CC BY
6
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ. СТАНДАРТИЗАЦИЯ. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
УДК 656.2 + 06
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-150-151
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ШУМА КАБИНЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КРАНА
М.В. Баланова, С.В. Борисов, В.А. Финоченко
В настоящее время актуально стоят вопросы, связанные с разработкой мероприятий направленных на снижение уровней шума, воздействующего на машинистов кранов на железнодорожном ходу. В данной работе исследуются структурные составляющие шума возникающие в кабинах машинистов железнодорожных кранов, а также закономерности формирования виброакустических характеристик, позволяющие определять их шумовые составляющие. В результате проведенных исследований рассмотрены закономерности формирования виброакустических характеристик в кабинах железнодорожных кранов, учитывающие воздействия структурных составляющих шума и позволяющие в дальнейшем выбрать оптимальную систему шумопоглощения.
Ключевые слова: шум, структурная составляющая шума, кабина машиниста железнодорожного крана.
В настоящее время актуально стоят вопросы, связанные с воздействием шума на машинистов кранов на железнодорожном ходу и, соответственно, разработкой мероприятий по его снижению и доведению до нормативов. Поэтому в данной работе проводится идентификация и исследование составляющих шума, который генерируется оборудованием в кабине железнодорожного крана и негативно влияет на машиниста [1,2].
Рассматривая шум в кабине машиниста крана на железнодорожном ходу и идентифицирую источники его возникновения можно разделить на несколько групп [3,4]. Во-первых, рассматривая среду возникновения и распространения шума его можно разделить на воздушный и структурный. Так на пример, во время движения железнодорожного крана необходимо учитывать динамические силы взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути, а также завихрения потоков воздуха образующихся при движении поездов на высоких скоростях. Проводимыми ранее исследованиями доказано, что интенсивность такого вида шума изменяется в зависимости от профиля железнодорожного пути, кривизны участка, скорости движения. Так же во время движения происходят соударения колеса и рельса на неровностях поверхности, взаимные удары устройств автосцепок. Исходя из чего можно сделать вывод, что шум такой вид шума представляет собой нестационарные случайные импульсные процессы.
Ко второй группе относится шум, генерируемый основным и вспомогательным оборудованием непосредственно крановой установки. К основному оборудованию следует отнести дизель-генераторную установку, тяговые электродвигатели и редукторы, а к вспомогательному - выпрямительные установки, вентиляторы охлаждения, электрические машины и вентиляционно-отопительную систему кабины машиниста. Необходимо учитывать, что генерируемый шум попадает в замкнутое пространство кабины и поэтому его интенсивность зависит как от параметров самой кабины, так и от мощности оборудования и интенсивности его работы. Однако необходимо учитывать, что в этом случае преобладает шум аэродинамического происхождения, который при увеличении скорости вращения растет быстрее, чем его механическая составляющая.
Вот эти две основные составляющие шума необходимо учесть при проведении теоретического анализа. Рассматривая структурную составляющую шума генерируемого в кабине машиниста необходимо учитывать вибрацию элементов ограждения кабины.
Теоретические аспекты исследования структурных составляющих шума. При теоретическом анализе учтём, что исследование процесса шумообразования в кабине на рабочем месте машиниста железнодорожного крана проводится при следующих условиях:
- основные источники шума являются широкополосными излучателями;
- звуковое давление и звуковая мощность от различных источников определяются по принципу энергетического суммирования;
- замкнутый объем характеризуется средним значением коэффициента звукопоглощения;
- шумовые характеристики внутри кабины формируются за счет одновременного воздействия источников воздушного шума (внутренних и внешних) и структурного шума, передаваемого через раму на элементы ограждения кабины.
Кроме этого при оценке структурной составляющей шума условимся, что кабины кранов на железнодорожном ходу представляют собой тонкостенные коробчатые оболочки прямоугольного профиля, внутри которого расположено рабочее место машиниста. Исходя из чего можно сказать, что компоновка кузова железнодорожного крана позволяет аппроксимировать такую конструкцию как систему прямоугольных ограниченных по размерам тонкостенных плоскостей, закрепленных по контуру. Учитывая это можно определить уровни шума на рабочих местах машинистов по следующим зависимостям
Ь = !ш+10
04 +
Л
^П ^{П
+6,
(1)
где Л - количество полос, излучающих звуковую энергию; - скорость колебания соответствующего элемента кузова, м/с; - площадь элемента, м2.
