CC BY
183
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 629.3.014.2:614.8
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОМФОРТНОСТИ РАБОТЫ МЕХАНИЗАТОРОВ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ШУМА В КАБИНЕ ТРАКТОРА
М.Н. Шапров, доктор технических наук, профессор И.С. Мартынов, кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
В статье изложены материалы, посвященные воздействию шума и вибрации на организм механизаторов, и описаны способы снижения этих вредных факторов, что позволяет повысить комфортность в кабинах тракторов и сохранить здоровье механизаторов при правильно выбранных материалах, их комбинации и качественном монтаже.
Ключевые слова: шум, вибрация, звукопоглощение,
звукоизоляция, кабина трактора.
Профессия тракториста-машиниста сельскохозяйственного производства (механизатора) в настоящее время, несмотря на численное сокращение работающих и парка машин, является одной из основных и наиболее распространенных в сельскохозяйственном производстве.
От создания разрозненных машин ученые и машиностроители переходят к разработке взаимосвязанных комплексов и сложных многооперационных самоходных машин. Сложность управления и обслуживания таких машин, интенсификация рабочих процессов не только изменяют условия труда, но и предъявляют повышенные требования к психофизиологическим параметрам человека, управляющему машиной.
В своей работе механизаторы подвергаются воздействию комплекса неблагоприятных производственных факторов, среди которых особое место занимают низкочастотная общая и среднечастотная локальная вибрация и повышенный уровень шума.
Работоспособность механизатора снижается при воздействии вибрационных нагрузок, особенно в диапазоне частот 3 ... 5 Гц, так как вибрация может явиться причиной нервно-мышечных, сердечнососудистых, сенсорных изменений и изменений в центральной нервной системе. У человека выявлены следующие резонансные частоты: для головы (в положении сидя) при горизонтальных вибрациях составляют
1.5.. .2,0 Гц, а при вертикальных - 20.. .30 Гц; для внутренних органов -
6.. .9 Гц; для всего тела - 4.. .6 Гц [1, 3].
Если при транспортных работах как на старых марках тракторов, так и на новых вибрация на рабочем месте механизатора не превышает
допустимых величин, то при выполнении сельскохозяйственных операций с нагрузкой (вспашка, культивация и т.д.) ее уровень, приближаясь к резонансной частоте тела человека, превышает допустимый. Наибольшее превышение наблюдается на гусеничных тракторах, так как гусеница хуже, чем пневматическое колесо, гасит колебания. К тому же подвеска сиденья на этих тракторах менее совершенна.
Отрицательно влияет на работоспособность механизатора и шум, который влечет за собой такие последствия, как нарушение речи, замедленность восприятия условных сигналов, раздражительность, слуховые галлюцинации, а также может привести к частичной или полной потере слуха. Шум, уровень которого в кабине не должен превышать 80 дБ, возникает в первую очередь из-за работы двигателя и механизмов трансмиссии тракторов.
Энергонасыщенные тракторы создают шум, намного превышающий допустимый уровень. Уровень шума на рабочем месте механизатора меняется в зависимости от нагрузки на двигатель. Но эти колебания незначительны, так как общий уровень определяется относительной величиной составляющих шума, которые при падении нагрузки изменяются неравнозначно. Уровень шума на рабочем месте во многом зависит от расположения рабочего места относительно источников шума. Поэтому на маломощных тракторах механизатор часто оказывается ближе к двигателю, что обусловливает относительно более высокий уровень шума на рабочем месте.
Как правило, вследствие недостаточной звукоизоляции кабины и близкого расположения ее от двигателя шум на рабочих местах большинства тракторов превышает допустимый уровень в значительных пределах (на 8-14 дБА).
Даже при установке самых лучших шумоизолирующих материалов, избежать этих неприятных явлений невозможно, но можно постараться свести их до минимума. В первую очередь, и это основное, необходимо точно и правильно произвести все настройки и регулировки узлов и механизмов трактора (двигатель, сцепление, коробка передач, ходовая, ВОМ). Особое внимание стоит уделить рулевому управлению (в большей степени это относится к тракторам среднего класса). Лишь после выполнения этих условий, установив дополнительную
звукоизоляцию можно добиться неплохих результатов,.
