Анализ шумоизолирующих конструкций автотракторных кабин

Расчеты и эксперименты показывают, что увеличение уровня внешнего шума, воздействующего на пол кабины и  ее переднюю стенку (под капотом) за счет отражения, находится в пределах 5...8 дБА. Уменьшить эту добавку можно за счет увеличения среднего коэффициента звукопоглощения в соответствующих зазорах.[2]

 

3.1.2 Оценка звукопоглощения  в кабине

 

Способность материала поглощать  звук характеризуется коэффициентом  звукопоглощения а. Существуют материалы, обладающие повышенной способностью поглощать  падающие на них звуковые волны. Такие  материалы называются звукопоглощающими. Характерным признаком звукопоглощающих материалов служит их проницаемость  для воздуха. Звуковые волны, попадая  на звукопоглощающий материал, вызывают колебания воздуха в его порах. Трение воздуха о материал переводит  часть энергии колебания в тепловую. На звукопоглощаемую способность материала оказывают влияние характер и размеры пор. Поэтому звуковые волны различной длины поглощаются в материале неодинаково.

Коэффициенты звукопоглощения  некоторых материалов, часто встречающихся  при проектировании тракторных кабин, приведены в таблице 

Если панель имеет коэффициент  поглощения звука на какой-либо частоте  α₁, то произведение его на площадь этой панели дает звукопоглощение панели на данной частоте. Обозначается звукопоглощение А₁ и измеряется в м²:

А₁ = α₁*S₁. (3.7.)

Найдя таким образом звукопоглощение всех панелей и разделив на суммарную площадь внутренних панелей кабины, можно определить средний коэффициент звукопоглощения кабины на данной частоте.

Однако в реальной кабине средний коэффициент звукопоглощения  будет несколько большим, т.к. в  ней обычно находится единичные  поглотители: сиденье, водитель и т.д.

Поэтому выражение для  α_ср, имеет вид:

α_ср= (3.8.)

где

А - полная величина звукопоглощения  внутри кабины;

S - суммарная площадь внутренних панелей кабины.

Обычно среднее звукопоглощение  человека принимают равным 
0,4 м², а сиденья - 0,3 м². Поэтому для тракторных кабин:

α_ср= (3.9.)

Так как эффект звукопоглощения  сказывается на высоких частотах, то часто оперируют понятием - общий  уровень высокочастотного шума (уровень  звука), который экспериментально^ определяется шумомером при включенной шкале "А" шумомера. Звукопоглощение кабины в этом случае определяют по приведенным выше выражениям, подставляя вместо α₁ на какой-либо частоте α_ср, равное среднему арифметическому коэффициенту звукопоглощения, начиная с частоты 500 Гц и выше.

Покрытие (облицовка) стенок кабины изнутри звукопоглощающим материалом уменьшает звуковое давление в ней. Ориентировочно снижение уровня звукового  давления в этом случае можно подсчитать по формуле:

ΔL=10lg(₎₌10lg(₎ (3.10)

где

A₁ - звукопоглощение стенок до облицовки звукопоглощающим материалом;

A₂ - звукопоглощение стенок после облицовки звукопоглощающим материалом;

α_ср1 - средний коэффициент звукопоглощения до облицовки;

α_ср2 -  средний коэффициент звукопоглощения после облицовки.

При прикидочных расчетах для кабин, панели которых не покрыты  звукопоглощающими материалами ("черные"), средний коэффициент звукопоглощения  можно брать равным α_ср =0,1-0,15.

Чем больше остекление кабины, тем меньше α_ср. Еcли панели кабины акустически обработаны, т.е. покрыты звукопоглощающими материалами и конструкциями, то коэффициент звукопоглощения можно брать равным α_ср = 0,2-0,3.[2]

 

Таблица 3.3.

