Работа № 4 ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ И ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ

Работа № 4 ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ И ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ

Цель работы – научиться рассчитывать и проектировать защитные средства звукоизоляции и звукопоглощения, приобрести практические навыки в проведении измерений характеристик звукоизоляции и звукопоглощения конструкционных материалов.

Общие сведения

Работа производственного оборудования, средств транспорта, бытовой техники зачастую сопровождается излучением шума чрезмерно высокого уровня, вредно воздействующего на человека. Поэтому для создания безопасных условий жизнедеятельности необходимо применение мер защиты от шума. В данной лабораторной работе рассматриваются вопросы вредного воздействия шума на человека, нормирования, измерения и расчета характеристик шума и эффективного использования защитных средств.

Рассмотрены основные свойства звуковых излучений, определяющих вредное воздействие шума на человека. Основное внимание уделено вопросам нормирования шума, а также защитным мерам от вредного воздействия шума на человека. Дано описание основных методов измерений шумовых характеристик.

Шум относится к числу наиболее распространенных вредных производственных факторов. Из каждых восьми человек, работающих в промышленности, лишь один работает в условиях допустимой шумности. У работников «шумных» профессий наблюдаются как профессиональная тугоухость, так и повышенная частота заболеваний сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта. Шум средств транспорта и бытовых приборов также создает серьезную угрозу здоровью человека.

Производственным шумом называют нежелательный беспорядочный, неконтролируемый набор звуков различной частоты и интенсивности, вредно воздействующих на здоровье работающих, снижающих производительность и качество их труда и являющихся косвенной причиной производственного травматизма. Различные по частоте (высоте тона) и интенсивности (громкости) звуки распространяются со звуковой скоростью в виде продольных колебаний в упругой воздушной среде и действуют на рабочих местах, в рабочих зонах обслуживания производственного оборудования, а также в жилых помещениях и на прилегающих к ним территориях жилой застройки.

В большинстве (более чем в 90%) случаев шум возникает в результате механических колебаний деталей машин (металлорежущие станки, штампы, прессы, электродвигатели, трансформаторы и т.п.) и образования при этом волн разрежения-сжатия в прилегающих к колеблющимся поверхностям слоях воздуха. В других случаях причиной звукообразования являются динамические процессы в газах и жидкостях в проточных частях энергетических машин (турбины, компрессоры, ДВС, промышленные и бытовые вентиляторы и т.п.), приводящие к образованию ударных волн, «гидравлических ударов» и турбулентных вихрей.

К области шума относятся звуковые колебания в пределах частот от 22, 5 до 11300 Гц (более низкие частоты относятся к инфразвуку, а более высокие – к ультразвуку, которые также могут вредно воздействовать на здоровье и работоспособность человека). Амплитуду звукового давления величиной 2·10^-5 Па называют порогом слышимости, а амплитуду величиной 20 Па – порогом болевого ощущения.

Орган слуха человека отличается большой неравномерностью характеристики восприятия: низкочастотный и высокочастотный звуки, воспринимаемые на слух как звуки одинаковой громкости, могут различаться по звуковому давлению в 10 раз и более. В такой же мере неравномерно и вредное, раздражающее воздействие шума на человека: с увеличением частоты опасность шума возрастает. В связи с этим в нормативных документах предписаны предельно допустимые уровни шумового воздействия на человека, имеющие разные значения, тем меньшие, чем выше частота шума, для каждой из 9 октавных полос со среднегеометрическими частотами: f_сг=31, 5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц, ограниченных сверху и снизу соответственно верхней f_в и нижней f_н граничными частотами. При этом значения f_в, f_н и f_сг связаны между собой соотношениями: f_в=2f_н; f_сг= ; ; - таким образом, верхняя и нижняя граничные частоты области шума: 8000· =11300 Гц и 31, 5/ =22, 5 Гц; а, например, октавная полоса со среднегеометрической частотой 1000 Гц занимает область частот от 707 до 1414 Гц.

Октавные уровни звукового давления выражаются в децибелах (дБ) и вычисляются по формуле:

L =20 lg (p_ср/p_о)

(1)

где р_ср – среднеквадратическое звуковое давление, Па, определяемое по значению амплитуды звукового давления р_амп;

р_ср= р_амп ;

р_о= 2·10^-5 Па – пороговое звуковое давление.

