CC BY
319
МАШИНО- И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ
УДК 628.517 : 623.438.42
А. В. Кочергин, Е. В. Белов, С. Ю. Гармонов,
А. К. Жарких, А. Г. Романов, Г. Р. Хуснетдинов
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ПАССИВНОЙ ШУМОЗАЩИТЫ НА ПОДВИЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ АКУСТИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Представлены результаты исследования шумового загрязнения при эксплуатации технических объектов военного назначения, а также применения методов пассивной защиты от шума, действующего на технический персонал и окружающую среду.
Воздействие на биосферу физических факторов антропогенного происхождения с каждым годом растет. Известно, что для человека шум - общебиологический раздражитель, который в определенных условиях влияет на все системы организма (включая нервную систему, зрение, вестибулярный аппарат, пищеварение, обмен веществ и т.п.) [1].
Эксплуатацию подвижных технических объектов сопровождают многочисленные физические факторы, загрязняющие окружающую среду. Наиболее сильно подвержен влиянию негативных факторов персонал, непосредственно эксплуатирующий образцы технических систем [2]. К примеру, командир и номера расчета самоходного артиллерийского орудия (САО) по выполняемым функциям относятся к операторам, работающим по жесткому алгоритму в условиях дефицита времени при крайне высоком нервнопсихологическом напряжении [3] и влиянии на них неблагоприятных факторов, имеющих место в боевых отделениях. Одним из таких факторов является высокий уровень шума САО.
При эксплуатации САО шум генерируется от следующих основных источников:
- газотурбинной установки агрегата питания;
- электромашинных усилителей и электродвигателей приводов наведения;
- двигателя и насоса питающей установки гидросистемы;
- нагнетателей и фильтров- поглотителей фильтровентиляционных установок;
- исполнительных устройств, механизмов и электродвигателей механизма заряжания гаубицы и боеукладки;
- выстрел из гаубицы;
- маршевого дизельного двигателя базовой машины.
Выделяется три области восприятия уровней звукового давления человеком [4]:
1) Область, включающая в себя диапазон уровней от порога слуха до 40 дБ и охватывающая ограниченное количество акустических пульсаций, вследствие чего у человека отсутствует повседневная тренировка к восприятию подобных звуков, а также ограничена способность к дифференциации звуков.
-2) Область, включающая в себя уровни от 40 до 80 дБ и охватывающая основную массу полезных звуковых сигналов. В эту область входят уровни интенсивности речи от шепота до самой громкой. Здесь отмечается способность к тонкой дифференциации и ана-
лизу качества звука (по частоте и интенсивности). Человек наиболее приспособлен к восприятию звуков в этой области.
3) Область, включающая в себя диапазон от 80 дБ до порога неприятного ощущения -120-130 дБ. При очень высоком шуме (более 110 дБ) возникает звуковое опьянение, которое по субъективным ощущениям аналогично алкогольному и наркотическому [1]. В таких условиях при эксплуатации технических систем растет число ошибок, пропуск сигналов и команд, и даже возможен отказ от выполнения поставленной задачи. Кроме интенсивности звука экологически значима и его частота. Внезапные резкие звуки переносятся особенно тяжело, если их частотный диапазон составляет 1-4 кГц.
С целью борьбы с акустическим загрязнением окружающей среды при эксплуатации транспортных средств и объектов военного назначения проведены исследования шума, генерируемого основными источниками САО.
Уровни звукового давления в октавных полосах частот и суммарный уровень звука на рабочих местах командира, наводчика, заряжающего внутри САО, а также снаружи установки измерялись по методике, представленной в [5].
Измеренные уровни звукового давления в октавных полосах частот и суммарные уровни на рабочих местах в САО при работе агрегата питания совместно с другими источниками шума приведены в табл. 1. Амплитудные спектры стабильного шума в боевом отделении, генерируемого агрегатом питания и другими источниками при одновременной работе, представлены на рис. 1.
