Влияние виброакустических характеристик силовых установок на уровни шума в кабинах плавучих кранов

УДК 621.9.06:628.5

Влияние виброакустических характеристик силовых установок на уровни шума в кабинах плавучих кранов

Е. В. Егельская

(Донской государственный технический университет),

А. А. Короткий

Приведены результаты экспериментальных исследований спектров шума в кабинах плавучих кранов при воздействии звукового излучения силовой установки двигателей внутреннего сгорания. Показаны частотные диапазоны, в которых уровни шума в кабинах превышают санитарные нормы.

Ключевые слова: уровни шума, кабины, плавучие краны.

Введение. Увеличение мощностей силовых установок технологических машин приводит к возрастанию акустических характеристик в кабинах на рабочих местах операторов. Двигатели внутреннего сгорания, широко распространены в различных типах машин, в том числе в стреловых и плавучих кранах. В силу специфических условий эксплуатации в них используются двигатели внутреннего сгорания повышенной мощности.

Результаты исследований. Экспериментальные исследования проводились на кранах с различной мощностью ДВС и частотой вращения: /V = 135 кВт; п = 2100 об/мин; /V = 85 кВт; п = 1500 об/мин; /V = 195 кВт; п = 2100 об/мин; N=75 кВт; п = 2000 об/мин; N=55 кВт; п = 1700 об/мин.

Результаты измерений уровней звука в кабинах (дБА) приведены на рис. 1.

30 %_. _____

20 %_

10 %-

80 82 84 86 88 90 дБА

Рис. 1. Гистограмма распределения уровней звука в кабинах плавучих кранов

Фактически только 15 % кранов удовлетворяют санитарным нормам шума в кабинах на рабочих местах крановщиков (данные для кранов с двигателем мощностью 55 кВт). У 20 % кранов уровни звука превышают норматив на 2—4 дБА (мощность их силовой установки составляет 75 кВт). У 25 % кранов шум превышает санитарные нормы на 4—6 дБА (мощность их силовой установки — 85 кВт). У 30 % двигателей (максимальное количество обследованных) уровни звука в кабинах 86—88 дБА, что на 6—8 дБА превышает предельно допустимое значение (мощность силовой установки — 135 кВт). У 10 % кранов с силовой установкой мощностью 195 кВт превышение норматива по шуму в кабине достигает 10 дБА.

Измерения спектров шума показали, что у большинства типов кранов закономерности шу-мообразования в кабинах идентичны и различия (в основном) заключаются в интенсивности шу-

мообразования в соответствующих октавных интервалах. У кранов с мощностью силовой установки 55 кВт норматив шума не превышает предельно допустимых значений во всём нормируемом частотном диапазоне. В кранах с силовой установкой мощностью 75 кВт санитарные нормы превышаются на 2—3 дБ, что, в принципе, может быть объяснено погрешностью измерений.

Итак, спектральный состав шума в кабинах представлен для кранов с мощностью силовой установки 75 кВт и 135 кВт (рис. 2), поскольку большинство обследованных кранов имеет именно такой ДВС.

Ц дБ 100 90 80

70 60

63 250 1000 4000 Г, Гц

Рис. 2. Спектры шума в кабинах кранов: 1 — мощность 135 кВт, 2 — мощность 75 кВт, 3 — норматив

Анализ результатов измерений показал, что у кранов с мощностью силовой установки 75 кВт уровни звукового давления превышены в области частот 250—1000 Гц на 3—5 дБ (превышение уровня звукового давления на 5 дБ наблюдается в 4-й октаве). У кранов с мощностью двигателя 135 кВт уровни звукового давления превышают санитарные нормы на 3—10 дБ в широкой полосе частот 125—8000 Гц. В области частот 125—2000 Гц превышение фактических уровней шума над предельно допустимыми составляет 9—10 дБ. Влияние внешнего шумового фона на уровни шума в кабинах проверялось на примере мощного источника — сваебойного оборудования. Замеры шума в кабине проводились при неработающем двигателе (рис. 3).

1 /

. 2

— ^ — £ ч

Чч \

щ * * N ^ *

63 250 1000 4000 Г, Гц

Рис. 3. Спектры шума в кабинах плавучих кранов: 1 — при работе сваебойного оборудования; 2 — внешний фон без сваебойного оборудования; 3 — норматив

При работе ДВС в 8-й, 9-й и 10-й октавах уровни звукового давления превышены на 3— 9 дБ, а при воздействии внешних источников чисто воздушного шума в этих октавах уровни звукового давления ниже санитарных норм и на 12—15 дБ ниже, чем при работе ДВС. Эти данные позволяют предположить, что уровни шума в кабинах кранов формируются структурным и воздушным шумом. Значительное влияние структурной доли шума объясняется в первую очередь недостаточной виброизоляцией силовой установки и самой кабины, а также недостаточными диссипативными свойствами элементов ограждения кабины.

Результаты измерений шума двигателей приведены на рис. 4.

Рис. 4. Спектры шума двигателей: 1 — ЯМЗ-236 при закрытых шторках капота; 2 — ЯАЗ-М204А при закрытых шторках капота; 3 — ЯМЗ-236 при открытых шторках капота; 4 — предельный спектр

Силовая установка является мощным источником звукового излучения внешнего шума. Уровни звука достигают 108 дБА. Уровень звука выпуска достигает 110 дБ и 5—10 дБ в интервале частот 125—8000 Гц и превышает шум силовой установки. Характер спектров шума возле ДВС соответствует характеру спектра в кабине.