Таким образом, уровень интенсивности шума, от порога слышимости до порога болевого ощущения изменяется в пределах: 0-120 дБ. Шумомер (измерительный прибор) в режиме измерений октавного уровня звукового давления показывает значение энергетической суммы звуковых давлений, создаваемых в расчетной точке (РТ) всеми частотными составляющими шума, от верхней до нижней граничных частот данной октавной полосы. Шумовая характеристика рабочего места определяется 9 значениями октавных уровней звукового давления в соответствующих стандартных октавных полосах частот.

Для ориентировочной оценки шумовой обстановки нормативные документы предлагают использовать показатель, называемый уровнем звука, который выражается в “децибелах А” (дБА) и вычисляется по формуле:

L_A = 20 lg (p_A/p_o)

(2)

где р_А – скорректированное по шкале «А» шумомера звуковое давление, Па; р_о = 2·10^-5 Па.

В режиме измерений уровня звука шумомер показывает энергетическую сумму всех частотных составляющих шума, от 22, 5 до 11300 Гц, скорректированных следующим образом: в уровень каждой частотной составляющей вносится поправка, зависящая от значения частоты. Например, на частоте 63 Гц уровень частотной составляющей ослабляется на 26 дБ, на частоте 1000 Гц поправка равна 0, а на частоте 2000 Гц уровень составляющей усиливается на 1 дБ. Считается, что уровни звука, выраженные в дБА, соответствуют субъективному воздействию шума на человека.

Формула энергетического суммирования, по которой определяется суммарный октавный уровень звукового давления, дБ или звука, дБА имеет вид:

(3)

где n-общее число суммируемых уровней; L_i-уровень звукового давления или звука i-го члена суммы.

Для случаев, когда действие шума на человека на рабочем месте, в рабочей зоне носит изменяющийся во времени характер, нормативные документы требуют определения дозы шума, полученной человеком в течение рабочего дня или более коротких отрезков времени действия шума переменного уровня, которая выражается в эквивалентных октавных уровнях звукового давления и вычисляется по формуле:

(4)

где Т – период времени, за который определяется доза шума; L_i – октавный уровень звукового давления, действующий в течение временного отрезка t_i; .

Доза шума, выражаемая в дБА, вычисляется по этой же формуле (4) (под знак суммы подставляются значения L_Ai эквивалентного уровня звука, дБА), имеет стандартное обозначение L_экв и называется эквивалентным уровнем звука.

Установленные нормативными документами допустимые октавные уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для основных наиболее типичных видов трудовой деятельности человека, учитывающие категории тяжести и напряженности труда, а также проникающего шума в помещениях жилых и общественных зданий и шума на прилегающей территории жилой застройки приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест, для помещений жилых и общественных зданий и территории жилой застройки

№ п/п	Вид трудовой деятельности, рабочее место	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука и эквива-лентные уровни звука в дБА
31, 5
	Творческая деятельность, руководящая работа с повышенными требованиями, научная деятельность, конструирование и проектирование, программирование, преподавание и обучение, врачебная деятельность. Рабочие места в помещениях дирекции, проектно-конструкторских бюро, расчетчиков, программистов вычислительных машин, в лабораториях для теоретических работ и обработки данных, приема больных в здравпунктах
	Высококвалифицированная работа, требующая сосредоточенности, административно-управленческая деятельность, измерительные аналитические работы в лаборатории; рабочие места в помещениях цехового управленческого аппарата, в рабочих комнатах конторских помещений, в лабораториях
	Работа, выполняемая с часто получаемыми указаниями и акустическими сигналами; работа, требующая постоянного слухового контроля; операторская работа по точному графику с инструкцией; диспетчерская) работа. Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону; машинописных бюро, на участках точной сборки, на телефонных и телеграфных станциях, в помещениях мастеров, в залах обработки информации на числительных машинах
	Работа, требующая сосредоточенности; работа с повышенными требованиями к процессам наблюдения и дистанционного управления производственными циклами. Рабочие места за пультами в кабинах наблюдения и дистанционного управления безречевой связи по телефону, в помещениях лабораторий
	Выполнение всех видов работ (за исключением перечисленных в пп. 1-4 и аналогичных им) на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий
	Классные помещения, учебные кабинеты, учительские комнаты, аудитории школ и других учебных заведений, конференц-залы, читальные залы библиотек
	Жилые комнаты квартир, жилые помещения домов отдыха, пансионатов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, спальные помещения в детских дошкольных учреждениях и школах-интернатах
	Территории, непосредственно прилегающие к жилым домам, зданиям поликлиник, зданиям амбулаторий, диспансеров, домов отдыха, пансионатов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, детских дошкольных учреждений, школ и других учебных заведений, библиотек			с с	7ч 23ч	до до	23ч 7ч

Запрещается даже кратковременное пребывание человека в зонах с октавными уровнями свыше 135 дБ. В зонах меньшей шумности разрешается пребывание человека в течение отрезка времени, величина которого определяется, исходя из допустимой дозы шума.