Расчет скоростей колебания стенок кузова, представляющего собой энергетически замкнутую пластинчатую конструкцию с малым коэффициентом потерь колебаний энергии, основан на уравнениях энергетического баланса описанных в [5,6], которые традиционно используются для расчета подобных конструкций
Ш + • С[1 - • Iи
I •^п
= 0
(2)
где ц1п - поток энергии в соответствующих пластинах; 11п - длина линии контакта между пластинами, м; ап - коэффициент передачи энергии между соответствующими полосами; 8„ - коэффициент поглощения энергии в пластине, 1/м; Щ1 - колебательная энергия, вводимая в соответствующую пластину от источника вибрации, Вт*м.
Зависимость для расчета вышеуказанных величин на основе данных работ [7,8,9] приведены к виду
/т п У
где /тп - собственные частоты колебаний соответствующих пластин, Гц; г/ энергии; Си - скорость изгибной волны для пластин:
Си 1,34 1/тп Ь
(3)
коэффициент потерь колебательной
где Е - модуль упругости, Па; р - плотность, кг/м3; ^ - коэффициент Пуассона; к - толщина, м.
Собственные частоты колебаний соответствующих пластин можно определить следующим образом
fm
(1+1)
I12р(1-ц2 )
где т и п - коэффициенты определяющие собственные частоты колебаний, Гц; ^и 12 - длинна и ширина, м.
Ч = z •
(4)
(5)
(6)
для
1тп "^/диф
для
fmn —/диф
21=16 Ч'/т„ pShl
г,= - •
Е1гЛ
3 (1-р2 )
(7)
(8)
'диф ~ ^ у/ )р'
где S - площадь пластин, м2.
Для расчётов коэффициента передачи энергии между элементами кузовных конструкций можно воспользоваться таким подходом определения для Г-образного контакта пластин (рис. 1), исходя из которого для ниже приведённых схем расчетные формулы примут вид:
Лц = 1
а = о.з
йц = 1
Рис. 1. Схема Г-образного контакта пластин
Коэффициент передачи «стенка-остекление» определяется для условий линейного соединения по схеме, представленной на рис. 2.
к1
к2
Рис. 2. Схема линейного соединения «стенка-остекление»
Для этого можно воспользоваться выражением
151
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 7
При этом более 30% т = 2/3.
Общая расчетаая схема железнодорожного крана приведена на рис. 3
Рис. 3. Расчетная схема крана: 1 - передняя стенка; 2 - правая стенка; 3 - задняя стенка; 4 - потолок; 5 - пол;
6 - перегородка между машинным отделением и кабиной; 7 - левая стенка; 8 - остекление передней стенки кабины; 9 - остекление правой стенки; 10 - остекление задней стенки
Исходя из вышеизложенного, аналитические выражения энергетического баланса для расчетной схемы составляющих железнодорожного крана можно записать в следующем виде:
ЧЧСад +«12 '12 + «14 '14 +а15115 +а16 '16 + «17 П7 + «18 '18 (1- Л)) = «81 '18 (1- Л) 98+«21 '12 ?2 + «41 '14 '17
'12 + «23 '23 + «24 '24 +а25 125 +а29 '29 (1- Л)) = «12 '12 ?1+ «32 '23 9з+«42 '24 ?4+ «52 ¿25 ?5+«92 ¿29 (1- Л) Чч
Цз(83Б3 +а32 132 +а34 134 +а35135 +а36 136 +а37 137 +а310 1310 (1- =
«23 '23 ?3+«43 'З4 ?4 + «53 'З5 ?5 + «63 'зб ?6 + «73 'З7 ?7+«103 'З10 (1- ^ ?10 ;
+ «42 ^14 +«42 ^42 +«43 '43 +«46 ^46 +«47 ^47 ) = «14 ^14 ?1+ «24 '24 ?2+«34 'з4 ?3+«64 '46 ?6 + «74 '47
д5(5555 +а51 (15 +а25 '25 +«35 '35 +«56 '56 +«57 '57 ) =
«14 '14 ?1+ +«24 '24 ?2+«34 'з4 ?3+«64 '46 ?6+«74 ¿47 Ч?
Чб^б +«61 ^16 +«63 'зб +«64 ^46 + «65 ^56 ) = «16 '16 ?1+«36 ¿36 ?3 + «46 '46 ?4+ «56 '56 ?6,
+ «71 '17 +«73 '37 +«74 '47 +«75 ^57 ) = «17 '17 +«37 ¿37 ?3 + +«47 '47 ?4 + «57 ¿57 ?7,
д8(5858 + а81 (18 (1- = а18 (18 (1- ^ д9(5959 + а92 (29 (1- Ч)) = «29 '29 (1- Ч) ?2,
10 +«103 'юз
(1- Ч)) = «з
10 'юз
(1- Ч) 9з.
