Удосконалення методів зниження шумового навантаження, що впливає на обслуговуючий персонал і пасажирів дизель- та електропоїздів

Размещено на http://www.allbest.ru/

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені Володимира Даля

УДК 628. 517. 2

удосконалення методів зниження шумового навантаження, що впливає на обслуговуючий персонал і пасажирів дизель- та електропоїздів

Специальність 05.26.01 - Охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Малов Вячеслав Анатолійович

Луганськ - 2007



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля (СНУ ім. В. Даля) Міністерства освіти і науки України (м. Луганськ).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Касьянов Микола Анатолійович, завідувач кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності СНУ ім. В. Даля.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, Бєліков Анатолій Серафимович, професор кафедри безпеки життєдіяльності Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (м. Дніпропетровськ);

кандидат технічних наук, Попов Володимир Васильович, провідний науковий співробітник лабораторії безпеки гірничих машин та комплексів Державного Макіївського науково-дослідного інституту з безпеки робіт у гірничій промисловості (м. Макіївка)

Захист відбудеться “26” жовтня 2007 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 29.051.02 при Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля за адресою: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля за адресою: 91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

Автореферат розісланий “ 20 ” вересня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 29.051.02,

доктор технічних наук, професор Гутько Ю.І.



АНОТАЦІЯ

Малов В.А. “Удосконалення методів зниження шумового навантаження, що впливає на обслуговуючий персонал і пасажирів дизель- та електропоїздів”. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01-“Охорона праці”. Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля. Луганськ, 2007. електропоїзд залізничний пасажирський шумовий

Дисертація присвячена вирішенню наукової задачі зниження шумового навантаження, що впливає на обслуговуючий персонал транспортних засобів і пасажирів, що користуються послугами дизель- і електропоїздів.

На основі аналізу існуючих методів забезпечення умов праці на залізничному транспорті зроблено висновок про необхідність проведення поетапних досліджень шумового навантаження в умовах пасажирського рухомого складу з урахуванням сучасних нормативних вимог, діючих в Україні, і технічних умов на поставку дизель- і електропоїздів.

Розглянуто теоретичні положення по виникненню і розповсюдженню звукових коливань від силових і допоміжних механізмів і ходових частин ПРС в умовах обмежених об'ємів кабін машиніста і салонів дизель- і електропоїздів.

Задача поліпшення комфортності для пасажирів за рахунок зниження шумового навантаження вирішується шляхом використання звукоізолюючих і звукопоглинаючих конструкцій, вібродемпфування бічних стінок, перегородок, підлоги, ефективність яких визначалася з використанням спеціального стенду, звуковимірювальної камери, а також безпосередньо на дослідному зразку дизель-поїзда ДЕЛ-02, що дозволило вибрати найбільш ефективні матеріали і засоби зниження повітряного і структурного шуму на ПРС.

Отримані в роботі результати і методики проведення досліджень і оцінки шуму на ПРС запропоновано використовувати надалі при випуску нових видів пасажирського рухомого складу і в навчальному процесі при підготовці фахівців з охорони праці і експлуатації залізничного транспорту.

Ключові слова: пасажирський рухомий склад, дизель-поїзд, електропоїзд, звукові коливання, джерела шуму, шумове навантаження, звукоізоляція, вібродемпфування, звукопоглинання, обслуговуючий персонал, пасажири.



АННОТАЦИЯ

Малов В.А. “Совершенствование методов снижения шумовой нагрузки, воздействующей на обслуживающий персонал и пассажиров дизель- и электропоездов”. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01-“Охрана труда”. Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля. Луганск, 2007.

Диссертация посвящена решению научной задачи снижения шумовой нагрузки, воздействующей на обслуживающий персонал транспортных средств и пассажиров, пользующихся услугами дизель- и электропоездов.

На основе анализа существующих методов обеспечения условий труда на железнодорожном транспорте сделан вывод о необходимости проведения поэтапных исследований шумовой нагрузки в условиях пассажирского подвижного состава с учетом современных нормативных требований, действующих в Украине, и технических условий на поставку дизель- и электропоездов. Рассмотрены теоретические положения по возникновению и распространению звуковых колебаний от силовых и вспомогательных механизмов и ходовых частей ППС в условиях ограниченных объемов кабин машиниста и салонов дизель- и электропоездов.

Задача улучшения комфортности для пассажиров за счет снижения шумовой нагрузки решается путем использования звукоизолирующих и звукопоглощающих конструкций, вибродемпфирования боковых стенок, перегородок, пола, эффективность которых определялась с использованием специального стенда, звукомерной камеры, а также непосредственно на опытном образце дизель-поезда ДЭЛ-02, что позволило выбрать наиболее эффективные материалы и средства снижения воздушного и структурного шума на ППС.

Полученные в работе результаты и методики проведения исследований и оценки шума на ППС предложено использовать в дальнейшем при выпуске новых видов пассажирского подвижного состава и в учебном процессе при подготовке специалистов по охране труда и эксплуатации железнодорожного транспорта.

Ключевые слова: пассажирский подвижной состав, дизель-поезд, электропоезд, звуковые колебания, источники шума, шумовая нагрузка, звукоизоляция, вибродемпфирование, звукопоглощение, обслуживающий персонал, пассажиры.



SUMMARY

Malov V. A. “Development of methods of decline of the noise loading, affecting auxiliary personnel and passengers of dizel- and electric trains”. The manuscript. Dissertation on the competition of graduate degree of candidate of engineering sciences on speciality 05.26.01 - protection of work. The East Ukrainian national university of the name of Vladimir Dal. Lugansk, 2007.