Нормативные документы требуют ежегодного проведения измерений шумовых характеристик рабочих мест, рабочих зон и проведения внеочередных измерений в случаях изменения шумовой обстановки. Превышение действующего уровня звукового давления над допускаемым, хотя бы в одной октавной полосе частот и хотя бы на 1 дБ, считается недопустимым, и нормативные документы требуют принятия мер к снижению шумности на данном рабочем месте или в рабочей зоне.

Нормативные документы требуют от предприятий-изготовителей на территории РФ установления паспортных шумовых характеристик машин-источников шума в виде уровней звуковой мощности в стандартных октавных полосах частот, дБ, вычисляемых по формуле:

L_p = 10 lg(P_ср/P_o),

(5)

где Р_ср – среднеквадратическая звуковая мощность машины на частотах данной октавы, Вт; Р_о=10^-12 Вт – пороговая звуковая мощность.

По известной паспортной шумовой характеристике машины, например, на стадии проектирования нового производственного участка, вычисляются ожидаемые октавные уровни звукового давления в расчетной точке (РТ) по формуле, дБ:

L = L_p-10lg(S_t/S₁) + K

(6)

где L_p – октавный уровень звуковой мощности машины; S_t - площадь измерительной поверхности, окружающей машину и проходящей через РТ (обычно принимается S_t =2π R² – площадь полусферы, где R – расстояние от центра машины до РТ, м); S₁ =1м²; К – акустическая постоянная производственного помещения, дБ, вычисляемая по формуле:

K = 10lg(1+4S_t(1-ά )/A)

(7)

где А – эквивалентная площадь звукопоглощения ограждающих поверхностей помещения (стен, пола и потолка), м²; ά –усредненный по ограждающим поверхностям коэффициент звукопоглощения, связанный с А соотношением:

А = S_v·ά; S_v – суммарная площадь ограждающих поверхностей помещения, м².

Для открытых площадок принимается К=0.

Если в помещении шум создают несколько машин, то суммарные октавные уровни звукового давления в РТ вычисляются по формуле (3) энергетического суммирования октавных уровней звукового давления, создаваемых в РТ каждой из машин-источников шума.

И если рассчитанные таким образом ожидаемые октавные уровни звукового давления в РТ превышают допускаемые нормативные уровни, хотя бы в одной октаве и хотя бы на 1 дБ, то на стадии проектирования данного производственного участка необходимо предусмотреть меры к снижению шума.

Защита работающих от шума при разработке и модернизации технологических процессов, проектировании производственных участков, зданий и сооружений и организации рабочих мест осуществляется техническими средствами и организационными мероприятиями.

К техническим средствам защиты от шума относятся:

-выбор наименее шумных технологических процессов и оборудования;

-борьба с шумом в источниках звукообразования (например, некоторое снижение корректированного уровня звуковой мощности зубчатой передачи, на 1-3 дБА, достигается повышением класса чистоты и точности изготовления, использованием «незвучных» конструкционных материалов, улучшения режима смазки, уменьшения модуля зацепления, применения косозубого и шевронного зацеплений вместо прямозубого зацепления, применения подшипников скольжения вместо подшипников качения);

-ослабление интенсивности шума на путях его распространения с помощью звукоизолирующих и звукопоглощающих устройств (звукоизолирующих кожухов, кабин наблюдения и дистанционного управления, глушителей шума в вентиляционных воздуховодах и выпускных отверстиях пневмоцилиндров, звукопоглощающих облицовочных конструкций на основе волокнисто-пористых материалов (минеральная вата, стекловолокно и т.п.), устанавливаемых на ограждающих поверхностях производственного помещения);

-средства индивидуальной защиты (наушники, шлемы, ушные пробки и т.п.).

Для ограничения вредного действия шума проводятся следующие организационные мероприятия:

-выбор рационального режима труда и отдыха, предусматривающего ограничение шумового воздействия, введение перерывов на отдых в течение рабочей смены;

-регулярное медицинское освидетельствование работников «шумных» профессий;

-применение знаков безопасности, которыми обозначаются зоны повышенной шумности.