Акустическая эффективность капота невысока и составляет 6—10 дБ. Акустическая облицовка капота привела к снижению уровней шума на 4—5 дБА и не обеспечила санитарных норм шума в кабине.

Измерения проводились при неподвижном кране и показали, что уровни звукового давления в кабине также превышаются в широкой полосе частот 125—2000 Гц. Превышение санитарных норм составляет 4—7 дБ. Звукоизолирующая способность у такой кабины также недостаточна. Наиболее высокие уровни шума в кабине зафиксированы при движении крана.

В этом случае превышение уровней звукового давления составляет 4—12 дБ в широком частотном диапазоне 125—8000 Гц, достигая максимума 6—11 дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 500, 2000 Гц. Причём наблюдается увеличение уровней шума в высокочастотной части спектра 2000—8000 Гц.

Источники как структурного, так и воздушного шума значительно различаются по своим виброакустическим характеристикам. Поэтому результаты измерений шума в кабине статистически обрабатывались.

Неисключённая систематическая погрешность обусловливается:

- погрешностью измерительных приборов при измерении уровней соответственно звукового давления и виброскорости 0Ш (0В);

- погрешностью измерения 0И.

Погрешность измерительных приборов определяется их классом в соответствии с нормативно-технической документацией (паспортом, инструкцией по эксплуатации или поверочным свидетельством). Так как при измерении шума и вибрации использовали измерительный прибор ВШВ-003-Н2, то 0ш = 0В = ±8 %.

Погрешность измерения 0И обусловливается погрешностью измерения шума (вибрации), определяемой по формуле:

8*=^-

Неисключённая систематическая погрешность определяется по формуле:

0 = л/0Г+бГ-

Для оценки случайной составляющей погрешности результата измерения проводилось по три наблюдения за звуковым давлением в заданных точках на минимальном, среднем и максимальном постоянных уровнях соответственно. При этом определяли:

- среднее арифметическое значение измеренных уровней звукового давления I, дБ;

- среднеквадратичное отклонение результата наблюдения по формуле:

где п— число наблюдений;

- среднеквадратичное отклонение результата измерения по формуле:

5, = Ш5П" .

Случайную составляющую погрешности результата измерения находили по формуле:

£ = 3,182-5*.

Для оценки суммарной погрешности результата измерения рассматривали величину:

0

Х = ^-

В случае если х < 0,8, то суммарную погрешность Л принимали равной случайной составляющей погрешности £, ТО есть А = £.

В случае если х > 8,0, то суммарную погрешность Л принимали равной неисключённой составляющей погрешности 0.

Когда 0,8 < х < 8,0, то погрешность результата измерений находили по формуле:

Ь = К5Т,

( р2 £-2 °Ш + “и + ->

3 3/.

/

£ + 0

( А2 д2 Д0'5

К =

5І +

3 3

\ у

Результаты оценки погрешности измерений уровней звукового давления представлены в табл.

Оценка погрешности результатов измерений уровней звукового давления

№ октавы Номер наблюдения, і Уровень звукового давления, L„ дБ Среднее арифметическое, L, дБ і м < гм -J < Среднеквадратичное отклонение результата наблюдения, S Среднеквадратичное отклонение результата измерения, SL Случайная составляющая погрешности, £ Неисключённая систематическая погрешность, 0 Оценка, х Погрешность измерения, Д, %

1 96 1 1

5 2 94 95 1 1 1 0,6 1,93 1,17 1,95 1,66

3 95 0 0

Заключение. Обработка экспериментальных данных показала, что относительная погрешность измерений уровней звукового давления составляет 1,66 %. Статистическая обработка экспериментальных данных показала высокую достоверность проведённых экспериментальных исследований, что и является основой для выбора технических решений по снижению уровней вибрации и шума.

Библиографический список

1. Шамшура, С. А. Совершенствование методов расчёта виброакустических характеристик процесса виброударного упрочнения деталей на однокоординатных станках с целью обеспечения промышленной безопасности оборудования (на примере лонжеронов транспортных вертолётов) / С. А. Шамшура, А. Н. Чукарин. — Ростов-на-Дону: Изд. центр ДГТУ, 2007. — 120 с.

Материал поступил 10.10.2011.

References

1. Shamshura, S. A. Sovershenstvovanie metodov raschyota vibroakusticheskix xarakteristik processa vibroudarnogo uprochneniya detalej na odnokoordinatny'x stankax s cel'yu obespecheniya promy'shlennoj bezopasnosti oborudovaniya (na primere lonzheronov transportny'x vertolyotov) / S. A. Shamshura, A. N. Chukarin. — Rostov-na-Donu: Izd. centr DGTU, 2007. — 120 s. — In Russian.

POWER-PLANT VIBROACOUSTICS IMPACT ON NOISE LEVELS IN FLOATING CRANE CABINS E. V. Yegelskaya, A. A. Korotkiy

The experimental results of the noise spectra in the floating crane cabins under the sound radiation of the IC engine power-plant are presented. The frequency ranges when noise levels in the cabins exceed the sanitary norms are shown.

Keywords: noise levels, cabins, floating cranes.