CC BY
45
УДК 664.03-752
Исследования шумовых характеристик универсальной кухонной машины
Д-р техн. наук И.Н. Заплетников, [email protected] канд. техн. наук А.В. Гордиенко. [email protected] канд. техн. наук А.К. Пильненко, [email protected]
Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского
83055, Украина, г. Донецк, пр. Театральный, 28
Шумовые характеристики машин существенно влияют на санитарно-гигиенические условия работы обслуживающего персонала производственных цехов предприятий питания. Анализ шумовой характеристики универсальной кухонной машины позволит установить направление совершенствования конструкции для повышения ее технического уровня.
В работе представлены результаты определения уровней звуковой мощности универсальной кухонной машины. Установлены области превышения предельно допустимых значений и источники повышенного шума. Проведен анализ и дана оценка влияния технологических параметров на шумовую характеристику работы универсальной кухонной машины. Ключевые слова: универсальная кухонная машина; шумовые характеристики; просеиватель; взбивальный механизм; овощерезка; многофакторная математическая модель.
Study the noise characteristics of universal kitchen machine
D. Sc. I.N. Zapletnikov, [email protected] Ph. D. A.V. Gordienko, [email protected] Ph. D. A.K. Pilnenko, [email protected]
Donetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky,
83055, Ukraine, Donetsk, street Theatre, 28
Noise characteristics of machines significantly affect the sanitary-hygienic conditions of the service personnel production departments catering. Analysis of the noise characteristics of universal kitchen machine will set the direction of improving the design to improve its technological level. The paper presents the results of the determination of sound power levels universal kitchen machine. Identified areas of exceeding the maximum allowable values and sources of noise. The analysis and the evaluation of the influence of process parameters on the noise performance of the work of the universal kitchen machine.
Keywords: universal kitchen machine; noise characteristics; sifter; usually mechanism; the slicer; multivariate mathematical model.
Современная универсальная кухонная машина (УКМ) производства ООО «Завод «ТОРГМАШ» (Россия) широко используется на предприятиях питания Украины, России, а также стран СНГ. Представляет собой универсальный привод, аналогичный конструкции привода П-П с такими же сменными механизмами, добавлена лишь рыбоочистка. Виброакустические характеристики (ВАХ) УКМ отсутствуют в литературе. Предварительные исследования [1] показывают, что ВАХ УКМ превышают допустимые нормы, а целью данной работы являются исследования шумовых характеристик (ШХ) УКМ и предложения по их улучшению [1, 2].
Целью данной работы являются исследования шумовых характеристик (ШХ) УКМ и предложения по их усовершенствованию.
ШХ машины определялись техническим методом по ИСО 3743-1-94. Определение уровней звуковой мощности источников шума по «звуковому давлению» аттестованным анализатором шума и вибрации «АССИСТЕНТ» по восьми точкам измерительной поверхности [2].
Результаты измерения ШХ привода со сменными механизмами, которые создают наибольший уровень шума среди других сменных механизмов приведены в таблице 1 и 2.
Исходя из полученных результатов можно констатировать возрастание излучаемого уровня шума с увеличением частоты вращения как собственно привода, так и со сменными механизмами при работе привода даже без нагрузки. Предельно допустимая шумовая характеристика (ПДШХ) рассчитывалась исходя из допустимого уровня шума по санитарным нормам для предприятий питания 70 дБА. Наблюдается превышение норм на средних и высоких частотах и по характеристике А.
В результате исследований установлено, что на корректированный уровень звуковой мощности, а также в октавных полосах частот наибольшее влияние оказывает частота вращения сита [3, 4]. С возрастанием частоты вращения сита ШХ просеивателя ухудшаются. К снижению звуковой мощности машины в октавных полосах частот приведет увеличение размера ячеек сита и просеивание продукта с большей плотностью.
Превышение ПДШХ при работе с продуктом происходит на средних частотах от 1 до 7 дБ, высоких частотах 2000 и 4000 Гц от 2 до 4 дБ и на 5-9 дБА по характеристике А [3, 4].
При работе просеивателя с продуктом ШХ несколько ниже, чем без продукта. Это явление можно объяснить лучшей балансировкой сита при наличии в нем продукта. Вид продукта незначительно влияет на ШХ, следует отметить лишь увеличение их на средних частотах с уменьшением размера ячеек сита.
На ШХ привода с овощерезательным механизмом [3, 4] существенное влияние оказывает скорость взаимодействия рабочего органа с продуктом и размеры нарезаемого продукта по всем частотам и по характеристике А.