Проведение перечисленных организационных мероприятий безусловно необходимо, поскольку снижает опасность нарушения состояния здоровья работников «шумных» профессий, однако его следует рассматривать как обязательное дополнение к применению комплексов технических средств, обеспечивающих действенную защиту работающих от шума.

Борьба с шумом в источниках звукообразования, требующая освоения выпуска машин в малошумном исполнении, дает наибольший положительный результат, который достигается многолетними усилиями больших коллективов высококвалифицированных специалистов и за счет таких больших материальных затрат, что до настоящего времени применение этого метода ограничивается машинами массового производства (например, электрические машины, автомобили, вентиляторы).

Звукоизолирующие устройства характеризуются как наиболее эффективные, простые и экономичные средства защиты от шума, которые следует применять всегда, когда это оказывается возможным.

Характеристика звукоизоляции плоской однослойной перегородки – элемента конструкции звукоизолирующего укрытия – рассчитывается по формуле, дБ:

∆ L_расч = G – H·lg ψ

(8)

где G и H-коэффициенты звукоизоляции (табл. 2); ψ = f_кр/f_сг – коэффициент частоты; f_сг – среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц; f_кр – критическая частота (резонансная частота поперечных колебаний перегородки), Гц, вычисляемая по формуле:

f_кр=

(9)

где t – толщина перегородки, м; С_пр – скорость распространения продольных звуковых волн в материале перегородки, м/с (табл.2).

Таблица 2 - Коэффициенты частоты и скорость продольных звуковых волн в различных конструкционных материалах

Материал перегородки	Скорость продоль-ной звуковой волны С_пр 10³, м/с	Коэффициент частоты
Ψ ≥ 4	4 > Ψ ≥ 2	2> Ψ ≥ 1, 6	1, 6> Ψ ≥ 1	1> Ψ ≥ 0, 5	Ψ < 0, 5
Коэффициент звукоизоляции
G H	G H	G H	G H	G H	G H
Сталь	5, 2	43 13, 3	39 6, 7	30 23, 3	30 23, 3	30 30, 0	31 26, 7
Алюминиево-магниевые сплавы	5, 1	36 13, 3	34 10, 0	22 30, 0	22 30, 0	22 26, 7	22 26, 7
Органическое стекло	1, 9	41 13, 3	39 10, 0	36 0	30 30, 0	30 26, 7	30 26, 7
Фанера	2, 1	34 13, 3	30 6, 7	25 10, 0	25 10, 0	25 16, 7	22 26, 7
Стеклопластик	3, 5	36 13, 3	34 10, 0	28 10, 0	28 10, 0	28 16, 7	25 26, 7
Силикатное стекло	4, 0	40 16, 6	40 16, 6	29 19, 9	29 19, 9	29 26, 6	31 19, 9

Например, для стальной перегородки толщиной 10 мм величина f_кр=1230 Гц. Поскольку в октаве со среднегеометрической частотой f_сг=31, 5 Гц коэффициент частоты ψ _{31, 5}=1230/31, 5=39 > 4, то характеристика звукоизоляции перегородки в этой октаве ∆ L_расч=43-13, 3 lg39=21, 8 дБ. Аналогично в октавах со среднегеометрическими частотами: 63, 125, 250, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц характеристика звукоизоляции перегородки соответственно: 25, 8; 29, 8; 33, 8; 36, 4; 32, 1; 36, 3; 44, 7 и 52, 7 дБ.

Характеристика звукоизоляции показывает, на сколько дБ снижаются октавные уровни звукового давления в РТ с помощью звукоизолирующего устройства, изготовленного из данного материала.

Глушители шума, также относящиеся к техническим средствам звукоизоляции, имеют широкое распространение, например, являются неотъемлемой составной частью промышленных и бытовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха, обязательны к применению в изделиях предприятий автомобиле- и авиастроения. Характеристики звукоизоляции глушителей даны в справочниках и каталогах предприятий-изготовителей.

Второе по значимости и распространенности техническое средство снижения уровней шума в производственных помещениях – звукопоглощающие облицовочные конструкции и материалы. С его помощью добиваются увеличения эквивалентной площади звукопоглощения “А” в помещении, на столько, насколько это необходимо для уменьшения значения акустической постоянной “К”, а вместе с тем и уменьшения октавных уровней звукового давления в РТ до значений, удовлетворяющих нормативным требованиям.

