CC BY
151
УДК 628.517.2 й01: 10.12737/3508
Уточнение расчёта акустических экранов, устанавливаемых
*
в производственном помещении
В. А. Бондаренко, И. В. Богуславский, С. С. Подуст
Акустические экраны — это средства звукоизоляции. Они предназначены для снижения шума на пути его распространения от источника до расчётной точки (РТ, рабочее место). Достоинствами акустических экранов являются конструктивная простота, малая масса и сравнительно низкая стоимость. Акустический экран как система шумозащиты обладает отличительной особенностью: зона максимального ослабления шума располагается в непосредственной близости от экрана. Эффективность применения экранов определяют следующие факторы:
— небольшие размеры источника шума;
— преобразование высокочастотных составляющих спектра шума источника;
— расположение рабочей зоны вне технологической машины;
— небольшое расстояние от источника шума до рабочего места оператора.
Всё это в полной мере относится к оборудованию различного функционального назначения. В частности, к металлорежущим и деревообрабатывающим станкам (токарным, фрезерным, шлифовальным), редукторам и двигателям на участках обкатки. Существуют подробно разработанные расчёты экранов для их установки. В условиях свободной атмосферы формирование звукового поля при установке экранов внутри производственных помещений имеет существенные отличия, обусловленные многочисленными отражениями звуковых волн. В данной статье приведены результаты исследований акустической эффективности экранов в производственных помещениях.
Ключевые слова: акустические экраны, расчёт параметров экрана, производственные помещения.
Введение. В настоящее время изучено шумообразование технологических машин различного функционального назначения в производственных помещениях [1, 2, 3]. Существуют методы расчёта акустических экранов [4-10]. Однако данные исследования не принимают во внимание взаимодействие дифрагирующего звука через рёбра экрана. Следовательно, не учитывается звуковая энергия, отражённая от близрасположенного оборудования, стен, пола и потолка производственного помещения. Поэтому в данной статье акустический экран зоны обработки рассчитывается согласно схеме производственного помещения, приведённой на рис. 1 и учитывающей ди-фрагирование звука через рёбра экрана.
Результаты исследований. Интенсивность звука в расчётной точке:
1рт = 1оп7 + 1б + 1пр ,Вт • м2, (1)
РТ пр отр отр' ' ^ '
где Гр — звук, дифрагированный через ограждение; — звук, отражённый от расположенных рядом станков; 1отр — звук, отразившийся от стен, пола, потолка помещения.
Предположим, что источник шума является излучателем сферических звуковых волн. В этом случае интенсивность звука, падающего на ограждение, определяется:
КттХ Вт Яг,2 ' м2
тогр _ "ист ц 1 (2)
1 пад ~ п.„2 ' „.2 ' ^ '
где г — расстояние от источника шума до ограждения, м.
* Работа выполнена в рамках инициативной НИР.
Рис. 1. Расчётная схема для определения шума на рабочем месте: 1 — производственное помещение; 2, 3, 4 — технологическое оборудование; 5 — акустический экран; 6 — расчётная точка (рабочее место)
В расчётах принято О = 2п, так как полупространство ограничено корпусом станка. Принято также, что энергия звука, проходящая через ограждения, намного меньше, чем дифрагированный звук. Поэтому в расчётах она не учитывается. Звук поступает в РТ через рёбра ограждения. Акустическая мощность на ограждении:
(3)
W = 1огр -íl - a )S , Вт,
огр под \ ^огр)~^огр' '
где аогр — коэффициент звукопоглощения отражающей конструкции со стороны источника шума;
S(>rp — площадь ограждения.
Звук, дифрагирующий через i-e ребро ограждения и попавший в РТ, в предположении, что ребро является линейным излучателем звука:
W l
ip = arctg —, пр 2п/а 2а
(4)
'/' 2 2
где | — длина /-го ребра, м; г2 — расстояние от ребра до РТ (принимая, что расстояния от каждого из рёбер до РТ одинаковы).
Если звуки проникают в РТ через п рёбер, то
1огр =У I .
пр L-i npi i=1
Подставив (2)-(4) в (5), получим:
n W íl - a )S i
ipp = ¿ ист}_ огр arctg.
2Па 2п/а
2а
(5)
(6)
/=1 £.1111 ^111/12 <-<2 Предполагается, что близрасположенные отражающие поверхности являются простыми излучателями звука и по всей их площади расположены точечные источники звука. Звук, падающий на отражающую поверхность:
I об = '' ист
пад~ 2пг2
об
где гоб — расстояние от источника шума до близрасположенного оборудования, м.