Таблица 1 - Измеренные уровни звукового давления в октавных полосах частот и суммарного уровня в дБ(А) на рабочих местах при работе агрегата питания и других источников шума
Место замера Уровни звукового давления, дБ(А), среднегеометрической частотой (Гц) в полосе частот со Сум- марный
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 уровень, дБ(А)
Место командира 93 99 99 97 94 90 82 77 69 96,4
Место наводчика 94 98 99 96 91 89 84 76 64 96,4
Снаружи САО 88 91 99 96 91 87 73 69 65 94,7
Измеренные значения уровней звукового давления в октавных полосах частот и суммарного уровня шума при работе маршевого двигателя с другими источниками при одновременной работе представлены в табл. 2. Амплитудные спектры стабильного шума в боевом отделении, генерируемого маршевым двигателем и другими источниками при одновременной работе, показаны на рис. 2.
Ь, дБ 100
90 30 70 60 50 40 30 20 10
0 1000 2000 3000 4000 ^ гц 5000
Рис. 1 - Амплитудные спектры шума в боевом отделении, генерируемого агрегатом питания и другими источниками шума при их одновременной работе
Таблица 2 - Измеренные уровни звукового давления в октавных полосах частот и суммарного уровня звука в дБ(А) на рабочих местах при работе маршевого двигателя
Место замера Уровни звукового давления, дБ(А), в полосе частот со среднегеометрической частотой (Гц) Сум- марный уровень, дБА
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Место 91 98 96 90 88 92 84 76 63 98,5
командира
Место 90 99 97 91 89 88 84 75 63 98,8
наводчика
Снаружи САО 88 94 99 102 93 88 82 77 65 98,4
Измеренные в боевом отделении уровни шумов сравнивались с предельно допустимыми уровнями [6, 7]. Определено, что основная часть акустической энергии шумов, генерируемых при работе агрегатов самоходной гаубицы, сосредоточена на низких частотах - от 20 до 1000 Гц. Оценивая результаты измерений в боевом отделении, можно сделать вывод, что уровень стабильного шума в октавных полосах частот превышает нормы на месте командира на 9 дБ, на месте наводчика - на 8 дБ.
Используя результаты измерений, определили комплекс мер по защите командира и расчета орудия от шума:
- снижение акустических параметров источников шума путем технического совершенствования агрегатов;
- применение технических методов и средств коллективной защиты;
- применение средств индивидуальной защиты;
- проведение психологических мероприятий.
Ь, дБ 110
0 1000 2000 3000 4000 Г, Гц
Рис. 2 - Амплитудные спектры стабильного шума в боевом отделении, генерируемые маршевым двигателем и другими источниками при их одновременной работе
Основной вклад в создание шума в боевом отделении вносит газотурбинная установка агрегата питания (ГТУ). Для снижения уровня шума ГТУ до приемлемых уровней спроектировано и изготовлено шумоглушащее устройство (ШГУ) [8]. Экспериментальные исследования ШГУ на модели и образце вооружения показали его эффективность. Суммарный шум, генерируемый выхлопной струей ГТУ, снижается в случае применения диффузора с рассекателями на 7 - 9 дБ. При этом в спектре шума наблюдается эффективное снижение пульсаций на частотах 0,9 - 2 кГц при росте высокочастотных составляющих на 1 - 1,3 дБ. Для исключения явления повышения высокочастотного шума ШГУ облицовано снаружи термоустойчивым набором звукопоглощающих материалов, выполненным на основе стекловолокна АТМ-3, покрытого тонкой пленкой А1Т.
Шумы всасывания и акустическое излучение камеры сгорания и турбины снижены за счет покрытия стенки ограждения, разделяющего отсек ГТУ и боевое отделение, слоем плоского самоклеящегося звукопоглощающего материала АА-25 SMT толщиной 24 мм. Применение материала дает заметное (на 4-6 дБ) снижение уровня звукового давления в частотном диапазоне 31,5-500 Гц.