где ^ - коэффициент потерь колебательной энергии в элементе между остеклением и стенкой, N - вводимая в пол вибромощность, определяемая как
N = Д 5-100-05^"3 т^ + £5^ 10005Ьа2"3 т2й2, где 1а1 и 1а2 - уровни виброускорений на лапах двигателя и рельса, Дб, т1 и т2 - масса, приведенная к лапе двигателя к колесу, к1 и к2 - коэффициенты ослабления вибрации при передачи на раму от двигателя и рельсов < 1, к2 <1); I - расстояние между точками крепления двигателя и между осями колесных пар, м.
Основываясь на уравнениях энергетического баланса шумовая характеристика в кабине машиниста железнодорожного крана зависит от скорости и может быть определён по следующей формуле
9
1каб = 10*2 ю'8^™ + 14'6
ь
где V - скорость, м/с,
б
¿м.о. = 10lg^ 101gvmni ^ + 14'6 ь
Заключение. В результате рассмотрены закономерности формирования виброакустических характеристик в кабинах железнодорожных кранов на рабочих местах машинистов, учитывающие воздействия структурных составляющих шума и позволяющие определять шумовые характеристики.
Список литературы
1. Баланова М.В. Физические факторы, воздействующие на надежность работы машинистов кранов на железнодорожном ходу / Т.А. Финоченко, И.Г. Переверзев, М.В. Баланова. Надежность. 2019. №1. С. 36-39. DOI: 10.21683/1729-2646-2019-19-1-36-39.
2. Баланова М.В. Проблемы шумового дискомфорта на рабочих местах машинистов кранов на железнодорожном ходу / М.В. Баланова, И.Г. Переверзев, Т.А. Финоченко, И.А. Яицков // Сб. науч. тр. «Актуальные проблемы и перспективы развития транспорта, промышленности и экономики России» («ТрансПромЭк-2018»). Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т. путей сообщения, 2017. С. 182-184.
3. Методические рекомендации по оценке условий труда для основных профессий ОАО «РЖД» (утв. распоряжением ОАО «РЖД» 19.12.2012 № 2614р) / Финоченко В.А., Финоченко Т.А., Чубарь Е.П., Назимко В.А. Мам-ченко Е.А. // Ростов-на-Дону. 2012. 73 с.
4. Баланова, М. В. Методика и техническое обеспечение проведения экспериментальных исследований по определению шума на рабочих местах / М. В. Баланова, Т. А. Финоченко, И. А. Яицков // Труды РГУПС. 2019. № 1 (46). С. 5-8.
5. Иванов Н.И. Борьба с шумом и вибрациями на путевых и строительных машинах. М.: Транспорт, 1987.
223 с.
6. Колесников И.В. Способы снижения шума и вибраций при проектировании, производстве и эксплуатации железнодорожного подвижного состава / И.В. Колесников, С.Ф. Подуст, С.С. Подуст, А.Н. Чукарин // Монография. М.: ВИНИТИ РАН, 2015. 216 с
7. Борисов Л.П., Гужас Д.Р. Звукоизоляция в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. 256 с.
8. Расчеты на прочность в машиностроении / под редакцией С.Д. Пономарева. М.: Машгиз, 1959. 884 с.
9. Рудиков Д.А., Финоченко В.А. Повышение точности и надежности привода металлорежущего станка по критерию минимизации погрешности ряда // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 3. С. 75-83. DOI 10.24412/2071-6168-2023-3-75-84. EDN NXRNDM.
Баланова Марина Васильевна, канд. техн. наук, доцент, _fmv04@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Борисов Сергей Викторович, начальник бъединенного научно-исследовательского и испытательного центра, аспирант, sergey_080@mail.ru. Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Финоченко Виктор Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, декан, fin@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
STUDY OF THE STRUCTURAL COMPONENT OF THE CABIN NOISE RAILWAY CRANE M.V. Balanova, S.V. Borisov, V.A. Finochenko
At present, there are urgent issues related to the development of measures aimed at reducing noise levels affecting crane operators on the railway. In this paper, we study the structural noise components that occur in the cabs of railway crane operators, as well as the patterns of formation of vibroacoustic characteristics, which make it possible to determine their noise components. As a result of the research, the regularities of the formation of vibroacoustic characteristics in the cabs of railway cranes noise and allowing in the future to choose the optimal noise absorption system.
Key words: noise, structural component of noise, cabin of a railway crane driver.
Balanova Marina Vasilievna, сandidate of technical sciences, docent, _ fmv04@mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Borisov Sergey Viktorovich, joint research and testing center, head of the center, postgraduate, sergey_080@mail.ru. Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Finochenko Victor Anatolyevich, doctor of technical sciences, professor, dean, _ fin@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