Если часть площади ограждающих поверхностей помещения занята звукопоглощающей облицовкой, площадь которой равна S_об_л, то изменившиеся из-за этого значения эквивалентной площади звукопоглощения в стандартных октавных полосах частот вычисляют по формуле, м²:

А* = (S_v - S_o_бл) ά - S_o_бл· α _o_бл

(10)

где S_v – площадь ограждающих поверхностей помещения (для помещения в форме параллелепипеда, длиной l, шириной e и высотой h, S_v = 2(b e+b h+e h), м²); ά и α _o_бл – соответственно усредненный по ограждающим поверхностям помещения коэффициент звукопоглощения и коэффициент звукопоглощения звукопоглощающей облицовки, значения которых по октавным полосам частот даны в табл. 3.

Таблица 3 - Усредненный по ограждающим поверхностям производственного помещения коэффициент звукопоглощения (1-я строка) и типовой коэффициент звукопоглощения звукопоглощающей облицовки (2-я строка )

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
	31, 5
ά	0, 005	0, 01	0, 015	0, 02	0, 025	0, 03	0, 04	0, 05	0, 06
α _o_бл	0, 2	0, 4	0, 5	0, 6	0, 08	1, 0	1, 0	1, 0	1, 0

Средства индивидуальной защиты от шума (наушники, шлемы, ушные пробки и т.п.) обязательны к применению на рабочих местах и в рабочих зонах повышенной шумности, однако эффект от их использования незначителен. Эти средства ни в коей мере не могут рассматриваться как равноценная замена технических средств защиты от шума.

Порядок выполнения работы.

Подключить выход с функционального генератора /ФГ-100/ к входным гнездам «Генератор» стенда «Звукоизоляция и звукопоглощение», регулятор «частота /Гц/» генератора установить в положение «3, 15», умножитель частоты установить в положение «10», переключатель «форма» выходного сигнала установить в положение «~», регулятор «Амплитуда /В/» установить в положение «3/В/», подключить генератор к сети нажатием тумблера на задней панели вверху слева. Должен прослушиваться звук на частоте 31, 5 Гц, излучаемый динамиком стенда.

Нажатием верхней клавиши включить шумомер «VOLTCRAFT» 329. Нажатием клавиш «MAX», «А/С» и « FAST/SLOW» настроить рабочий режим шумомера, при котором на его цифровом индикаторе читаются надписи: «SLOW» и «dBC» (мелким шрифтом). Нажатием нижней клавиши «LEVEL» выбрать рабочий диапазон усиления шумомера, соответствующий показанию цифрового индикатора (крупным шрифтом). Если, например, на индикаторе читается число «70 dBC», то нажатием клавиши «LEVEL» необходимо настроить режим усиления, при котором на индикаторе читаются нижний-верхний пределы усиления «60-90» dBC (в нижней строке мелким шрифтом). Зафиксировать результаты измерения уровня звукового давления по индикатору шумомера и занести его в колонку «Установка б/экрана, Абсолютный уровень шума, дБ», строка «31, 5» Гц. Регулятором и умножителем частоты настроить частоту выходного сигнала генератора 63 Гц, произвести отсчет уровня звукового давления по индикатору шумомера и результат занести в строку «63»Гц отчета. Повторить измерения уровней звукового давления на частотах 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц.

Генератор ФГ – 100 отключить от сети.

Откинуть крышку стенда, совместить отверстие звукоизолирующей коробки с микрофоном шумомера, закрыть крышку стенда, включить генератор в сеть.

Произвести измерения уровней звукового давления на частотах 31, 5 до 8000 Гц. Результаты занести в колонку «Шумозаглушающие материалы. Абсолютный уровень шума, дБ». Выключить генератор и шумомер. В строку «Измеренных на установке характеристик звукоизоляции выбранного образца L экс, дБ» таблицы отчета занести арифметическую разность результатов измерений уровней звукового давления, создаваемого динамиком на микрофоне при свободном распространении звука и при экранировании микрофона звукоизолирующей коробкой.

Произвести расчет характеристики звукоизоляции стенки коробки (материал: фанера, h=8 мм), результаты расчета занести в таблицу отчета и представить на графике.

Сделать выводы о степени согласованности результатов измерений и расчета характеристики звукоизоляции материала коробки.