1
Акустическая мощность, излучаемая отражающей поверхностью:
/ = Ооб (1 - а0б), (8)
где Боб — площадь излучаемой поверхности, м2 ; аоб — коэффициент звукопоглощения отража-
ющей поверхности. Звук в РТ от 1-го близрасположенного станка:
Гб = Шоб агйд-
аоб,Ьоб,
отр паобЬоб!
(9)
2^4^, + Ь1б1 '
где ао6Ьо6 — линейные размеры отражающей поверхности, м; г, — расстояние от отражающей
поверхности до РТ, м.
Для т близрасположенных станков отражающий звук:
т
о = Х С,. (10)
Тогда:
п / (1 - а то. arctg
аобЬоб
2гу[4г?а
2-2 + Ь2
об ^ и об
После некоторых преобразований получено:
I = 4/
1РТ ^'"ист
X
(1 - аогр )Sоl
п2г2/,г
/
(1 - аоб)
2г ^
arctg
аоб,Ьоб,
1 2п2гб 2г^г2 + а2об + ьоб В,
(11)
(12)
где \/ст — акустическая мощность источника, Вт; Фпом — коэффициент, учитывающий неравномерность звукового поля внутри ограждения; Впом — акустическая постоянная внутри замкнутого ограждающего объёма, м2.
В =—ог^, о 1 - а ' 2. ^
где А — эквивалентная площадь помещения, м2; аог„ — средний коэффициент звукопоглощения.
Прологарифмировав обе части, получим следующее выражение:
тРт = + 10|д
£ ^^ агс1д-/Г +£ агС:д
^ п2г, /,г2 2г, ,=1 2п2г
аоб,Ьоб,
,=1
„2 2 'об
2 + а2
+ Ь2
В
+ 6, дБ, (13)
где / — уровни акустической мощности источника, дБ.
Для практических целей удобнее пользоваться октавными или третьоктавными уровнями звукового давления, которые фактически измеряются при проведении экспериментальных исследований. Поэтому выражение (13) приведено к виду
¿р.т = 1р -201д(г + Т) + 5 +101д
^ (1 - аоб) П
/
.(! - аоб).
агйд^ + aгctg
аЬ
2г
2г
об
2гобГ + а2 + Ь2
(14)
1,3а2п -2,3ап +1 а S
где 1-р — уровни звукового давления, дБ; ап5п — коэффициент звукопоглощения и площадь (м2)
производственного помещения; П — высота экрана, м.
Пример расчёта шума на рабочем месте или ограждении зоны резания экраном выполнен при уровнях звукового давления, измеренных непосредственно в рабочей зоне модельного станка (табл. 1).
+
+
+
Таблица 1
Уровни звукового давления в рабочей зоне модельного станка
Частота, Гц 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Уровни звукового давления, дБ 75 78 80 87 89 85 83 82 81
Уровни звукового давления при установке экрана, дБ 66 67 70 76 78 72 70 68 63
Санитарные нормы, дБ 107 95 87 81 78 75 73 71 69
Заключение. Результаты расчётов показали, что для рассмотренного источника шума предлагаемый экран обеспечивает выполнение санитарных норм в рабочей зоне. Следует отметить, что только в пятой октаве со среднегеометрической частотой 500 Гц уровни звукового давления в рабочей зоне фактически равны предельно допустимому значению. На практике можно повысить акустическую эффективность экрана, увеличив его высоту. Библиографический список
1. Шамшура, С. А. Математическая модель шумообразования виброударного упрочнения лонжеронов вертолётов / С. А. Шамшура, С. Н. Шевцов, А. Н. Чукарин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2009. - Т. 9, № 2 (41). - С. 217-223.
2. Чукарин, А. Н. Моделирование вибраций акустической системы стендов при динамических испытаниях / А. Н. Чукарин, С. А. Шамшура // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2009. — Т. 9, № 3 (42). — С. 427-433.
3. Шамшура, С. А. Теоретическое исследование виброакустических характеристик при динамических испытаниях на циклическую прочность / С. А. Шамшура, И. В. Богуславский, А. Н. Чукарин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 11, № 10 (61). — С. 1857-1866.
4. Kurze, U.-J. Noise Reduction by Barriers / U.-J. Kurze, // Acoustical Society of America. — 1974. — Vol. 55, № 3. — Pp. 504-508.
5. Kurze, U.-J. Sound Attenuation by Barriers / U.-J. Kurze, G.-A. Anderson // Applied Acoustics. — 1971. — № 4. — Pp. 35-53.
6. Maekawa, Z. Noise Reduction by Screen of Finite Size / Z. Maekawa // Memoirs of the Faculty of Engineering, Kobe University. — 1966. — Pp. 1-12.