Таблица 1
Уровни звуковой мощности универсальной кухонной машины УКМ со сменными механизмами без нагрузки
Частота Уровни звукового давления Ь в дБ в октавных Корректи-
Наименование оборудования вращения полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц рованный уровень
выходного вала, об/мин 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 звука А, дБА
Привод УКМ 170 330 42 42 48 51 57 60 68 72 64 68 58 66 47 58 36 51 74 80
Привод с 170 37 51 61 75 69 67 54 41 81
просеивателем 330 39 54 66 76 75 75 67 52 87
Привод со взбивальным механизмом 170 330 47 64 54 66 67 75 69 74 68 74 63 73 51 69 38 60 77 80
Привод с 170 36 44 58 70 65 63 58 42 77
овощерезкой 330 39 51 65 72 69 69 68 52 82
ПДШХ 94 86 79 75 72 70 68 66 77
Превышение над ПДШХ - - - 1 3 5 1 - 10
Таблица 2
Уровни звуковой мощности УКМ при работе под нагрузкой
Частота Уровни звукового давления L в дБ в октавных Корректи-
Наименование оборудования вращения выходного вала, об/мин полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц рованный уровень
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 звука А, дБА
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Привод с просеивателем: - сетка 2,8
пшено 170 41 50 59 69 65 62 59 57 77
330 43 51 69 75 72 66 68 57 82
мука 170 38 49 58 68 68 58 49 42 76
330 42 53 69 74 69 69 61 49 81
- сетка 1,4 170 38 50 60 71 68 55 48 49 77
мука 330 44 56 64 79 73 67 59 49 81
Превышение над 4 1 5
ПДШХ
Привод со взбивальным механизмом: - р= 1000 кг/м3
К=0,45 170 47 51 62 70 69 62 54 51 77
К=0,65 48 51 64 71 69 62 55 49 77
К=0,45 330 53 63 73 74 75 71 70 62 84
К=0,65 53 63 72 76 75 70 67 63 84
- р=1,022 кг/м3 170 51 58 70 66 69 58 49 41 76
К=0,45 К=0,45 330 54 63 73 75 79 71 66 61 85
- р=1,15 кг/м3 52 51 63 69 68 59 50 52 76
К=0,45 К=0,65 170 48,7 54 70 72 70 58 50 49 79
К=0,45 330 59 63 68 75 76 73 66 58 84
К=0,65 54 62 70 78 79 74 70 64 86
Превышение над ПДШХ - - - 3 7 4 2 - 9
Привод с овощерезкой:
- картофель, 170 43 54 60 68 66 58 60 49 74
кружочки 2 мм 330 43 55 68 75 70 68 70 55 82
-брусочки 10x10 мм 330 47 61 72 79 73 70 67 55 83
Превышение над ПДШХ - - - 4 1 - 2 - 6
Влияние на ШХ заполнения бачка привода со взбивальным механизмом [4] возрастает с увеличением плотности жидкости р и частоты вращения взбивателя п, особенно на средних и высоких частотах, а также по характеристике А.
В связи воздействием на ШХ трех независимых факторов возникает необходимость построить многофакторную математическую модель, дающую возможность получить количественную оценку
влияния этих факторов на ШХ машины. Используется метод Бокса-Уилсона вида 2 [5, 6] Переменными
-1 3
факторами приняты: частота вращения взбивателя - х¡, с ; объем продукта в бачке - х2, м и плотность продукта хз, г/л, приведенными в таблице 3.
Таблица 3
Уровни и интервалы варьирования факторов
Уровни XI, с 1 3 Х2, М х3, г/л
Основной 0 31,45 0,011 1,075
Верхний +1 41,45 0,013 1,15
Нижний -1 21,45 0,009 1,0
Интервал варьирования Д 20 0,004 0,15
Таблица 4
Матрица планирования эксперимента звуковой мощности
№ опыта Факторы Значения функций отклика звуковой мощности
XI Х2 хз Ьр, дБА Ьр125, дБ Ьрюоо, дБ Ьр4000, дБ
1 + + + 85,7 62,3 78,7 70,0
2 + - - 84,0 62,7 75,0 69,6
3 + + - 84,0 62,7 75,3 67,0
4 - - - 77,0 51,3 69,0 54,3
5 - + + 79,0 54,0 69,7 50,0
6 - - + 75,7 50,7 68,3 50,0
7 + - + 84,3 62,7 76,3 66,3
8 - + - 77,0 51,0 69,3 55,3
После проверки коэффициентов регрессии и адекватности модели исследуемого процесса получено многофакторное регрессионное уравнение зависимости ШХ от переменных факторов в кодированных (1) и натуральных переменных (2) по корректированному уровню звуковой мощности
У = 80,837 + 3,663 • X! + 0,588 • х2 + 0,338 • х3 + 0,588 • х2 • х3 (1)
Ьр -82,624 + 0,183-и-0,9-К-8,52-р + 0,98-К-р, (2)
где V - объем продукта в бачке, м .
