Кабины кранов: экспериментальные исследования виброакустических характеристик

Аннотация

Вилинов И.Е, Раздорский С.А., Смирнов Е.Б.

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.
Ключевые слова: измерения, спектр шум, вибрация, октавные уровни, звуковое давление, скорость, мостовой кран, кабина, звукоизоляция, санитарные нормы

05.02.08 - Технология машиностроения

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.

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.

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).

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).

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).

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

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).

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.

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.