Одним из наиболее широко используемых технических приемов улучшения акустического комфорта в кабине трактора является его эффективная звукоизоляция от внешних источников генерирования звуковой энергии. Для целенаправленного увеличения звукоизоляционных свойств ограждающих структур кабины на панели
монтируются прокладки и обивки, изготовленные из материалов, обладающих повышенными звукоизоляционными свойствами. В то же время многообразие промышленно производимых типов и марок звукоизоляционных материалов, существенно отличающихся акустическими, эксплуатационными и стоимостными показателями, может создавать значительные затруднения в их рациональном выборе для последующего наиболее эффективного решения задач улучшения акустического комфорта в кабине трактора. В связи с этим, представляет интерес систематизация и уточнение структурно-классификационной схемы использования различных типов звукоизоляционных материалов, а также анализ некоторых практических (технологических) приемов модификационного структурирования звукоизоляционных материалов с целью улучшения их технических характеристик (акустических, весовых, стоимостных, эксплуатационных).
При взаимодействии звуковых волн с поверхностью кабины основная часть энергии этих волн отражается по направлению к источнику излучения, а некоторая часть поглощается структурой панели за счет вынужденного совершения ею изгибных деформаций с сопутствующими внутренними потерями (внутренним трением материала) панели. Таким образом, часть энергии падающих звуковых волн затрачивается на совершение работы по динамическому возбуждению колебаний панели, которые переизлучаются ею в виде вторичного звука в смежный замкнутый объем кабины трактора.
Кроме воздушного пути динамического возбуждения панелей кабины падающими на нее звуковыми волнами, имеет место структурное вибрационное возбуждение панелей, сообщаемое твердыми путями передачи от различных виброактивных связей систем и агрегатов трактора (опор подвески силового агрегата, опор подвески системы выпуска отработавших газов, опорных элементов ходовой части и т. п.). При этом, как правило, структурный путь динамического вибрационного возбуждения панелей кабины является доминирующим.
В результате такого комплексного характера динамического возбуждения панелей кабины, сообщаемого ей воздушными и структурными путями, они становятся интенсивными вторичными излучателями звуковой энергии в обитаемое пространство кабины трактора. Как известно, для обеспечения требований акустического комфорта, используются разнообразные технические средства, реализующие физические принципы виброизоляции,
вибродемпфирования, звукопоглощения и звукоизоляции.
Техническим приемом увеличения звукоизоляционной способности панелей кабины является увеличение их удельного веса, повышение изгибной жесткости и степени демпфирования (в
особенности - при возбуждении резонансных режимов колебаний панелей). Для этого в наиболее динамически податливых изгибно-деформируемых зонах панелей монтируют (с образованием соответствующего адгезионного соединения) плосколистовые вязкоэластичные материалы. Образуемый при этом дополнительный звукоизоляционный эффект связан с увеличением массы и степени демпфирования образованной ламинированной композиционной структуры, что способствует ослаблению передачи энергии звуковых волн в кабину трактора как воздушным, так и структурным путями.
Более значительного эффекта увеличения звукоизоляционной способности кабины можно достичь путем использования дополнительных прокладок и обивок, изготовленных из многослойных материалов, образующих в сочетании с металлической панелью кабины многослойную композитную звукоизоляционную структуру с чередующимися упругоподатливыми пористыми звукопоглощающими слоями и плотными весовыми воздухонепроницаемыми звукоотражающими слоями. Такие многослойные звукоизоляционные структуры характеризуются скачкообразным изменением волновых сопротивлений распространению звуковых волн на границах сопряжения отдельных слоев с формированием соответствующих звукоизоляционных эффектов [2].
Звукоизоляционные материалы, применяемые в автомобиле- и тракторостроении, классифицируются по количеству слоев, типам структур и геометрической форме составных слоев (рис. 1).
Для тракторов целесообразно использовать широко распространенный легковесный звукоизоляционный материал типа «ультралайт», в структурном составе которого отсутствует плотный звукоотражающий слой, а сама звукоизоляционная структура материала представляет чередующиеся пористые звукопоглощающие и пористые звукоизоляционные слои различной плотности. Слои пониженной удельной плотности (с более высокой пористостью) и повышенной удельной плотности (с более низкой пористостью) образуют, в конечном итоге, оригинальную «звукопоглощающую -звукоизоляционную» структуру, составленную исключительно из воздухопроницаемых слоев различного волнового сопротивления [2].
В этом случае (пористый слоистый материал типа «ультралайт») звукоизоляционная эффективность звукоизоляционных обивок обусловлена преимущественно процессами двухстороннего поглощения энергии звуковых волн, распространяемых по сквозной двухслойной пористой структуре материала, генерируемых как со стороны вибрирующей звукоизлучающей панели кабины, так и падающими на нее со стороны зашумленного воздушного объема кабины.