Коэффициенты звукопоглощения  материалов и конструкций

Наименование	Частоте
	125	250	500	1000	2000	4000
Стальные листы σ= 0,7^2 мм	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
Стекло σ -3-4мм	0,04	0,03	0,03	0,03	0,02	0,02
Резина σ =5-6мм	0,04	0,04	0,08	0,12	0,03	0,10
Линолеум σ =5мм	0,02	-	0,03	-	0,04	-
Войлок σ =12,5мм	0,05	0,08	0,17	0,48	0,52	0,51
σ =25мм	0,15	0,22	0,54	0,63	0,57	0,52
Шлаковая вата σ =25мм σ =50мм	0,00,2	0,23 0,53	0,53 0,74	0,72 0,78	0,75 0,75	0,77 0,77
Резонансная звукопоглощающая конструкция	0,52	0,54	0,54	0,50	0,41	0,33

 

 

3.2. Расчёт шума в кабине  трактора

 

Возмущения, действующие  на тракторную кабину с остова:

1. Возмущения от неровностей  пути ходовой системы.

Частота воздействия неровностей  на ходовую (и остов) f  (Гц):

f= _, (3.11)

где

v – скорость движения трактора (м/с);

l_H – расстояние между соседними неровностями (м);

Однако до нас всё посчитали. Беру данные из источника [2] таблица 3.1.

Принимаю скорость равной 4 км/ч, тип дороги  - грунтовый. При этих параметрах частота возмущения равна в диапазоне от 0,55 до 1,1 Гц. Принимаю наиболее адекватное реальному типу покрытия значение 0,55 Гц.

2.  Возмущения от трансмиссии

Частотный диапазон возмущений передаваемых остову от трансмиссии  f_T (Гц) :

f_T = _, (3.12.)

где

n_Т – частота вращения валов трансмиссии;

z_ш – число зубьев шестерён;

Ориентируясь на рекомендации  источника [2] принимаем значение z_ш равным 13..20 Гц, а значение n_Т =540 об/мин. Значит

f_T = _{= = 117} Гц. 

3. Возмущения от двигателя.

Частота изменения реакций  на опорах двигателя f (Гц):

f =_, (3.13)

где

m = 4 – число цилиндров

n_g = 2200 об/мин

K = 4 – тактность двигателя

_{= 73,3 Гц}

Определение звукового давления , действующего на панели снаружи

Средний уровень звука тракторного дизеля на расстоянии один метр от блока двигателя

L_(А)дв = 31+10[lg (n³ Р₁^0.05)-lg m_v^1.5] , (3.14)

где n = 2200 об/мин

Р₁= ₌ = 12.42

где v =4.75 м/с

m_v = = 90.5

L_(А)дв = 31+10[lg(2200³ ⋅12,42^0,55) – lg90,5^1,5] = 107,5 дБ

Посчитаем значение L_f для разных частот.

L_f = L_(А)дв - ΔL_f

Таблица 3.4.

частота	250	500	1000	2000	4000	8000
L f	99,5	101,5	104,5	103,5	96,5	84,5

 

Расчеты среднего уровня звука на расстоянии 1 м от корпуса многоступенчатой механической трансмиссии трактора при работе

L_(А)тр= 118+8.3 lg N - 19 lg m_р,

где N - передаваемая мощность, кВт;

m_р- удельная масса трансмиссии, в кг на 1 кН номинальной силы тяги на крюке.

L_(А)тр=118+8.3 ⋅lg59-19lg33=103.9 дБ

N=59 кВт

m_p  =500/15.2 =33

где 15,2 – сила тяги на крюке

Посчитаем значение L_f для разных частот.

L_f = L_(А)дв - ΔL_f

Таблица 3.5.

частота	250	500	1000	2000	4000	8000
L f	91,9	95,9	99,9	98,9	96,9	93,9

 

 

Уровни звука, действующие  непосредственно на панели кабины

L₂=L₁-10lg(₎

принимаем

r₁=1м,  то L₂=L₁-10lg(r₂),

где

r₂ = 1,33м– расстояние от источника шума до точки определения шума

L₂ - уровень звука (звукового давления) на расстоянии г₂ от источника;

L₁ - уровень звука (звукового давления) на расстоянии от источника;

г₁ - расстояние от источника шума до точки, в которой известен (рассчитан) уровень звука.

L₁ найдём из сложения уровней двух основных источников шума  - от трансмиссии и двигателя. Для удобства расчёта воспользуемся рисунком 1.1 из [1].

