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

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: N = 135 кВт; л =2100 об/мин; /V=85 кВт; п = 1500об/мин; N = 195 кВт; /7=2100 об/мин; /V=75 кВт; /7 = 2000 об/мин; /V= 55 кВт; п = 1700 об/мин.

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

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.

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).

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 ПО 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 9_Ш(6₈);

• -    погрешностью измерения 0_И.

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 = 08 = ±8 %.

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

Неисключённая систематическая погрешность определяется по формуле

0 = XX-                       (2)

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 L, дБ;

• -    среднеквадратичное отклонение результата наблюдения по формуле:

  5 =

  
  
  
  

  /7—1

где л — число наблюдений;

• -    среднеквадратичное отклонение результата измерения по формуле:

_Q 1005/7 °-^{5 L}" L "

Случайную составляющую погрешности результата измерения находили по формуле:

£ = 3,182'5.

Для оценки суммарной погрешности результата измерения рассматривали величину: 0

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

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

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

Д = KS₂

Результаты оценки погрешности измерений уровней звукового давления представлены в табл

Оценка погрешности результатов измерений уровней звукового давления

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.