Dissertation is devoted the decision of scientific question of decline of the noise loading, affecting auxiliary personnel of vehicles of transports and passengers, using services of railway transport.

On the basis of analysis of existent positions and on providing of terms of labor on a railway transport, a conclusion is done and to the necessity of conducting of stage-by-stage researches of the noise loading in the conditions of passenger mobile composition taking into account modern normative requirements on Ukraine and technical terms on supplying with dizel- and electric trains. Theoretical positions are considered on an origin and distribution of vibrations of sounds from power and auxiliary mechanisms and workings parts of PMS in the conditions of the limited volumes of operator's cabs and salons of dizel- and electric trains.

Decision of task of improvement of comfort for passengers due to the decline of the noise loading, decides by the use of sound-proof and noise absorbing constructions, vibrodempfiroving of lateral walls, partitions, chaffs efficiency of which was determined with the use of the special stand, in a sound measured chamber, and also directly on the pre-production model of dizel train of DEL-02, that allowed to choose the most effective materials and facilities of decline of air and structural noise on PMS.

Results and methods of conducting of researches and estimation of noise got in work on PMS it is suggested to use in future for the issue of new types of passenger mobile stock and in an educational process at preparation of specialists on a labour safety on a railway transport.

Keywords: passenger mobile stock, dizel train, electric train, vibrations of sounds, sources of noise, noise loading, sound-proofing, vibrodempfiroving of noise absorbing, attendant a personnel, passengers.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах експлуатації транспорту шум є невід'ємною частиною роботи силових та допоміжних механізмів, що забезпечують транспортні операції при перевезенні вантажів і пасажирів. Особливо це виявляється на транспортних засобах, що використовують індивідуальні джерела енергії (дизель- та електрогенератори), які створюють у процесі своєї роботи механічні коливання і є могутніми джерелами шуму та вібрації, які підсилюються від ударних явищ при взаємодії ходових частин з верхньою будівлею залізничної колії. Умови експлуатації залізничного рухомого складу характеризуються змінним режимом роботи, що залежить від профілю і ділянки шляху, установленої швидкості, маси потягу та інших факторів, які впливають на величину коливальної енергії як усередині, так і зовні транспортного засобу. Рівень транспортного шуму залежить від взаємного розташування, конструктивних особливостей джерел звуку, технології їх виготовлення, технічного стану та режиму роботи і проявляється у виді хаотичних полігармонійних коливань різного рівня і спектрального складу.

Ці коливання передаються по повітряному середовищу і конструкціям транспортного засобу, створюючи звукове поле і шумове навантаження зовні і усередині транспортних засобів, негативно впливаючи на стан обслуговуючого персоналу і комфортність пасажирів, що знаходяться у салонах вагонів.

У зв'язку з цим виробники пасажирських транспортних засобів постійно приділяють увагу питанням зниження шумових навантажень. Вимоги за рівнями шуму базуються на існуючих державних стандартах і санітарних нормах, враховують конструктивні особливості засобу конкретного виду транспорту та його призначення і викладаються у технічних умовах на постачання транспортних засобів. Ці вимоги, як правило, рік від року стають усе більш жорсткими і для їхнього виконання необхідно проводити аналіз акустичних характеристик джерел механічних і акустичних коливань на пасажирському рухомому складі (ПРС), що впливають на навколишнє середовище.

Цілеспрямоване зниження шумових характеристик дизель- і електропоїздів (ДЕП) передбачає проведення поглиблених досліджень фізичної сутності процесів передачі звукової енергії в умовах внутрішнього обмеженого простору транспортних засобів.

Удосконаленню способів і засобів зниження шуму ПРС повинні сприяти, поряд з експериментальними і теоретичні дослідження зміни параметрів звукових коливань з урахуванням специфічних особливостей ДЕП.

У зв'язку з цим актуальною задачею є розробка комплексної програми зменшення шумового навантаження з метою вибору ефективних методів дотримання вимог нормативних документів з охорони праці щодо рівнів шуму на робочих місцях постійного або тимчасового перебування обслуговуючого персоналу і пасажирів ПРС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до завдань Національної програми поліпшення стану безпеки, гігієни праці і виробничого середовища на 2001-2005 р.р., затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 10 жовтня 2001 р. № 1320, і планами науково-дослідних робіт (НДР) СНУ ім. В. Даля, координаційними планами МОН України. Результати роботи використані і апробовані при виконанні в 2004-2006 р.р. НДР М-33-03 № держ. реєстрації 0103 U 008252 “Дослідження шуму і розробка методів його зменшення на пасажирському рухомому складі, що випускається ВАТ ХК “Луганськтепловоз”.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у зниженні шумового навантаження, що впливає на обслуговуючий персонал і пасажирів дизель- та електропоїздів. Поставлена мета визначила наступні задачі дослідження:

- провести аналіз сучасних методів і підходів зі зменшення шуму в різних галузях промисловості і транспорту;

- розробити теоретичні положення по оцінці методів і заходів щодо зниження шуму окремих джерел на ПРС;

- розробити методику поетапного дослідження ефективності заходів щодо зниження шуму в стендових і натурних умовах при різних режимах роботи джерел шуму;

- розробити програмне забезпечення для розрахунку шумового навантаження усередині транспортних засобів за паспортними даними дизель-гене раторів або тягових електродвигунів, вентиляторних установок і допоміжного устаткування, якими укомплектовуються дизель- і електропоїзди (ДП і ЕП), що проектуються;

- розробити методику аналізу структурних складових шуму при роботі силових і допоміжних механізмів;

- розробити комплексну програму стендових і натурних випробувань дослідних зразків ДП і ЕП;

- виконати оцінку ефективності проведення дослідно-конструкторських робіт і заходів щодо виконання комплексної програми зменшення шуму безпосередньо на ПРС.

