Кабины кранов: экспериментальные исследования виброакустических характеристик

КАБИНЫ КРАНОВ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

И.Е Вилинов, С.А. Раздорский, Е.Б. Смирнов Донской государственный технический университет

В статье приведены результаты экспериментальных исследований шума и вибраций в кабинах мостовых кранов. Измерения проводились в условиях заводов ОАО «Роствертол», ЗАО «Завод по выпуску КПО» измерителем шума и вибраций ВШВ-003 М2. В процессе измерений фиксировались октавные уровни звукового давления и виброскорости.

Спектры шума в кабине при воздействии только внешних источников для кабин с нарушенной герметизацией представлены на рис. 1.

63 250 1000 4000 / Гц

Рис. 1. Спектры шума в кабинах:

1 - при наличии отверстий в полу; 2 - при наличии щелей в остеклении;

3 - в герметизированной кабине; 4 - норматив

Замеры проводились при отключенных рабочих органах, чтобы полностью исключить влияние структурной доли шума не только от вибрационного воздействия при движении крана, но и от вибрационного воздействия рабочих органов.

В данном случае наиболее наглядно прослеживаются звукоизолирующие характеристики различных исполнений элементов ограждения кабины. Характер спектров шума практически полностью идентичен. Наиболее высокие уровни шума в кабине создаются при ослабленной звукоизоляции пола. В этом случае превышение уровней шума составляет 5...12 дБА в широкой полосе частот 250.8000 Гц. Эти данные подтверждают теоретические выводы о том, что пол кабины в наибольшей степени подвергается не только воздействию структурной составляющей, но и воздушной доли шума со стороны технологического оборудования. Щели в элементах остекления в меньшей степени оказывают влияние на повышенный шум в кабине. Действительно, в этом варианте превышение норматива также наблюдается в широкой полосе частот 500.8000 Гц, но величины превышения составляют 3.8 дБ. При нарушенной герметичности даже звуковой сигнал приводит к превышению уровней звукового давления в кабине.

Экспериментальные исследования поэлементного вклада отдельных источников на виброакустические характеристики в кабине проведены для кабин, соответствующих требуемым условиям эксплуатации, т. е. имеющих достаточную герметизацию. Спектры шума в кабинах мостовых кранов имеют четко выраженный среднечастотный характер (рис. 2).

Превышение уровней звукового давления в кабинах наблюдается в полосе частот 125.1000 Гц при работе сваебойного оборудования и составляет 7.12 дБ. При воздействии шумового фона на строительной площадке при неработающем сваебойном оборудовании норматив в кабине также превышен. В этом случае повышенные уровни шума фактически ограничены 5 и 6 октавами и превышение над предельно-допустимыми значениями составляет 5.8 дБ.

Рис. 2. Спектры шума в кабинах мостовых кранов:

1 - при работе сваебойного оборудования;

2 - внешний фон без сваебойного оборудования; 3 - норматив

У пневмоколесных кранов шум двигателя внутреннего сгорания и работающих механизмов также приводит к превышению в кабине нормативных величин (рис. 3). Превышение наблюдается в основном в области 250.1000 Гц и составляет 5.8 дБ.

Рис. 3. Спектры шума в кабинах пневмоколесных кранов:

1 - спектр шума; 2 - санитарная норма

Для условий эксплуатации мостовых кранов акустическое воздействие со стороны шумового фона в производственном помещении приводит к превышению санитарных норм в кабине в среднечастотной части спектра на 6.7 дБ (рис. 4).

63 250 1000 4000 / Гц

Рис. 4. Спектры шума рабочих органов:

1 - спектр шума в помещении цеха; 2 - спектр шума в кабине; 3 - норматив

При компоновке кабины на грузовой тележке акустическое воздействие со стороны рабочих органов сравнимо с влиянием шумового фона в цехе (рис. 5).

А дБ 100 90 80 70

63 250 1000 4000 / Гц

Рис. 5. Спектры шума в кабине, расположенной в грузовой тележке:

1 - при открытых окнах; 2 - при закрытых окнах; 3 - норматив

Измерения проводились при неподвижной тележке и показали, что уровни звукового давления в кабине также превышены в широкой полосе частот 125.2000 Гц. Превышение над санитарными нормами составляет 3.5 дБ. Звукоизолирующая способность у такой кабины также недостаточна. Наиболее высокие уровни шума в кабине зафиксированы при движении крана (рис. 6).