Уравнение (2) в натуральных переменных пригодно для расчета ШХ. Максимальное значение Ьр в пределах диапазона варьирования соответствует 83,28 дБА. Анализ уравнения (1) показывает, что наиболее значим фактор Х1 и менее х2, х3 и парное взаимодействие факторов х2 и х3. На возрастание величины ШХ прямо пропорционально влияет увеличение скорости взбивателя п.
Были получены уравнение регрессии ШХ в октавных полосах среднегеометрических частот в кодированных (3), (5), (7) и натуральных переменных (4), (6), (8) [3, 4].
У =57,18 + 5,43-х, + 0,33-х„ +0,25-х,-0,425-х,-х, + 0,4-х„-х„ (3) р125 1 2 3 1 2 3
Ьр125 = 48,05 + 0,46 •« - 0,47 • К -1,99 • р + 0,67 • К • р (4)
Ур1000 = 72,7 + 3,64х1 + 0,55х2 + 0,55х3 - 0,63 • х> • х3 + 0,4х2х3 (5)
ь 1ЛЛЛ=61,8 + 0,42и-0,53К-2,88р + 0,67Кр (6) рЮОО
V =60,31 + 7,91х1+0,26х_-1,24х.+1,16х1х.+0,66х-х- (7) р4000 1 2 3 13 23
Ь =82,12-0,02«-1,11Г-32,52р + 0,39«р + 1,1Гр (8)
На рис. 1 показаны графики уравнений регрессий (3), (5) и (7). Анализируя уравнения регрессии было выявлено значительное влияние фактора Х1 - частоты вращения рабочего органа на результирующую функцию отклика Ур звуковой мощности. На низкой октавной частоте 125 Гц фактор х1 повышает значение функции отклика на 32,2 или в 1,73 раза при максимальном значении фактора х2, а при минимальном значении х2 повышает значение функции на 67,5 или в 4,9 раза. Фактор х1 так же повышает значения функций звуковой мощности и на средних октавных частотах 1000 Гц на 4 в 1,04 раза при х2макс и на 66,8 в 2,87 раза при х2мин. На высоких октавных частотах 4000 Гц повышается на 126 или в 12,6 раз при х2макс и на 21 в 1,4 раза при х2мин.
На низких и средних частотах влияние фактора х2 (плотность продукта) понижает значения функции звуковой мощности на октавной частоте 125 Гц в среднем на 15 или в 2 раза, а на октавной частоте 1000 Гц в среднем на 20 или в 2,2 раза. На высокой октавной частоте 4000 Гц повышение плотности продукта понижает значение функции звуковой мощности при минимальной частоте вращения рабочего органа, но при максимальной частоте вращения взбивателя значения функции звуковой мощности повышается на 52 или в 1,7 раза [3, 4].
Рис. 1. График поверхности функций отклика ШХ универсальной кухонной машины при работе сменного
механизма для взбивания пищевых продуктов:
а - на частоте 125 Гц; б - на частоте 1000 Гц; в - на частоте 4000 Гц
На низких, средних и высоких частотах на ШХ преобладает влияние частоты вращения взбивателя. Изменение объема перемешиваемой жидкости и плотности продукта, а также совместное действие этих факторов сказывается меньше.
На высоких частотах влияние фактора х2 можно исключить, а увеличение фактора х3 (плотность продукта) может привести к улучшению ШХ за счет увеличения демпфирующей способности виброакустической системы машины на этих частотах.
Факторный анализ работы просеивателя при работе с продуктом проведен с использованием предыдущего метода 2 [5, 6] Уровни факторов и интервалы их варьирования приведены в таблице 5.
Таблица 5
Уровни и интервалы варьирования факторов
Частота вращения сита, Х1, с-1 Плотность продукта, Х2, кг/м3 Размер ячеек сита, Х3, м
Основной 0 9,55 675 0,0021
Верхний +1 12,6 900 0,0028
Нижний -1 6,5 450 0,0014
Интервал варьирования Д1 6,1 450 0,0014
Таблица 6
Матрица планирования эксперимента на низких, средних, высоких частотах и корректированному по А уровню звуковой мощности
№ Факторы Значения функции отклика звуковой мощности
х1 х2 х3 ^Ър^ дБ Lp500, дБ Lp2000, дБ Ър, дБА
1 + + + 51 75 66 82
2 + - - 56 79 67 81
3 + + - 51 72 64 80
4 - - - 50 71 55 77
5 - + + 50 69 62 77
6 - - + 49 68 58 76
7 + - + 53 74 69 81
8 - + - 52 70 63 79
В результате эксперимента получены модели звуковой мощности излучения просеивателя в кодированных и натуральных переменных.