Об'єкт дослідження - процес поширення звукових коливань у головних і пасажирських вагонах дизель- і електропоїздів, що випускаються ВАТ ХК “Луганськтепловоз”.

Предмет дослідження - рівні шуму і шумового навантаження у головних (тягових) і пасажирських вагонах дизель- і електропоїздів.

Методи дослідження - аналітичний і експериментальний, що базуються на математичному і фізичному моделюванні процесів, що досліджуються, експериментальному визначенні і оцінці рівнів шуму та шумового навантаження у стендових і натурних умовах.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Обґрунтовано і розроблено новий принцип організації поетапної схеми зниження шумового навантаження у кабінах машиністів і пасажирських салонах головних вагонів дизель- і електропоїздів, заснований на закономірностях поширення звукових коливань у внутрішньому обмеженому просторі з урахуванням специфіки компонування та акустичних характеристик устаткування і конструкцій, які обгороджують, що мінімізує витрати на розробку проектних рішень;

2. Вперше розроблено комплексний математичний апарат дослідження параметрів шуму вагонів дизель- і електропоїздів, що включає:

- математичну модель поширення шуму від джерел з аеродинамічною природою шумостворення, що дозволяє розглядати їх як елементарні крапкові випромінювачі у виді пульсуючої сфери;

- модель геометричних параметрів кузова вагону, представленого у виді однорідної еквівалентної циліндричної оболонки, радіус кривизни якої залежить від площі його поперечного перерізу, що розкриває картину розподілу величини коливальної швидкості на поверхні кузова вагону;

- алгоритм пошуку конструктивних параметрів кузова вагону за критерієм його звукоізолюючої здатності, що спрощує методи визначення шумового навантаження у внутрішньому просторі головного вагону дизель-поїзду;

3. Вперше розроблено математичні моделі, які характеризують зміну шумового навантаження на робочих місцях постійного і тимчасового перебування обслуговуючого персоналу при русі дизель- і електропоїздів з урахуванням непостійних рівнів аеродинамічного шуму від силових механізмів (дизель-генераторів), допоміжних механізмів (мотор-компресорів), корпусних складових вібраційного характеру від цих же механізмів та від ходових частин (візків). Це дозволило удосконалити методику прогнозування шуму за структурними складовими і за оцінкою шумового навантаження основних джерел існуючих або тих, що проектуються, моторних вагонів для обґрунтування заходів щодо його зниження.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено модель поетапної оцінки ефективності різних методів і варіантів шумозахисту в залежності від призначення ПРС, компонування силового і допоміжного устаткування, що дозволяє конструкторам вибрати найбільш ефективні рішення і заходи щодо використання конкретних напрямків зниження шуму і вібрації, що забезпечують виконання технічних умов на постачання ПРС за вимогами замовників.

Розроблено методи розрахунку і оцінки ефективності заходів щодо шумозахисту на ПРС, які використовуються на ХК “Луганськтепловоз” при проектуванні та виготовленні нових серій дизель- та електропоїздів. Результати дисертаційної роботи впроваджено у навчальний процес при підготовці фахівців і магістрів по дисципліні “Охорона праці на транспорті” за спеціальностями: 100501 “Рухомий склад і спеціальна техніка залізничного транспорту”, 104003 “Організація перевезень і керування на транспорті (по видах)”.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовані мета і задачі досліджень, ідея роботи і її наукові положення. Дослідження в області поліпшення умов праці обслуговуючого персоналу і комфортності пасажирів на ПРС проводилися здобувачем на кафедрі “Охорона праці і БЖД” СНУ ім. В.Даля в умовах реальних потреб виробника дизель- і електропоїздів ВАТ ХК “Луганськтепловоз” сумісно з іспитовим центром “Транссерт” ЦКБ.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи і матеріали досліджень доповідалися і одержали схвалення на: міжнародній науковій конференції „Проблеми розвитку рейкового транспорту” (2004-2006 р. р.); наукових конференціях СНУ ім. В. Даля (2003-2007 р.р.); XI Всеукраїнській науково-технічної конференції “Проблеми охорони праці і техногенно-екологічної безпеки” (м. Севастополь, 2006 р.); VI Міжнародній науково-методичній конференції “Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика” (м. Київ, 2007 р.) і використовуються ЦКБ ВАТ “Луганськтепловоз” при розробці заходів щодо шумозахисту на пасажирському рухомому складі.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 13 робіт: 9 - у фахових виданнях, затверджених ВАК і прирівняних до них; 2 - без співавторів; 1 - монографія; 1 - у збірнику наукових праць; 2 - у матеріалах міжнародних наукових конференцій.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і трьох додатків. Дисертація має загальний обсяг 193 сторінки машинописного тексту, включаючи 136 сторінок основного тексту, 15 таблиць, 52 рисунка, список літератури з 106 найменувань на 8 сторінках і 19 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність задачі забезпечення норм виробничого шуму на залізничному транспорті, сформульовано мету і задачі досліджень, відображено наукову новизну, практичне значення отриманих результатів і особистий внесок автора, наведено інформацію про апробацію і публікації результатів досліджень зі зниження шумового навантаження у кабінах машиністів і пасажирських салонах дизель- та електропоїздів.