Общие сведения

Виброизоляция – это колебательное движение материальной точки или механической системы.

Причиной возникновения вибраций являются возмущающие силы, которые возникают при работе машин. Их источниками могут быть движущиеся возвратно-поступательные детали, например, в поршневых двигателях, компрессорах, виброуплотнителях бетонных и асфальтобетонных смесей, пневматических молотах и других виброинструментах и машинах. Возмущающие силы возникают также при вращении неуравновешенных масс, например, роторов электрических машин, паровых и газовых турбин, а также при вращении любых деталей, в которых может появиться дисбаланс или из-за неточности изготовления, или из-за конструктивных особенностей машины.

Вибрации, возникающие при работе машин, при отсутствии защиты передаются на организм человека, вызывая в нем функциональные расстройства. По характеру воздействия на организм различают общую и локальную (местную) вибрации. Общая вибрация организма возникает при передаче колебаний через площадку, основание или пол при работе стоя или через сиденье при работе сидя. Локальные вибрации воздействуют на руки рабочего при работе с механизированным электрическим и пневматическим инструментом или передаются через органы управления машиной при работе на дорожных механизмах, строительных и транспортных машинах.

Отдельные части тела и внутренние органы (например, голова, сердце, желудок, печень) можно рассматривать как колебательные системы с определенной массой и упруговязкими связями. Такие системы обладают собственными частотами колебаний, и при совпадении частоты вибрации (вынужденных колебаний) с этими частотами возникают резонансные колебания, которые особенно опасны для организма человека.

Локальные вибрации вызывают спазмы (сужения) сосудов, изменения в нервно-мышечной системе и костно-суставном аппарате. Ухудшается снабжение кровью пальцев рук, кисти или рук в целом, нарушается тактильная чувствительность кожи, уменьшается подвижность суставов, возникают боли в суставах, руки становятся более чувствительными к холоду. Эти симптомы сопутствуют заболеванию, называемому виброболезнью. Виброболезнь — это профессиональное заболевание, которое поддается эффективному лечению только на ранних стадиях. В более тяжелых случаях заболевание приводит к инвалидности.

Нормы вибраций (рис. 1) установлены стандартом (ГОСТ 12.1.012—90 (1996) ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования). Этим стандартом установлены допустимые среднеквадратичные значения виброскорости и допустимые уровни виброскорости: локальной вибрации 1, общей вибрации транспортной 2, транспортно-технологической 3, технологической 4.

Диапазон частот вибраций разбивается на октавные полосы со среднегеометрическими частотами 1, 2, 3, 4, 8, 16, 31, 5, 63, 125, 250, 500, 1000, Гц.

Среднегеометрическая частота , где f₁ и f₂ — граничные частоты полосы; в октавной полосе f₂=2f₁. Частота f=1/T, Гц, где T — период колебаний, с. Угловая частота ω =2π f.

Кроме частоты, вибрацию характеризуют следующие параметры: А_т — амплитуда смещения, м; V_m — амплитуда скорости, м/с; а_т — амплитуда ускорения, м/с².

В практике виброакустических исследований вибрации оцениваются не амплитудными значениями параметров, а действующими значениями, т. е. средними квадратичными значениями мгновенных значений параметра.

При гармонических колебаниях средние квадратичные значения виброскорости и виброускорения можно выразить через амплитудные значения соответственно ; .

Виброскорость и виброускорение принято выражать в уровнях параметра относительно условного нулевого порога. Уровень параметра — это логарифмическое отношение абсолютного значения параметра к пороговому (опорному) значению, выбранному в качестве начала отсчета.

Уровень виброскорости L_V=10lg(V²/V₀²)=20lg(V/V₀) дБ, уровень виброускорения L_a=20lg(a/a₀)дБ; V₀=5·10^-8 м/с и а₀=3·10^-4 м/с² — пороговые значения виброскорости и виброускорения.

Защита от вибрации

Одним из способов защиты работающих от вибрации является виброизоляция машин. Под виброизоляцией понимают установку машины на амортизаторы, т. е. на упругие элементы, пружинные или резиновые, обладающие небольшой жесткостью. С применением амортизаторов уменьшается передача вибраций от машины на основание. Передача вибраций зависит от соотношения частот — собственной частоты колебаний системы и частоты вынужденных колебаний. Собственная частота колебаний машины, установленной на амортизаторы, определяется свободными колебаниями, возникающими при отсутствии возмущающих сил. Свободные колебания происходят с собственной частотой ω _о, которая зависит только от параметров системы: , где К — жесткость амортизаторов, Н/м;

т — масса машины, кг.