В уравнениях в натуральных переменных отброшены малозначимые члены из аналогичных уравнений в кодированных переменных. Графическая интерпретация уравнений представлена на рисунках 2-4.
У =51,5 + 1,25-х,-0,5-х„-0,75-х„-1,25-х,х„ + 0,25-х„х„ (9)
¿>125 1 2 3 12 23
1р\25 = 49 + 51и + °°24р ~ 8°3'61 ~0005иР + °>4/Р > дБ
Рис. 2. График поверхности функции отклика ШХ на частоте 125 Гц
График поверхности функции отклика (9) ШХ на частоте 125 Гц представлен на рис. 2.
У ... =72,25 + 2,75-х,+0,25-х1х.+1,25-х_х. (10) р500 \ 2 12 13 23
£ 500 =70,75 + 0,45и-0,0042р-1339,3/ + 1,98/р, дБ
Рис. 3. График поверхности отклика ШХ на частоте 500 Гц
У - = 63 + 3,5• х, + 0,75 • х_ -0,75х, -2,25-х.х^ +0,25-х1хо-0,5-х_х, (11)
р2000 1 2 3 12 13 23
~ппп = 52,33 +1,86и + 0,0078р -0,00082«р, дБ р2000
У =79,125+ 1,875-Х- + 0,375-х„ -0,125-х, -0,375-х^ +0,625-х1х, +0,125-хох, (12)
р 1 2 3 12 13 23
Ln =76,2 + 0,31/1, дБ А
где l - размер ячейки, м.
Рис. 4. График поверхности отклика ШХ на частоте 2000 Гц
В результате исследований установлено, что на корректированный уровень звуковой мощности, а также в октавных полосах частот наибольшее влияние оказывает частота вращения сита [7, 8, 9, 10].
С возрастанием частоты вращения сита ШХ просеивателя ухудшается. К снижению звуковой мощности машины в октавных полосах частот приведет просеивание продукта с большей плотностью и увеличение размера ячеек сита. [10, 11] Проведенные исследования шумовой характеристики универсальной кухонной машины позволяют установить направление совершенствования конструкции для повышения ее технического уровня, а также рассчитать ШХ в октавных полосах частот и характеристике А.
Литература
1. Заплетников И.Н. Виброакустические характеристики оборудования предприятий питания и методы их улучшения. Донецк: ДонНУЭТ, 2005.265 с.
2. Иванов И.Н. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом: учебник. М.: Логос, 2013. 432 с.
3. Заплетников И.Н., Кириченко В.А., Гордиенко А.В. Исследование шумовых характеристик универсальной кухонной машины УКМ-11// Актуальш проблеми харчово! промисловосп. Тернопшь: ТНТУ, 2013. С. 4445.
4. Иванов Н. И., Никифоров А.С. Основы виброакустики. СПб.: Политехник, 2000. 428 с.
5. Zapletnikov I.N., Gordienko A.V., Kirichenko V.A., Pilnenko A.K. Noise characteristics of universal kitchen vegetable cutter. The advanced science journal. USA, 2014, pp. 19-22.
6. Адлер О.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 276 с.
7. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. 340 с.
8. Дахов О.Г. Экспериментальное исследование влияния эксплуатационных факторов на виброакустические характеристики овощерезки // Науковi нотатки: мiжвузiвський збiрник (за галузями знань «Машинобудування та металообробка», «1нженерна мехашка», «Металурпя та матерiалознавство»). -Луцьк. 2012. С. 44-49.
9. Дахов А.Г. Расчет шумових характеристик новых машин очистки картофеля // Сучасш технологи харчових виробництв. Дшпропетровськ, 2009. С. 8-12.
10. Дахов О.Г. Моделювання та розрахунки ексилуатацшних характеристик обладнання харчових виробництв // Вюник ДонНУЕТ. Серiя: Техшчш науки: науковий журнал. Донецьк: ДонНУЕТ, 2012. № 1(53). С. 19-24.
11. Шр!ченко В.О. Про змiну вiброакустичних характеристик МОК-350 // Науковi нотатки здобутки молодi -вирiшенню проблем харчування людства в XXI столiттi. Кшв: НУХТ, 2007. С. 55-56.