В состав приводов наведения входят электромашинные усилители мощности и электрические исполнительные двигатели. Питающая установка орудия представляет собой конструкцию, включающую электродвигатель и соединенный с ним посредством редуктора гидромотор. При работе электрических машин наблюдается три вида шумов: магнитные, вызванные переменными магнитными полями; механические, обусловленные дисбалансом ротора, колебаниями в подшипниках качения, трением, ударами щеток и т.п.; воздушные, создаваемые вентилятором и потоком воздуха в воздушном тракте машины.
Для снижения интенсивности шума, излучаемого подобными агрегатами, применены звукоизолирующие кожухи (рис. 3). Достоинствами их применения являются простота изготовления и монтирования, не требующая существенного изменения конструктивного расположения оборудования агрегата в целом, небольшие габариты и масса.
Стендовые испытания кожухов [8] показали, что на частотах 1^4 кГц снижение шума достигает 8 ^10 дБ. Даже при снятых крышках люков раздражающее действие шума заметно снижается.
Рис. 3 - Звукоизолирующий кожух
По результатам теоретических расчетов и стендовых испытаний для электрома-шинных усилителей и питающей установки гидросистемы были предложены конструкции кожухов [9]. Звукоизолирующий кожух (рис. 3) представляет собой коробчатую конструкцию, стенки 1 которой выполнены из дюралюминия толщиной 1 мм. На внутреннюю поверхность стенок кожуха нанесены слой вибропоглощающего материала ШВИМ-18 2 толщиной 5 мм и звукопоглощающая облицовка 3 из минераловатного материала «Шума-нет-БМ» толщиной 50 мм, выбранного с учётом технологических и противопожарных требований к материалу поглотителя.
Для доступа к частям двигателя, требующим периодического осмотра и контроля, в стенках кожуха предусмотрена съемная крышка. Вентиляция внутреннего объема кожуха осуществляется воздуховодами 4. Результаты применения данного кожуха представлены в табл. 3
Таблица 3 - Результаты применения звукоизолирующего кожуха
Среднегеометрическая частота, Гц Звукоизоляция, дБ Разность уровней Вибро- поглощение, дБ Эффект от применения кожуха, дБ
125 12 9 0 9
250 16 14 0 14
500 20 19 1 20
1000 24 24 8 32
2000 28 27 10 37
4000 32 31 12 43
На борту САО фильтровентиляционные агрегаты конструктивно смонтированы в отдельных отсеках, т. е. стенки этих отсеков можно использовать в качестве звукоизолирующего кожуха, произведя необходимую акустическую доработку. Б качестве облицовки отсека был выбран изолон марки ПП-3015 - звукоизолирующий, с липким слоем. Оклеивание перегородок отсека ФБУ изолоном данной толщины в один слой позволило снизить уровень шума внутри боевого отделения на 3-4 дБ в диапазоне частот В00 - 2000 Гц.
Из литературы [10] известно, что шум не только мешает, но и несет полезную информацию. Зачастую по шуму работающего устройства можно судить о его техническом состоянии и режиме работы. Орган слуха человека, представленный анализаторами левого и правого уха, не способен принимать разную информацию, одновременно подаваемую на левое и на правое ухо. Б данном случае мозг способен анализировать лишь сигналы, подаваемые через один анализатор. Быбор важности информации определяется опытом человека, приоритетом информации и зависит от работы, которую он выполняет. Этим же определяется и характер переключения внимания с одной информации на другую.