У першому розділі виконано аналіз стану і існуючих підходів зі зменшення рівнів шуму і шумового навантаження на виробництві і транспорті, що є однією з актуальних задач забезпечення нормальних умов праці.

Показано, що зниження виробничого шуму повинне розглядатися як комплексна проблема, яка існує у різних галузях промисловості, а залізничний рухомий склад є одним із джерел шуму у транспортних потоках сучасного суспільства. Він негативно впливає у першу чергу на обслуговуючий персонал і пасажирів, що користуються послугами залізничного транспорту, а у другу - жителів населених пунктів. У зв'язку з цим задачу зниження шуму можна вирішувати за двома напрямками. За першим - це зменшення шумового навантаження, що впливає на локомотивні бригади, провідників і пасажирів усередині рухомого складу, за другим - це зменшення випромінювання шуму у навколишній простір.

Питання зниження шуму в промисловості в кінці минулого століття були розглянуті в наукових працях Алексєєва С.П., Славіна І.І., Лукашина В.М., Кане А.Б., Скобцева Є.А., Юдіна Є.Я., Самойленко Є.П. і інш.

Зниженню шуму в архітектурно-будівельній галузі присвячені наукові праці Боголєпова І.І., Закабана В.І., Осіпова Г.Л., Коврігіна С.Д.

Питанням зниження шуму на залізничному рухомому складі присвячені роботи Бутакова Г.В., Вострухіна С.М., Фоміна Є.П., Пітельгузова М.А., а також закордонних учених Зборальского Д., Хіршнера Є. і інш.

На підставі виконаного аналізу зроблено висновок, що цілий ряд відомих теоретичних і методичних положень і досвід, що існує у зазначених галузях виробництва, можна взяти за основу для розробки методів і засобів зниження шуму на транспорті. Але специфічні особливості пасажирського рухомого складу, як об'єктів, що находяться у русі і мають силові пристрої з декількома системами, розташованими у невеликому обсязі і встановленими на рамі або кузові, накладають обмеження на їх широке застосування. Тому потрібно провести дослідження питань зниження шуму в джерелах випромінювань і на шляхах його розповсюдження в обмежених об'ємах ПРС. Постановці такої задачі сприяв і перехід ВАТ ХК “Луганськтепловоз” на випуск дизель- та електропоїздів. При обґрунтуванні можливих напрямків досліджень привернуто увагу до волнонного методу розрахунку проходження звукових вібрацій по елементам конструкцій. У цьому методі використовується не середня величина коливальної швидкості, а її ефективне значення.

У другому розділі розглянуто вплив різних джерел шуму на шумове навантаження у внутрішньому обсязі вагонів пасажирського рухомого складу.

При цьому випромінювання усередині кузова вагону ПРС представлено такими, що складаються із структурного і повітряного шуму від джерел з аеродинамічною природою утворення коливальних процесів у системах силових та допоміжних механізмів і ударних явищ при русі колісних пар по рейках. При дослідженні параметрів, що характеризують випромінювання, кузов дизель- або електропоїзду представлено у виді однорідної еквівалентної оболонки з радіусом кривизни, рівним

, (1)

де - площа поперечного перерізу кузова вагону, м².

Розглядаючи інтенсивність звукової хвилі, яка складається з прямих і відбитих хвиль

(2)

можна представити загальну інтенсивність прямої звукової хвилі у виді суми інтенсивностей декількох джерел

(3)

де акустична потужність i-го джерела шуму, Вт; - число джерел; - відстань від крапки виміру усередині вагона до джерела, м;

Інтенсивність відбитої звукової хвилі також є сумою інтенсивностей відбитих звукових хвиль кожного джерела

(4)

де - постійна приміщення кабіни або салону ДП або ЕП.

(5)

де - площа поглинання внутрішніх поверхонь кабіни машиніста або салону вагона ДП і ЭП.

Середній коефіцієнт звукопоглинання у кабіні або салоні дорівнює

(6)

Підставивши (2) і (3) у (1), одержимо вираження для інтенсивності шуму

, (7)

або переходячи до рівнянь інтенсивності в дБ одержуємо

(8)

де - сумарний рівень акустичної потужності джерел, дБ.



(9)

де - рівень акустичної потужності окремого джерела, дБ.

Величина звукоізолюючої здатності зв'язана з коефіцієнтом звукопроникливості формулою

(10)

Оскільки значення дифузорного коефіцієнту звукопроникливості у елементарних функціях у явному вигляді не вирішується, на ЕОМ було виконано його чисельне інтегрування. Розрахунок було виконано для стінок кузова головного вагону ДЕЛ-02 для двох варіантів з урахуванням і без урахування маси каркаса кузова. Поверхнева вага складала Р = 325, а розрахункова формула для звукопроникливості кузова вагону була наступною

(11)

Результати розрахунку за законами маси, виконані на ЕОМ з припущенням того, що кузов вагону має монолітну однорідну структуру, для стінок кузова, як для будівельної плити і як для одностінної конструкції, показали, що теоретичні значення звукоізолюючої здібності кузова, як еквівалентної циліндричної оболонки нижчі, чим при розрахунку для плити і для одностінної конструкції

Загальна акустична потужність випромінювання кузова вагона ПРС дорівнює сумі випромінювання складових елементів

(12)

і виражається через інтенсивність падаючої хвилі

(13)

При розгляді випромінювання від корпусної складової кузова використано прийнятий у прикладній акустиці, волнонний метод, що погоджує коефіцієнти відображення і проходження вигинних хвиль з коефіцієнтом звукопроникливості. Було отримано вираження для рівнів коливальної швидкості двох перетинів обшивання кузова вагону (у місці розташування силової установки і візка)

, (14)

де L_v1 - рівень вібрації на рамі першої пластини в потоці силової установки вагона, дБ; h₁, h₂ - товщини сполучних пластин, мм.