Частота вынужденных колебаний определяется частотой возмущающей силы. Если возмущающая сила возникает из-за вращения неуравновешенной массы с угловой скоростью ω, то частота вынужденных колебаний равна ω, при этом смещение машины изменяется по гармоническому закону а=А_msinω t, где а— смещение машины, м; А_m -амплитуда смещения, м; ω — частота вынужденных колебаний, 1/с.

Амплитуда колебаний в установившемся режиме

(1)

где F_m – амплитуда возмущающей силы, Н; µ - коэффициент передачи.

Коэффициент передачи — это отношение силы, передающейся через пружины на основание, к амплитуде возмущающей силы. Коэффициент передачи зависит от соотношения частот:

(2)

В этой формуле F_осн – амплитуда силы, действующей на основание.

При изменении частоты вынужденных колебаний от 0 (машина не работает) до определенной постоянной величины (заданная скорость вращения вала двигателя) коэффициент передачи сначала увеличивается и при совпадении частот ω /ω _о =1 стремится к бесконечности. При этом возникает резонанс колебаний, а амплитуда резко возрастает. Затем коэффициент передачи с ростом ω уменьшается, амплитуда колебаний при этом также уменьшается. Коэффициент передачи дважды принимает значение µ=1 при ω =0 и при ω /ω _о= .

Когда , коэффициент передачи µ< 1, при этом вибрации, передающиеся на основание через амортизаторы (пружины), становятся меньше вибраций, передающихся от машины, установленной без амортизаторов на основание. Амортизаторы подбирают с запасом, чтобы отношение частот получалось больше трех ω /ω _о ≥ 3. При таком отношении частот амортизаторы считаются эффективными, коэффициент передачи тогда принимает значение µ ≤ 1/8.

Уменьшение передачи вибраций от машины на основание путем установки ее на амортизаторы называется виброизоляцией машин.

Благодаря виброизоляции машин уменьшаются вибрации на рабочих местах, расположенных вблизи от машины, но вибрации самой машины могут оставаться достаточно большими.

Виброизоляция машины может быть определена расчетом. Расчет амортизаторов проводится в следующем порядке. Исходными данными для расчета являются параметры вибраций: амплитуда виброскорости (или амплитуда смещения и виброускорения), частота вынужденных колебаний, число и параметры пружин, массы машины с основанием и фундаментной плиты. Жесткость пружинных амортизаторов (Н/м) определяется по формуле:

(3)

где G — модуль сдвига стали, Н/м²; d — диаметр проволоки пружины, м; D — диаметр пружины, м; i — число витков пружины; n— число пружин.

Собственная частота колебаний

(4)

где m₁ — масса машины с основанием, кг; т₂ — масса фундаментной плиты, кг.

Угловая частота вынужденных колебаний (1/с), ω = 2π f, где f — частота вынужденных колебаний, Гц. Коэффициент передачи, .

Среднеквадратичное значение виброскорости установки (м/с) без амортизаторов , где V_m— амплитуда виброскорости. Среднеквадратичное значение виброскорости установки с амортизаторами (м/с) V₂=µV₁. Логарифмические уровни виброскорости установки (дБ) без амортизаторов и с амортизаторами соответственно

L₁ = 20lg(V₁/V₀), L₂ = 20lg(V₂/V₀)

(5)

Полученные уровни виброскорости сравниваются с допустимыми уровнями.

Когда частота колебаний рабочего места приближается к собственной частоте колебаний внутренних органов и отдельных частей тела, действие вибраций становится весьма опасным, так как возможно повреждение отдельных частей тела. Особенно опасны вибрации для отдельных органов, прежде всего для головного мозга, с частотой 6... 9 Гц, а для рук — 30...80 Гц.

Гигиеническую оценку вибрации, воздействующей на человека, производят: или частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра; или интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра; или дозой вибрации.

В зависимости от принятого метода гигиенической оценки вибрации нормируются различные гигиенические характеристики вибрации

(ГОСТ 12.1.012—90) и СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация. Вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми являются кинематические параметры: средние квадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни L_v) или виброускорения а — для локальной вибрации в октавных полосах частот; для общей вибрации в октавных и 1/3-октавных полосах частот.

12 3 4 Следующая ⇒