А дБ 100 90 80 70

63 250 1000 4000 / Гц

Рис. 6. Спектры шума в кабине при движении крана:

1 - при открытых окнах; 2 - при закрытых окнах; 3 - норматив

В этом случае превышение уровней звукового давления составляет 4.9 дБ в широком частотном диапазоне 125.8000 Гц, достигая максимума в среднечастотной части спектра (6.9 дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 500.1000 Гц). Причем наблюдается увеличение уровней шума в высокочастотной части спектра 2000.8000 Гц. Эта закономерность объясняется структурной долей шума и воздушной составляющей со стороны рельса.

Влияние внутренних источников шума (вентиляторов) на формирование акустических характеристик в кабине проверялось во время перерыва, когда были отключены все источники шума. Результаты измерений показали, что внутренние источники шума также приводят к превышению санитарных норм (рис. 7). Уровни звукового давления превышены на 2.3 дБ в среднечастотной части спектра 250.1000 Гц.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о существенном вкладе воздушной составляющей шума от внешних и частично внутренних источников в формирование акустических характеристик в кабине кранов, а также о недостаточной звукоизолирующей способности элементов ограждения кабины. В связи с этим была проведена серия экспериментов по определению звукоизоляции основных элементов кабин.

Рис. 7. Спектры шума в кабине при работающем кондиционере:

1 - спектр шума; 2 - норматив

Экспериментальные исследования проводились на серийном варианте кабины, которая может быть оценена как невиброизолированная без нанесения на металлические поверхности элементов ограждения вибропоглощающих и звукопоглощающих материалов. Для этого применялся широко известный и наиболее распространенный способ прозвучивания. В кабине с помощью динамика генерировалось звуковое поле. Звукоизоляция определялась по разнице уровней звукового давления внутри и вне кабины (см. таблицу).

Звукоизоляция элементов кабин

Элемент ограждения Звукоизоляция

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Стекло (со щелью по контуру) 4 7 8 8 9 10 12 12 15

Стекло (с уплотнением по контуру) 12 14 15 15 16 16 16 17 19

Пол (с отверстиями) 2 2 4 5 6 8 9 10 12

Пол (с уплотнениями) 10 12 13 17 17 20 22 22 20

Стена металлическая 13 15 18 19 20 20 21 22 22

Для оценки структурной доли шума проводились измерения вибраций при работающих редукторе и двигателе механизма подъема при неподвижном кране и при движении крана. Измерения проводились в кабинах, установленных на грузовой тележке, и в кабинах, расположенных у края моста. Результаты измерений показали, что разница в уровнях вибраций таких кабин не превышает 2 дБ, что сравнимо с точностью измерительной аппаратуры (рис. 8).

4 16 63 / Гц

Рис. 8. Спектры вибраций на рабочем месте крановщика:

1 - при движении крана; 2 - при неподвижном кране; 3 - норматив

Результаты измерений показали, что превышение нормы вибрации происходит только при движении дрезины. Превышение норматива наблюдается в интервале 4.31,5 Гц и составляет 3.5 дБ.

В результате измерений установлено, что превышение нормы вибрации происходит только при движении мостового крана. Превышение норматива наблюдается в интервале 4.31,5 дБ. При движении крана возникает не только структурный шум, но и воздушный шум со стороны рельсов, которые являются внешними источниками воздушного шума. Поэтому ниже приведены результаты измерений вибраций на рельсе, раме, местах крепления кабины к раме и на элементах ограждения кабины в звуковом диапазоне частот (31,5.8000 Гц).

Спектры вибрации на рельсах имеют четко выраженный средне- и высокочастотный характер (рис. 9), что подтверждают результаты измерений шума в кабине при движении крана.

63 250 1000 4000 / Гц

Рис. 9. Спектры вибраций:

1 - на рельсах; 2 - корпуса редуктора; 3 - в месте крепления к раме

Спектры вибраций корпуса редуктора имеют среднечастотный характер. Снижение уровней вибрации на раме составляет 5.8 дБ, что говорит о недостаточной виброизоляции. Результаты измерений показали, что у кранов различного функционального назначения наблюдаются общие закономерности в процессах формирования вибраций и шума в кабинах. Естественно, различается интенсивность воздействия на кабину других источников.

Выводы

Экспериментальные исследования подтвердили правильность теоретических положений о закономерностях деформирования шума в кабинах мостовых кранов, которые заключаются в том, что воздушный шум со стороны внешних источников и структурный шум участвуют практически в равных долях в процессе шумообразования в кабине. Эти результаты определяют способы обеспечения санитарных норм вибрации и шума. Фактические превышения уровней звукового давления и вибрации позволяют ограничиться рациональным подбором упругодиссипативных характеристик элементов ограждения кабины для создания требуемых значений звукоизоляции и вибропоглощения.