У розділі показано, що величина ?₂L_СІ, яка враховує ослаблення випромінювання за рахунок зашивок у випадку, коли останні мають жорсткі зв'язки з обрешіткою основної конструкції, визначаються за графіками зниження шуму, обумовленого випромінюванням основної конструкції перегородок за рахунок впливу зашивок, встановлених з різним повітряним проміжком (від l = 30 мм до l ? 90 мм). Розроблена модель проектного розрахунку очікуваних величин рівнів шуму у кабінах машиністів і пасажирських салонах дизель- та електропоїздів дозволяє оцінити внесок окремих джерел на загальний рівень шуму та їх сумарний вплив на умови праці обслуговуючого персоналу і стан комфорту пасажирів при русі поїздів.

У результаті теоретичних досліджень установлено, що:

Шум усередині вагонів, може бути представлений сумою трьох складових - аеродинамічної, випромінювання кузова і шуму ходових частин. Такий розподіл дозволяє більш цілеспрямовано підходити до дослідження шумів дизель- і електропоїздів як складного звукового коливання, що залежить від природи кожної складової.

Представлення кузова моторного вагону як деякої еквівалентної циліндричної оболонки дозволило одержати основні параметри, що характеризують поширення шуму усередині вагону, виходячи з особливостей характеру звукових хвиль, випромінюваних кузовом від окремих джерел.

Складова випромінювання кузова усередині вагону за природою шумостворення може бути представлена такою, що складається з повітряного і структурного шуму.

Повітряний шум визначається рівнем шуму силового і допоміжного устаткування і звукоізолюючою здатністю від окремих конструктивних елементів кузова вагону.

Рівень шуму у силовому відсіку залежить від акустичної потужності джерел і може бути знижений декількома методами, у тому числі шляхом застосування звукопоглинаючого облицювання по внутрішній поверхні кузова моторного вагону.

Звукоізолююча здатність кузова залежить від поверхневої ваги і коефіцієнта втрат у матеріалі кузова. Звукоізоляція останнього, визначена як для еквівалентної циліндричної оболонки, виявилося нижче, ніж при розрахунку за методами, прийнятими у будівництві та у суднобудуванні.

Структурний шум залежить від величини звукової вібрації, що поширюється по рамі моторних вагонів від силових, допоміжних механізмів і машин та від ходових частин. Зниження звукової вібрації при проходженні коливань від жорстко встановленого дизеля по рамі до кузова вагону незначне. Величина рівня коливальної швидкості стінки кузова залежить від товщини металевих аркушів обшивання.

Джерела шуму, що входять в аеродинамічну складову, можуть бути представлені у виді деякої найпростішої моделі випромінювача у виді сфери. Зниження шуму для такого випромінювача при подвоєнні відстані від нього складе 6 дБ.

Розроблена методика розподілу і прогнозування шуму за складовими дозволяє встановлювати, яке джерело або складова є визначальними в шумовому навантаженні існуючого моторного вагону і тим самим обґрунтовувати заходи щодо зниження шуму. Крім того, користуючись цією методикою можна визначати рівень шуму дизель- або електропоїзду, що проектується, і встановлювати обґрунтовані вимоги за рівнями шуму окремих джерел, які повинні бути приведені у технічних умовах на постачання комплектуючого устаткування.

У третьому розділі наведено результати натурних досліджень рівнів шуму дизель- і електропоїздів, що випускаються ВАТ ХК “Луганськтепловоз”, на підставі розробленої комплексної методики дослідження шуму джерел на стоянці і у русі з використанням акустичної апаратури.

Такі дослідження проводилися при роботі дизель-генератора в режимі максимальних обертів або на холостому режимі, при цьому вимірювальний мікрофон встановлювався в наступних точках:

- 1 м від випускного отвору дизеля на даху моторного вагону;

- 0,5 м від забірного отвору на усмоктуванні дизеля;

- 1 м від задньої стінки кабіни машиніста і на висоті 1,5 м над підлогою у силовому відсіку моторного вагону;

- під вагоном у районі кабіни машиніста і посередині салону;

- у кабіні машиніста в двох точках на робочому місці машиніста і його помічника на висоті 1,5 м від рівня підлоги;

- у пасажирському салоні в 3-х точках - посередині вагону і над візками, на висоті 1,2 м від рівня підлоги.

Аналіз впливу джерел шуму, що впливають на навколишнє звукове поле дизель-поїзду, показав наступне:

- на низьких частотах до 250 Гц основний вплив робить шум від усмоктувальної системи;

- на середніх і високих частотах (500 Гц і вище) - система вентиляції охолодження дизеля;

- шум компресора і перетворювача на 10-14 дБА нижче, ніж шум від систем дизеля.