Б работе предложено техническое мероприятие, позволяющее сохранить полезный сигнал. Доработан танковый шлемофон ТШ-4, позволяющий получить полную акустическую информацию о работе устройств САО, о режимах эксплуатации. Предложен также алгоритм работы командира орудия при использовании доработанного шлемофона. Порядок работы следующий:
а) шумозащитный наушник прижат к ушной раковине, при этом осуществляется:
- получение команды от старшего офицера батареи по радио связи, через правый телефон шлемофона;
- запись полученной команды в бланк записи стрельбы командира орудия и формирование команды для расчета орудия;
- установка на пульте командира необходимых данных в соответствии с полученной командой;
- переключение режима работы на внутреннюю связь с расчетом, подача команды наводчику (доведение прицела, уровня и угломера по цели);
- контроль выполнения команды наводчиком по приборам и по его докладу о готовности;
- подача команды для заряжающего снарядами (вид снаряда и установка взрывателя), для заряжающего зарядами (номер заряда);
б) шумозащитный наушник отведён от ушной раковины на 25-30 мм, при этом осуществляется:
- контроль работы системы заряжания по шуму работы двигателей, нагнетателей и исполнительных механизмов;
- контроль процесса заряжания орудия по акустическим параметрам;
- контроль выполнения команды по докладам о готовности и по техническим средствам на пульте командира;
в) шумозащитный наушник прижат к ушной раковине, осуществляется:
- подача команды наводчику на открытие огня;
- контроль производства выстрела и прием докладов о длине отката и чистоте канала ствола;
- доклад старшему офицеру батареи о производстве выстрела;
г) шумозащитный наушник отведён от ушной раковины на 25-30 мм, при этом осуществляется нахождение в дежурном режиме.
9В
Литература
1. Айдаров, И.П. Военная экология: учебник для высших военных учебных заведений / И.П. Айдаров [и др.]; под ред. Н.В Петухина, А.В. Тарабары, И.А. Постовита. - М.: Русь-СВ, 2000. - 360 с.
2. Кочергин, А.В. Основное воздействие физических антропогенных факторов на организм человека: монография / А.В. Кочергин, С.Ю. Гармонов - КФВАУ, 2004. - 116 с.
3. Зинченко, В.П. Эргономические основы организации труда / В.П. Зинченко, В.М. Мунипов, Г.Л. Смолян - М.: Экономика, 1974. - 240 с.
4. Кочергин, А.В. Воздействие шума на организм человека (обзор литературы) / А.В. Кочергин [и др.] // Вестник ТО РЭА - Казань, 2005. - N° 1- С. 73- 84.
5. Кочергин, А.В. Акустические измерения /методическая рекомендация / А.В. Кочергин, А.К. Жарких, Г.И. Павлов // КВАКИУ, 1996. - 92 с.
6. ГОСТ В 21950-76. Постоянный акустический шум на рабочем месте оператора. Предельно допустимые значения и методы измерения. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 25 с.
7. Сан ПиН 2.2.4/2.1.8.562 - 96. Шум на рабочих местах, в помещениях, жилых, общественных зданиях и на территориях жилой застройки. - М.:ЖИИЦ МЗ РФ, 1997-20 с.
8. Белов, Е.В. Определение параметров акустических полей энергосиловых установок и мероприятия по снижению интенсивности их шумов: монография / Е.В. Белов - МВАУ (филиал Казань), 2003. - 180 с.
9. Пат. на полезную модель №47979 от 10 сентября 2005 г. Звукоизолирующий кожух / А.В. Кочергин [и др.].
10. Август Шик. Психологическая акустика в борьбе с шумом.. -С-Пб.: 1995. - 224 с.
11. Пат. на полезную модель №58215 от 10 ноября 2006 г. Шлемофон ТШ-3 (ТШ-4) с шумозашит-ным наушником /А.Г. Романов [и др.].
© А. В. Кочергин - д-р тех. наук, проф. каф. №4 КВАКУ; Е. В. Белов - д-р тех. наук, проф., нач. каф. №5 КВАКУ; С. Ю. Гармонов - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ; А. К. Жарких - канд. тех. наук, зам. директора ООО страховой группы «АСКО»; А. Г. Романов - препод. каф. № 1 КВАКУ; Г. Р. Хуснетдинов - адъюнкт каф. № 4 КВАКУ.