L₁=107,5 – 103,9 = 3,6 ,

воспользовавшись рисунком , L₁=1,5

значит

L₁=107,5 + 1,5 = 109 дБ

Таким же образом выясним  значение L₁ для разных частот

Таблица 3.6.

частота	250	500	1000	2000	4000	8000
L 1	100,2	102,7	105,8	104,8	99,8	94,4

 

Посчитаем  значение L₂

L₂=109-10lg1,33= 109-1,24=107,76 дБ

Таким же образом выясним  значение L₂ для разных частот

Таблица 3.7.

частота	250	500	1000	2000	4000	8000
L2	98,96	101,46	104,56	103,56	98,56	93,16

 

 

3.3. Экспериментальное определение  уровня шума в кабине трактора.

 

Цель эксперимента: Определение  влияния шумоизоляционного материала на уровень шума в кабине трактора МТЗ-80.

Объект изучения: колёсный трактор МТЗ-80

Использованные материалы:

Латекс мебельный:

800х620х100 – 3 штуки

400х620х100 – 2 штуки

160х100х400 – 1 штука

Поролон:

1300х750х100 – 1 штука

Использованные измерительные  приборы:

рулетка

шумомер Phonic

Используемые вспомогательные  инструменты:

ножницы, нож, клейкая ленты, бичевая нить.

Порядок проведения опыта:

1) Подготовительный этап

обследована кабина  трактора

выявлены  все отверстия  в кабине

выбраны плоскости, для покрытия шумоизоляционным материалом

проведена заделка отверстий  и оконных щелей мебельным  латексом

покрытие потолка поролоном

покрытие пола мебельным  латексом

2) Этап непосредственного  проведения опыта

запуск двигателя трактора и приведение оборотов к номинальному значению n=2200 об/мин

включение шумомера и проведение двух замеров

снятие шумоизолята с потолка и проведение двух замеров шумомером

полное снятие шумоизолята из внутренней кабины трактора  и проведение двух замеров шумомером

3) Обработка материалов

Получены следующие значения:

 

 

 

Таблица 3.8.Полученные значения опыта

Частота, Гц	№опыта	1	2	3	4	5	6
		Уровни шума , Дб
ALL		113.5	113.6	116.1	116.1	116.1	116.1
20		95.8	95.8	86.9	86.9	104.7	104.7
25		100	100	90.9	90.9	108.4	108.4
31.5		95.9	95.9	95.7	95.7	105.6	105.6
40		100.8	100.8	99.6	99.6	114.5	114.5
50		113.4	113.5	116.1	116.1	116.1	116.1
63		92.6	92.6	96.4	96.4	98.5	98.5
80		90.1	90.1	91.3	91.3	93.4	93.4
100		93.8	93.8	93.6	93.6	93.6	93.6
125		88.6	91.1	93.9	93.9	98	98
160		84.5	87.5	90.1	90.1	90.1	90.1
200		76.5	76.5	83.8	83.8	85.7	85.7
250		72.2	72.2	78.2	78.2	81.8	81.8
315		75	75	78.4	78.4	84.7	84.7
400		74.3	74.3	77.2	77.2	86.3	86.3
500		76.3	76.3	80.3	80.3	90	90
630		77.5	77.5	81.1	81.1	89	89
800		74.1	74.1	77.4	77.4	96.8	96.8
1000		76.2	76.2	77.4	77.4	86.5	86.5
1250		75.9	75.9	74.4	74.4	89.2	89.2
1600		76.3	76.3	72.2	72.2	91.3	91.3
2000		73.4	73.4			87.5	87.5
2500		75.8	75.8			88.6	88.6
3150		76.9	76.9			85.5	85.5
4000		77.8	77.8			88.5	88.5
5000		70.1	70.1			80.3	80.3
6300		70.8	70.8			81.9	81.9
8000		70.3	70.3			83.4	83.4
10000		71.1	71.1			77.5	77.5
12500		70.1	70.1			75.6	75.6
16000		65.1	65.1			72.1	72.1
20000		56.8	56.8