Дослідження шумового навантаження дизель-поїзду на стоянці показали наступне:

- рівні шуму в кабіні машиніста на низьких частотах від 31,5 до 250 Гц мають стабільні значення в межах 69-79 дБ і не змінюються зі збільшенням оборотів дизеля, це дозволяє припустити, що повітряні складові звукового поля аеродинамічного походження не роблять впливу на шумове навантаження робочих місць машиніста дизель-поїзду і його помічника;

- зі збільшенням частоти відбувається зниження рівнів на 6-10 дБ на кожну октаву, при цьому загальний еквівалентний рівень шумового навантаження складає 66-67 дБА;

- на рівні шуму в середині пасажирського салону моторного вагону впливає режим роботи дизеля. На низьких і середніх частотах (до 1000 Гц) він збільшує рівні шуму на 4-6 дБ, а на високих - на 7-10 дБ, при цьому рівні шумового навантаження складають 58-65 дБА;

- дослідження шуму системи вентиляції пасажирського салону проводилося в кілька етапів з метою вибору оптимальних технічних і акустичних характеристик, що забезпечують виконання вимог нормативних документів. Система вентиляції пасажирського салону побудована за принципом подачі повітря, тобто, приточного типу від 1000 до 3000 м³/год. Для цього використовується електродвигун потужністю 7,5 кВт зі зміною обертів від 1000 до 2000 об/хв, відцентровий вентилятор діаметром коліс 284 мм і з 32-ма напівциліндричними лопатками, загнутими вперед.

Аналіз результатів дослідження шуму ходових частин дизель-поїзду показав два інтервали лінійної залежності шуму від швидкості руху

, (15)

де L_i - рівень шуму при розглянутій розрахунковій швидкості, дБА; L_H - рівень шуму, прийнятий за початковий; К_V - коефіцієнт росту рівня шуму на одиницю швидкості; V_H, V_i - початкова і кінцева швидкість руху дизель-поїзду.

При цьому мають місце такі інтервали:

- перший - від 20 до 60 км/год: К_V1=0,32; L_H1=95 дБА, при V₁=20 км/год;

- другий - від 60 до 130 км/год: К_V2=0,12; L_H2=108 дБА, при V₂=60 км/ч.

Оцінка шумового навантаження за умовами комфортності з інтегральною оцінкою шуму в дБА проводилася в різних точках кабіни і салонів ПРС у наступній послідовності:

а) на плані внутрішніх приміщень кабіни машиніста, салонів вагонів, купе провідників вибираються найбільш характерні точки для виміру;

б) проводяться виміри еквівалентних рівнів шуму в дБА;

в) складається карта еквівалентних рівнів шуму на плані дизель- або електропоїзду.

За даною методикою проведено аналіз шумового навантаження в моторних вагонах дизель-поїздів типу ДЕЛ-01, ДЕЛ-02 і електропоїздів типу ЕПЛ2Т и ЕПЛ9Т.

Вимір еквівалентних рівнів і спектральний аналіз шуму проводилися при швидкості руху рухомого складу 85 ± 5 км/год у кабінах машиніста і 60 ± 5 км/год у пасажирських салонах.

Аналіз інтегральної оцінки шумового навантаження на дизель- і електропоїздах показав наступне:

- еквівалентні рівні шуму в кабінах дизель- і електропоїздів приблизно однакові і відрізняються на 2-3 дБА;

- рівні шуму в пасажирських салонах моторних вагонів коливаються від 63 до 74 дБА, найбільш високі з них мають місце в дизель-поїзді типу ДЕЛ-01;

- рівні шуму в центрі пасажирського салону моторного вагона на 2-5 дБА менші, ніж у місцях виміру над візками;

- рівні шуму в тамбурах на 2-3 дБА вище, ніж у салоні;

- рівні шуму в салонах причіпних вагонів на 3-5 дБА нижчі, ніж у салонах моторних вагонів;

- при русі поїздів на стикових ділянках залізничної колії рівні шуму на 4-5 дБА вище, ніж на безстикових і досягають у кабінах - 80 дБА, у салонах - 75 дБА;

- оцінка шумового навантаження стосовно нормативних вимог показує, що шум у кабінах машиністів і купе провідників знаходиться в межах норм, а в пасажирських салонах на 7-10 дБА вище комфортного рівня в 60 дБА.

Аналіз структурних складових шуму, що проникає в салон від дизеля і компресора на стоянці, показав перевагу корпусних складових на 25-30 дБ над повітряними. Так, в октаві 63 Гц повітряна складова від дизеля дорівнює 63 дБ, а корпусна - 82 дБ. Зі збільшенням частоти різниця між повітряною і структурної складовою практично зберігається, наприклад, в октавній полосі 1000 Гц повітряна складова від дизеля і компресора дорівнює 30, 32 дБ, корпусна - 63, 64 дБ, а еквівалентні рівні 22, 23 дБА - за повітряною складовою і 66, 68 дБА - за корпусною, відповідно.

Основними джерелами шуму на ПРС є ходові частини, силова установка з її системами і гальмовий компресор. При цьому в салонах пасажирських вагонів основним джерелом, що впливає на шумове навантаження, є ходові частини, а в моторному вагоні також шум дизеля і гальмового компресора.

Для забезпечення комфортності і зниження шумового навантаження, що впливає на обслуговуючий персонал, необхідно проводити роботи зі зменшення шуму самих джерел, а також зниження коливальних процесів на шляхах поширення, для чого варто передбачати заходи щодо використання звукоізолюючих і вібродемпфуючих конструкцій і покрить.

