Расчет шума в кабинах строительно-дорожных машин

УДК 534.836.2:629.11

РАСЧЕТ ШУМА В КАБИНАХ СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ МАШИН

© 2010 А.Е. Шашурин

Балтийский государственный технический университет "Военмех" им. Д.Ф. Устинова, г. Санкт-Петербург

Поступила в редакцию 14.12.2010

Проведены экспериментальные исследования генерации шума в кабинах машин. Исследован вклад структурного шума. Рассмотрены генерация и источники аэродинамического шума. Ключевые слова: шум, дорожная машина, кабина, расчет, снижение

1. ВВЕДЕНИЕ

Звукоизолирующая кабина - универсальное и эффективное средство снижения шума на рабочих местах операторов и водителей тракторов, строительно-дорожных машин, грузовых автомобилей и пр. Эти кабины имеют свою специфику, в том числе:

- малые объёмы;

- большая площадь остекления;

- наличие вибрации, передаваемой на элементы ограждения кабины от силовой установки;

Вклад воздушного шума - основной в процессах шумообразования в кабинах строительно-дорожных машин. Он зависит от интенсивности и характера источников шума (точечный, линейный или плоский), взаимного расположения элементов кабины и источников шума, звукоизолирующих свойств элементов ограждения (панелей) кабины.

2. РАСЧЁТЫ ШУМА В КАБИНАХ

Были предложены основные расчётные схемы СДМ, а также получены формулы расчёта (табл. 1). Были рассмотрены следующие схемы:

- точечный источник, расположенный в пространстве, полупространстве или четвертьпрос-транстве;

- плоский источник, расположенный в пространстве;

- мнимый точечный источник звука, расположенный в полупространстве;

- линейный источник звука, расположенный в пространстве;

- точечный источник расположенный вплотную к панели на её плоскости.

В табл.1 приняты следующие обозначения: LWucm - уровни звуковой мощности источни-

Александр Евгеньевич Шашурин, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности. E-mail: noise@mail.rcom.ru

ка, дБ; ЗИпан1 - звукоизоляция панели, дБ; ПН -показатель направленности; ф - фактор направленности источника (для ненаправленных источников Ф = 1); X - коэффициент, учитывающий размеры источника и влияние ближнего звукового поля; О - пространственный угол излучения (для источника, расположенного на поверхности О = 2п , над поверхностью О = 4п ); г - расстояние от источника шума до расчётной точки, м; Тпол - коэффициент звукопроводности пола; апов - коэффициент звукопоглощения опорной поверхности; г - кратчайшее расстояние между проёмом и полом (этот параметр берётся для упрощения взамен путей звука, показанных на рис. 2.6); 1ист - длина источника звука, м; гист - расстояние от источника шума до ближайшей панели кабины; WиKтп - акустическая мощность источников шума расположенных под капотом, Вт; г - расстояние от источника шума до проёма, м;

коэффициент учитывающий характер зву-

кового поля под капотом.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ШУМООБРАЗОВАНИЯ В КАБИНЕ

Были выполнены теоретические исследования шума в кабине при изменении основных параметров. На рис. 6-7 показано как изменяется шум в кабине при изменении площади панели (8каб) и эквивалентной площади звукопоглощения кабины (Акаб). При увеличении коэффициента звукопоглощения кабины (бкаб) выражение £

10^ пан - уменьшается по экспоненте; для ре-

Акаб

альных значений изменения коэффициента звукопоглощения от 0,1 до 0,35 уменьшение шума составляет почти 6дБ (рис. 6). При увеличении площади панели шум в кабине возрастает (рис. 7): приблизительно на 3дБ при каждом удвоении площади.

2271

ю ю

ю

Таблица 1.Основные расчётные схемы СДМ и формулы расчёта

Л"«

п/п

'///////////////////////////////////

'///////Щ////Ш/////7//////////

Расчётная схема

-СП

777777777777Л77777777777777777777^Г 6

77Т777Т777777777Ш7777ТТ7777777ТТ1

Обозначение

1 — точечный источник, 2 -кабины; 3 - задняя панель кабины.

1 - звукоизолирующий капот; 2 - плоский излучатель; 3 - задняя панель кабины; 4 — кабина.

1 — источник шума; 2 — пол кабины; 3 - кабина

1 — капот; 2 — проём в капоте; 3 — кабина; 4 - пол кабины; 5 - опорная отражающая поверхность; 6 - мнимый источник; 7 -путь звука от проёма к полу.

1 - линейный источник; 2 — панель кабины; 3 — кабина; 4 - звуковая волна.

Примеры па машинах

Выпуск и

всасывание ДВС, вентилятор ДВС

капот ДВС

гидравлика под кабиной, коробка передач

Звук, проходящий через проём в капоте ДВС,

отражаясь от

земли попадает в кабину через пол

Рабочий орган

Формула для расчёта

=^-ист +пнтт -зипап +101ё-

гп

код Щ'ист

+ 10^ arctg

- ЗИпая I 101ё 5НСИ -101ё ^ +

аЬ

2к4АЯ2

:-10*1§

К.ае + 10 1ё 5'„у, + 1018(—Ц- + 40

Ь1¥ +10аг&%

2 г

-ЗИ.

1П

со

05

О

К

5а ?

к

о X о

сч О

ж

ж

0

сч О -К

аг Ж

1

а £

о о к

Кс О X

0 Кс

а х а си

1

к к ж

а ^

Ло

На шум в кабине влияют геометрические параметры плоского излучателя и расстояния от него до кабины (рис. 8, 9). Эти зависимости выражены экспоненциальными закономерностями. При увеличении линейного размера плоского излучателя в 5 раз шум в кабине возрастает на 6 дБ. При увеличении расстояния плоский источник переходит в источник сферической звуковой волны и шум в кабине снижается (рис. 9).