7. Методы и средства снижения шума мелиоративных машин / Л. Ф. Дроздова [и др.]. — Москва : ЦНИИТЭИстроймаш, 1984. — 70 с.
8. Градостроительные меры борьбы с шумом / Г. Л. Осипов [и др.]. — Москва : Стройиз-дат, 1975. — 215 с.
9. Иванов, Н. И. Расчёт эффективности малых акустических экранов / Н. И. Иванов, М. М. Самойлов // Проблемы шумозащиты. Днепропетровск, — 1980. — С. 21-23.
10. Техническая акустика транспортных машин : справочник / Л. Г. Балишанская [и др.] ; под ред. Н. И. Иванова. — Санкт-Петербург : Политехника, 1992. — 365 с.
Материал поступил в редакцию 10.01.2014.
References
1. Shamshura, S. A., Shevtsov, S. N., Chukarin, A. N. Matematicheskaya model shumoobra-zovaniya vibroudarnogo uprochneniya lonzheronov vertoletov. [Mathematical model of noise generation of vibro-shock hardening of helicopter longerons.] Vestnik of DSTU, 2009, vol. 9, no. 2 (41), pp. 217223 (in Russian).
2. Chukarin, A. N., Shamshura, S. A. Modelirovaniye vibratsiy akusticheskoy sistemy stendov pri dinamicheskikh ispytaniyakh. [Modelling of vibrations of products and cables at dynamic tests.] Vestnik of DSTU, 2009, vol. 9, no. 3 (42), pp. 427-433 (in Russian).
BecTHUK firry. 2014. T. 14, № 1 (76)
3. Shamshura, S. A., Boguslavskiy, I. V., Chukarin, A. N. Teoreticheskoye issledovaniye vi-broakusticheskikh kharakteristik pri dinamicheskikh ispytaniyakh na tsiklicheskuyu prochnost. [Theoretical study on vibroacoustics under dynamic test cyclical strength.] Vestnik of DSTU, 2011, vol. 11, no. 10 (61), pp. 1857-1866 (in Russian).
4. Kurze, U.-J. Noise Reduction by Barriers. Acoustical Society of America, 1974, vol. 55, no. 3, pp. 504-508.
5. Kurze, U.-J., Anderson, G.-A. Sound Attenuation by Barriers. Applied Acoustics, 1971, no. 4, pp. 35-53.
6. Maekawa, Z. Noise Reduction by Screen of Finite Size. Memoirs of the Faculty of Engineering, Kobe University, 1966, pp. 1-12.
7. Drozdova, L. F., et al. Metody i sredstva snizheniya shuma meliorativnykh mashin. [Methods and techniques of noise abatement of reclamation machines.] Moscow : TsNIITEIstroymash, 1984, 70 p. (in Russian).
8. Osipov, G. L., et al. Gradostroitelnyye mery borby s shumom. [Town-planning noise control measures.] Moscow : Stroyizdat, 1975, 215 p. (in Russian).
9. Ivanov, N. I., Samoylov, M. M. Raschet effektivnosti malykh akusticheskikh ekranov. [Efficiency calculations of small acoustic baffles.] Dnepropetrovsk : Problemy shumozashchity, 1980, pp. 21-23 (in Russian).
10. Balishanskaya, L. G., et al., Ivanov, N. I., ed. Tekhnicheskaya akustika transportnykh mashin : spravochnik. [Acoustic engineering of transport machines : reference guide.] Saint Petersburg : Politekhnika, 1992, 365 p. (in Russian).
CALCULATION SPECIFICATION OF ACOUSTIC SCREENS LOCATED IN PRODUCTION AREA*
V. A. Bondarenko, I. V. Boguslavskiy, S. S. Podust
Acoustic screens are one of the means to provide sound insulation and noise reduction on its path from the source to the target point (TP, the workplace). The advantages of the acoustic screens are constructive simplicity, light weight, and relatively low cost A distinctive feature of an acoustic screen as a sound insulation system is that the area of maximum attenuation is located in close proximity to the screen. The efficiency effect of the screens is determined by the following factors: -a small size of the noise source;
- the conversion of high-frequency components of the source noise spectrum;
- the location of the work area outside the technological machine;
- a short distance from the noise source to the operator's station.
AH that fully applies to the equipment for various applications, in particular, for the metal and woodworking machinery (lathe, milling, grinding), gear-boxes, and engines on the running sites. The existing detailed screen calculations are designed for screen installation. At free atmosphere, the formation of the acoustic field under the screen installation inside the production areas differs essentially due to the multiple reflections of sound waves. The studies on the acoustic performance of screens inside the production are resulted in the paper. Keywords: acoustic screens, screen parameter analysis, manufacturing premises.
* The research is done within the frame of the independent R&D.
97