У четвертому розділі наведено результати оцінки звукопоглинаючих і звукоізолюючих властивостей обгороджувальних конструкцій, що застосовуються на ПРС, різними методами безпосередньо на досліджуваному об'єкті, у звукозамірювальних камерах і на спеціальних стендах.

Особливу увагу приділено дослідженню на стенді, що спеціально розроблено і виготовлено в іспитовому центрі “Транссерт” ВАТ ХК “Луганськтепловоз” і являє собою дві камери низького і високого рівня обсягом 1 м³, між якими містилися досліджувані зразки розміром 1 х 1 м.

Звукоізолююча здатність зразків визначалася по різниці рівня шуму в камері високого рівня (КВР) і камері низького рівня (КНР) в октавних смугах частот з урахуванням виправлень, що визначають характер звукового поля, точність вимірювальної апаратури і можливих шляхів проникнення через щілини, за формулою

R = (L_В - L_H) - ДL_Ш + ДL_Ч + ДL_С, (16)

де L_В, L_H - рівні шуму в камерах високого і низького рівня, дБ; ДL_Ш - поправка по проникненню шуму через щілини між зразком і корпусом установки, дБ (внаслідок ретельного ущільнювання щілин ДL_Ш = 0); ДL_Ч - виправлення на різницю у частотних характеристиках вимірювальних трактів шуму в КВР і КНР, дБ (контрольна перевірка вимірів шуму одночасно в одній камері двома вимірювальними трактами показала, що ДL_Ч = 0 в октавах 31,5 і 20000 Гц, а в октавних смугах 4000 Гц ДL_Ч = 4 дБ, у 8000 Гц - 5 дБ і 16000 Гц - 8 дБ); ДL_С - поправка на структурні складові шуму, що проникає по внутрішньому металевому обшиванню у середину установки. Ця поправка складає в межах точності вимірів ± 1 дБ, в основному на частотах до 250 Гц, тому при оцінці величини звукоізоляції вона не враховувалася.

Усього було досліджено 12 зразків, що складаються з різних звукотеплоізолючих матеріалів, що виробляються в Україні і постачаються з Фінляндії, типу “Ізовер”, “Ізотек”, “Рокмін”, які використовуються на бічних стінках, стелі і підлоги вагонів ПРС.

Використовуючи результати стендових досліджень рекомендовано використовувати найбільш ефективні матеріали, зокрема на високих частотах понад 2000 Гц -“Рокмін”. Виміри звукоізолюючих властивостей конструкцій задніх стінок кабін і тамбурів, дверей і бічних вікон, виконаних у натуральну величину, в спеціальній камері показали, що на звукоізоляцію елементів істотно впливає твердість конструкції, якість ущільнення, наявність звукодемпфуючої мастики, товщина зашиття, скла і інш.

Ефект звукопоглинання безпосередньо в кабіні машиніста дизель-поїзду склав близько 7 дБА, у салоні без пасажирів - 5 дБА, з пасажирами - близько 13 дБА.



ВИСНОВКИ

Для забезпечення нормальних умов праці обслуговуючого персоналу і комфортності пасажирів, що користуються послугами дизель- і електропоїздів у приміському сполученні питання зниження шумового навантаження є актуальною задачею.

В умовах ринкових відносин, розробка конструктивних рішень приміських дизель- та електропоїздів повинна базуватися на упровадженні чіткої поетапної системи пророблень різних варіантів проектування дослідного і серійного виробництва, спрямованої на створення конкурентноспроможної продукції на ринку виробників транспортних засобів.

При розходженні підходів до конструкції дизель- та електропоїздів з урахуванням технічних умов на постачання, що висуваються замовником, існують загальні, традиційно сформовані вимоги до умов праці обслуговуючого персоналу і комфорту пасажирів, зокрема ті, що стосуються питань зниження шумового навантаження, яке шкідливо впливає на організм людини.

У роботі наведено результати комплексних досліджень дизель- та електропоїздів, що випускаються ВАТ ХК “Луганськтепловоз”, які уперше містять стендові і натурні дослідження звукоізолюючих конструкцій окремих елементів огороджень бічних і задніх стінок, стелі і підлоги кабін і салонів, на підставі яких можна зробити такі висновки і рекомендації:

1. При розробці нових конструкцій необхідно проводити обов'язкові стендові виміри окремих огороджень, що дозволяють оцінити величину звукоізолюючої здатності окремого елемента при використанні нових звукотепловіброізолюючих матеріалів і конструкцій.

2. Величина шумового навантаження, що впливає на обслуговуючий персонал (машиніста і його помічника, провідників), а також пасажирів при роботі в режимі середнього навантаження силових і допоміжних механізмів і швидкості руху 2/3 від максимальної (80 км/год) дизель- та електропоїзди (ДЕЛ-01, ДЕЛ-02, ЕПЛ2Т, ЕПЛ9Т), відповідає нормативним вимогам, установленими державними санітарними правилами і нормами і технічними умовами на постачання. Однак, при збільшенні швидкості до 100 км/год рівні шумового навантаження, перевищують гранично припустимі величини.

3. Проведені комплексні натурні дослідження шумового навантаження дозволяють оцінити вплив кожного джерела шуму на загальний його рівень в кабінах і салонах дизель-поїзду, у зв'язку з цим на дослідних зразках нових транспортних засобів рекомендується проводити повний обсяг акустичних іспитів по розробленій програмі.