На рис. 10 показано как изменяется шум в кабине при изменении длины линейного источника. При измерении длины источника на от 0,3 до 1,5 поправка составляет 7 дБ.

Чем больше расстояние от линейного источника, тем шум в кабине меньше. При изменении расстояния в 5 раз поправка на влияние линейного излучателя изменяется на 6 дБ.

На рис. 14 и 15 показано как влияет изменения характера звукового поля под капотом на

1018

£ п

А

каб

При 8пан=1м; 8общ=11,8м

а:

(.1,1 ¡>,1; и,2э О...Ь и/ У/Ь 0,Ь

Рис. 6. Зависимость 1018

£ _

А,

при изменении коэффициента звукопоглощения (б б) в кабине

каб

При а =0,3; Sобщ=11,8м

£

1018 пан

А,

каб

и.ь

о.ь

О '

О л:

1.

1.1

и

1/1 1,ь

Рис. 7. Зависимость 1018

£ п

А

каб

при изменении коэффициента звукопоглощения ^ ) в кабине При R=1; a=1м

1018 агсг&

аЬ

2Я14Я2 + а2 + Ь2

дБ!

Рис. 8. Изменение 1018 аг

аЬ

2Ял14-Я2 + а2 + Ь2

при изменении линейного размера плоского излучателя

2273

1018 агсг&

аЬ

2Ял/ 4Я2 + аг + Ьг

ДБ:

При Ь=1м; a=1м

Рис. 9. Изменение 1018 агсг&

аЬ

2Ял/ 4Я2 + а'+рр

при увеличении расстояния R плоского излучателя

асчетной точки.

При г=1,5м;

1018 аг, дБ: 2г

/ист, М:

Рис. 10. Изменение 1018 аг^

I..

I

2г

при увеличении размеров линейного излучателя

При l =0,5м;

1018 агЩ-*3^-, дБ 2г

г, м:

0,3 0.0 0,5 1.:

1.5

1,3 2,1

Рис. 11. Изменение 1018 агсгё 2 при изменении расстояния г

ист

шум в кабине. При увеличении бкап составляю- увеличении гист в 5 раз (с 0,1 до 0,5м) уменьше-щая шума в кабине от ДВС падает; при увеличе- ние вклада составило 10дБ. нии б от 0,1 до 0,5 снижение составляет 8дБ.

кап

Изменение гист характеризует вклад прямого зву- ВЫВОДЫ

ка под капотом. При увеличении гист составляющая прямого звука снижается по экспоненте: при Основными допущениями для разрабатыва-

2274

Рис. 12. Изменение шума в кабине при увеличении коэффициента звукопоглощения бкаб

При у=1; Sкаб=11,8; г=1

иду

ак

0.24 'Л!-.. УЛи ОЛЬ

1 4

Рис. 13. Изменение 1018(--1--при изменении бк

2пги

У^капАкап

При у=1; Зтай=11,8; атап =0,3

Рис. 14. Изменение 1018(_

2пг

ист

емых методов расчета шума являются: звуковое поле диффузное, резонансные явления не учитываются, источники шума (линейные, точечные или плоские) некогерентны.

Разработано 5 основных расчетных схем опи-

+ 4

- +--) при изменении г

/ г и

V

.Ак

кап кап

сания воздушного шума:

- точечный источник, расположенный в пространстве, полупространстве или четвертьпрос-транстве;

- плоский источник, расположенный в про-

2275

1

странстве;

- мнимый точечный источник звука, расположенный в полупространстве;

- линейный источник звука, расположенный в пространстве;

- точечный источник расположенный вплотную к панели на её плоскости.

Разработаны формулы расчётов вклада источников в образование воздушного шума в кабинах с учётом: звуковой мощности источников шума (или УЗД), звукоизоляции ограждающих конструкций, звукопоглощения в кабинах, геометрических параметров в кабины, характера излучения звука источником, расположения источника в пространстве, акустических свойств примыкающих к кабине замкнутых объёмов и пр.

Выполненными теоретическими исследованиями установлено:

- увеличение коэффициента звукопоглоще-

ния в кабине в диапазоне его реально достигаемых значений максимальное снижение шума в кабине может составить 6дБ;

- если шум в кабине генерируется плоским излучателем звука, то при увеличении его размеров в 2 раза шум возрастает на 3 дБ;

- если шум в кабине генерируется линейным излучателем звука, то при увеличении его длины в 3 раза, шум в кабине возрастает на 4 дБ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шум в кабинах строительно-дорожных машин и тракторов / Иванов Н.И., Курцев Г.М., Элькин Ю.И. // БЖД 2005. № 10. С. 10-15.

2. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом: учебник. М.: Университетская книга. Логос, 2008. 424 с.

3. Handbook of Noise and Vibration. M.J. Crocker, Willey 2007, 1569 p.

CONSTRUCTION MACHINES CABIN NOISE PREDICTION

© 2010 A.E. Shashurin Baltic State Technical University "VOENMECH" named after D.F. Ustinov, St.-Petersburg

Experimental investigations of construction machines cab noise generation are carried out. Structure-borne cab noise contribution is found out. Cab air-borne noise generation and noise sources separation are considered in the paper. It is approved that construction machine cab sound field is quasi-diffuse. A new method of cab noise prediction considering noise sources placement, sound absorption and sound isolation of machine elements, acoustical and geometrical characteristics of the cab is developed. Experimental and predicted results show good agreement. Developed method is recommended to be used at the design stage of construction machines.

Keywords: noise, road machine, cabin, calculation, reduction

Alexander Shashurin, Candidate of Technical Science, Associate Professor at the Ecology and Life Protection Department. E-mail: noise@mail.rcom.ru

2276