Рисунок 1 - Структурно-классификационная схема шумоизоляционных материалов
Одновременно с этим в пористых звукоизоляционных материалах типа «ультралайт» реализуется механизм потерь звуковой энергии в процессе частичного отражения звуковых волн в поверхностной зоне раздела пористого звукоизоляционного слоя повышенной плотности в направлении пористого звукопоглощающего слоя пониженной плотности, повышая, таким образом, суммарный звукоизоляционный эффект шумоизоляционной обивки в целом. Именно наличие в такой взаимосвязанной пористой структуре слоев различной плотности и пористости обусловливает соответствующий скачкообразный перепад волновых сопротивлений процессу распространения звуковых волн в поверхностной зоне сопряжения этих слоев с образованием дополнительного звукоотражающего эффекта со стороны лицевого пористого слоя повышенной плотности в направлении пористого слоя пониженной плотности. Эффект поглощения энергии звуковых волн в пористых структурах слоев звукоизоляционных материалов основывается на ее необратимом преобразовании, при распространении звуковых волн в порах (сообщающихся каналах), которое сопровождается тепловым
фрикционным рассеиванием энергии и энергетическими затратами, расходуемыми на динамическое деформирование скелета звукопоглощающего слоя (внутренним трением структуры материала пористого слоя).
На рисунке 2 показаны места звукоизоляционных обивок кабины. В частности, они монтируются в зоне пола, задней части кабины и т. д. Также неплохо было бы применять многофункциональные детали интерьера с выраженной функцией звукопоглощения (обивки крыши, дверей, и т. д.), способствующие достижению улучшенного акустического комфорта в кабине трактора.
Рисунок 2 - Схема монтажа шумоизоляционных обивок (прокладок):
1 - звукоизоляционная прокладка с звукоотражающим слоем, смонтированная на панели щитка передка со стороны моторного отсека; 2, 3 - звукоизоляционные обивки пола и задней части кабины, содержащие звукопоглощающий и звукоотражающий слои
Одним из технологических приемов модификационного структурирования, направленного на улучшение звукоизоляционных свойств шумоизоляционных обивок и прокладок кабин [2], является придание монтажной поверхности пористого звукопоглощающего слоя выраженного рельефного микропрофиля чередующихся выступов и впадин, вызывающего дополнительное демпфирование структурного возбуждения пористого и плотного слоев обивки и улучшение поглощения воздушного шума, генерируемого вибрирующей панелью кабины.
Перспективным технологическим приемом модификации структур звукоизоляционных материалов следует считать также сообщение анизотропных динамических характеристик звукопоглощающему слою [2]. Разнообразные технологические приемы позволяют, в частности, формировать в заданной поверхностной или объемной зоне структуры звукопоглощающего слоя те или иные задаваемые технические параметры динамической жесткости, плотности, пористости, извилистости пор, удельного сопротивления воздушному потоку. Тем самым обеспечивается управляемое
рациональное сочетание звукопоглощающих (звукоизоляционных), весовых, прочностных, долговечностных, стоимостных и других показателей. Очевидно, что вполне возможным является совместное «гибридное» использование двух указанных выше технических приемов модификации звукоизоляционных материалов, позволяющих достигать как повышения звукоизоляционной эффективности, так и улучшения эксплуатационных характеристик шумоизоляционных обивок, при сопутствующем снижении веса (стоимости) используемых материалов.
Таким образом, правильно выбранные звукоизоляционные материалы, их комбинация и качественный монтаж, позволят повысить комфорт в кабинах тракторов и сохранить здоровье механизаторов.
Библиографический список
1. Павлов, В.Н. Безопасность жизнедеятельности [Текст] : учебное пособие / В.Н. Павлов, В.А. Буканин, А.Е. Зенков и др. - М. : Издательский центр «Академия», 2008. - 336 с.
2. Фесина, М.И. Об используемых типах автомобильных звукоизоляционных материалов и некоторых приемах их модификационного структурирования [Текст] / М.И. Фесина, А.В. Краснов // Безопасность жизнедеятельности. - 2008. - № 9. - С. 10-16.
3. Шкрабак, B.C. Безопасность жизнедеятельности в сельскохозяйственном производстве [Текст] / B.C. Шкрабак, А.В. Луковников, А.К. Тургиев. - М. : КолосС, 2003. - 512
E-mail: mshaprov@bk.ru