4. Для зменшення повітряних звукових коливань, що випромінюються дизель-генератором і гальмовим компресором, найбільш оптимальним варіантом є розташування їх у спеціальному відсіку під підлогою моторного вагону.

5. Для зменшення звукових коливань від центральної вентиляційної системи пасажирського салону, вагону дизель- та електропоїзду, необхідно використовувати звукопоглинаючі облицювання в усмоктувальних і нагнітальних каналах цієї системи.

6. Для зменшення шуму від ходових частин ПРС необхідно забезпечувати більш високі якісні показники по динамічній взаємодії колісних пар з рейками.

7. Для зменшення шумового навантаження, з метою забезпечення нормальних умов праці обслуговуючого персоналу і комфортних умов пасажирів, необхідно проводити комплекс робіт за трьома напрямками:

а) зниження повітряної складової за рахунок застосування звукоізолюючої перешкоди на шляху поширення звукових коливань, що передаються від силових, допоміжних механізмів і тих, що виникають у результаті динамічних процесів при русі колісних пар по верхній будівлі залізничної колії;

б) зменшення структурного шуму, зв'язаного з коливальними процесами металевих конструкцій огороджень вагонів ДП і ЕП у кабіні машиніста і пасажирських салонів, шляхом віброізоляції джерел шуму і використання вібродемпфуючих покрить тонколистового зовнішнього обшивання товщиною не менш 3-х товщин основного несучого листа;

в) зменшення ревербераційних явищ за рахунок відбиття коливальних процесів шляхом використання звукопоглинаючих внутрішніх облицювань вагонів, крісел і диванів.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Касьянов Н.А., Малов В.А., Басов Г.Г., Пительгузов Н.А. Исследование шума на пассажирском подвижном составе. - Луганськ, СНУ ім. В. Даля, 2006. - 99 с.

2. Грищенко С.Г., Малов В.А. Комфортные характеристики кабин машинистов тепловозов // Вісник СНУ ім. В. Даля. - Луганськ, 2000. - № 7 (29). - С. 135-137.

3. Малов В.А., Мищенко К.П., Гундарь В.П., Плотников Н.Н., Криворуцкий А.Х. Результаты экспериментальных исследований акустических характеристик электровозов ЭПЛ2Т и ЭПЛ9Т // Вісник СНУ ім. В. Даля. - Луганськ, 2002, №6 (52). - С. 120-122.

4. Касьянов Н.А., Малов В.А., Пительгузов Н.А. Методика анализа структуры шума на пассажирском подвижном составе // Вісник СНУ ім. В. Даля. - Луганськ, 2003. - №10 (68), Ч.2. - С. 53-55.

5. Малов В.А., Пительгузов Н.А. Снижение колебательных процессов от силовых установок на дизель-поездах и тепловозах // Вiсник СНУ ім. В. Даля - Луганськ, 2004. - № 5(75). - С. 188-191.

6. Басов Г.Г., Малов В.А., Гундарь В.П., Пительгузов Н.А. Оценка шумовой нагрузки, воздействующей на обслуживающий персонал и пассажиров дизель- и электропоездов // Вісник СНУ ім. В. Даля. - Луганськ, 2005. - №7 (89). - С. 6-10.

7. Малов В.А. Теоретический анализ звуковых колебаний воздуха внутри помещений кабин управления и салонов дизель-поездов // Вiсник СНУ ім. В. Даля - Луганськ, 2005. - № 8(90), Ч 2. - С. 252-255.

8. Басов Г.Г., Грибанов В.Н., Малов В.А., Касьянов Н.А., Пительгузов Н.А. Исследование звукоизоляции конструкций ограждений пассажирского подвижного состава ХК “Лугансктепловоз” // Вісник СНУ ім. В. Даля. - Луганськ, 2006. - № 6 (100), Ч 1. - С. 19-23.

9. Касьянов Н.А., Басов Г.Г., Мичко А.А., Пительгузов Н.А., Малов В.А. Основные направления снижения шумовой нагрузки на пассажирском подвижном составе // Вісник СНУ ім. В. Даля - Луганськ, 2006. - №6(100), Ч.2. - С. 112-117.

10. Малов В.А. Методика оценки структурных составляющих шумовой нагрузки в моторном вагоне дизель-поезда // Вiсник СНУ ім. В. Даля - Луганськ, 2006. - № 5 (94). - С. 18 - 24.

11. Голубенко А.Л., Басов Г.Г., Малов В.А. Обеспечение надежности и безопасности функционирования железнодорожного подвижного состава // Зб. наук. праць по проблемам створення і освоєння виробництва в Україні мотор-вагонного рухом. складу на базі уніфік. причипн. вагона. Спец. випуск. - Луганськ, 2003. - С. 30-35.

12. Малов В.А., Пительгузов Н.А., Касьянов Н.А. Анализ условий труда на пассажирском подвижном составе. Мат. ХI всеукр. н.-техн. конф. “Проблемы охраны труда и техногенно-экологич. безопасности”, Севастополь, 5-9 окт. 2006 г. - С. 42-43.

13. Касьянов М.А, Латишев О.В., Гапонов В.В., Бабенко Ю.В., Колібабчук О.О., Басов Г.Г., Малов В.А., Сухаревська О.М. Методичні розробки з вивчення дисципліни “Безпека життєдіяльності” // Зб. анотацій наукових праць на СD носії за мат. VI міжнар. наук.-метод. конф. “Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика” - К: “Самміт-Книга”, 2007. - Kasyanov_3.

Размещено на Allbest.ru