitskov I.A., Razdorsky S.A. About calculation of ranges of vibrations and noise of thin-walled covers on the example of cowls of power plants and at abrasive processing of weld joints of body designs//Modern basic and applied researches. 2017. No. 4 (27). Part 1. Page 191 - 196.

5. Yaitskov I.A., Verevkina O.I. Influence of a human factor on problems of increase in traffic safety//W orks RGUPS. 2017. No. 4. Page 16 - 21.

6. Yaitskov I.A. Theoretical researches of spectral structure of sound pressure levels in cabins of drivers of autonomous cars and locomotives at influence of sources of an air component of noise//Works RGUPS. 2015. No. 5. Page 79 - 85.

7. Sublips of Page F., Chukarin A.N., Boguslavsky I.V. Bases of vibroacoustic calculations of domestic electric locomotives. Rostov N / Publishing house DGTU center, 2013. 157 pages.

8. Noise reduction and vibrations of vehicles / Accusative of Sergienko [etc.]//M.: Mechanical engineering, 2014. 297 pages.

9. Ivanov N.I. Fight against noise and vibrations by traveling and construction cars//the 2nd prod., the reslave. and additional M.: Transport, 1987. 223 pages.

10. Ivanov N.I., Kurzev G. The Theory and practice of construction and transport machine noise reduction // Unikeller Conference. Zürich, 1989. P. 4.

11. Yaitskov I.A., Chukarin A.N. Pilot studies of noise in workplaces of locomotive crews of locomotives//the RGUPS Bulletin. 2018. No. 3. River 37 - 45.

12. Yaitskov I.A. Research of air noise levels created in diesel shunting locomotive's cabin // Advances in Engineering Research (AER), 2018. V. 157. International Conference "Actual Issues of Mechanical Engineering" (AIME 2018). P. 631 - 634.

13. Yaitskov I.A. On the issue of formation the air noise component at workplaces of the diesel locomotives crews // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 224. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2018) [Electronic resource].