СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАИБОЛЬШЕГО УРОВНЯ ШУМА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ОПЕРАТОРА КОЛЕСНЫХ ТЯГОВЫХ МАШИН Российский патент 2000 года по МПК G01H11/00 

Изобретение относится к транспортному, сельскохозяйственному, строительно-дорожному и коммутационному машиностроению и может быть использовано в других областях техники для определения эффективности звукоизоляционных качеств кабин и других объектов.

Современные тяговые машины, например, строительно-дорожные или сельскохозяйственные, выполняют сложные технологические операции и поэтому имеют большое количество источников шума. Общеизвестны отрицательные последствия этих источников шума на здоровье операторов, поэтому санитарные нормы регламентируют предельно допустимые уровни звукового давления на рабочих местах, в частности в кабинах машин. С целью оценки шумовых характеристик на рабочих местах проводят измерения.

Известны способы определения наибольшего уровня шума, при которых максимальный уровень шума и соответствующий режим рабочих органов определяют путем последовательных измерений уровней шума на всех возможных рабочих режимах машины /1, с. 5, п. 3.2.10/. Недостатком этих способов является большая длительность и трудоемкость измерений уровней шума на всех возможных рабочих режимах машины.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому является способ определения наибольшего уровня шума /2, с. 23, п.2.2. 13.5.7/, включающий измерение посредством шумоизмерительной аппаратуры уровня шума на рабочем месте оператора тяговой машины в процессе движения этой машины, сочлененной с динамометрической тележкой, на которой создано тормозное усилие, имитирующее все режимы работы испытуемой машины. Результаты измерений сравниваются и выбирается самый наибольший.

Недостатком этого способа также является большая длительность и трудоемкость измерений уровней шума.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение времени и трудоемкости испытаний машин для определения и оценки наибольшего уровня шума на рабочем месте оператора тяговых машин.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения наибольшего уровня шума на рабочем месте оператора тяговых машин, включающем измерение посредством шумоизмерительной аппаратуры уровня шума на рабочем месте оператора тяговой машины, сочлененной с динамометрической тележкой, на которой создано тормозное усилие, отличительными от прототипа признаками является то, что на динамометрической тележке создают тормозное усилие, соответствующее максимальной тяговой мощности сочлененной с ней тяговой машины, определяемое следующей зависимостью:
T_Nmax= (0,58...0,80)•G_к•ϕ,
где T_Nmax - тормозное усилие, созданное на тормозной тележке;
G_к - вертикальная нагрузка на ось ведущего колеса тяговой машины;
ϕ - коэффициент сцепления колеса тяговой машины с опорной поверхностью.

Создание на динамометрической тележке тормозного усилия, соответствующего максимальной тяговой мощности сочлененной с ней тяговой машины, позволяет определить наибольший шум на рабочем месте оператора, возникающий при работе машины на всех возможных режимах и условиях.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа определения наибольшего уровня шума на рабочем месте оператора тяговых машин на примере автогрейдера. На фиг. 2 - зависимость тяговой мощности N_Т и уровня шума L_Р на рабочем месте оператора от силы тяги T для автогрейдера Д3-122.

Были проведены экспериментальные исследования, в результате которых установили, что максимальный шум в кабине тяговых машин имеет место на рабочем режиме, соответствующем наибольшей тяговой мощности. Например, для получения тяговой характеристики автогрейдера Д3-122 (класс 160) проводились тяговые испытания этой машины в полевых условиях в соответствии с ГОСТ /3/. Одновременно в соответствии с ГОСТ /4/ проводилось измерение уровня шума на рабочем месте оператора. Было установлено, что максимальное значение уровня шума L_Рmax имеет место при наибольшем значении тяговой мощности N_Тmax машины. Зависимость тяговой мощности N_Т и уровня шума L_Р на рабочем месте оператора от силы тяги T, представленные на фиг. 2, получены при прямолинейном движении автогрейдера Д3-122 на первой передаче коробки передач по связному плотному свежесрезанному суглинистому грунту с влажностью, близкой к оптимальной, при давлении воздуха в шинах 0,6 МПа и полной подаче топлива в двигатель. Наибольший уровень шума L_Рmax = 99,31 дБА на рабочем месте оператора был зафиксирован при максимальной тяговой мощности автогрейдера N_Tmax = 43,9 вКт и тормозном усилии T_Nmax = 50,95 кН, равном силе тяги машины.

При уменьшении тормозного усилия T на динамометрической тележке по сравнению со значением T_Nmax тяговая мощность N_Т и уровень шума L_Р на рабочем месте уменьшались (фиг. 2).

При увеличении тормозного усилия T на динамометрической тележке по сравнению со значением T_Nmax увеличивалось буксование колесных движителей, уменьшилась частота вращения коленчатого вала двигателя машины, уменьшилась скорость движения машины, ввиду чего уменьшилась тяговая мощность N_Т и уровень шума L_Р на рабочем месте оператора (фиг. 2). Тормозное усилие T_Nmax, соответствующее наибольшему уровню шума на рабочем месте оператора и максимальной тяговой мощности тяговой машины, при выбранных условиях работы выразили через T_ϕ - максимальную силу тяги, определяемую условиями сцепления пневматических шин колесного движителя с грунтом и соответствующую коэффициенту буксования δ = I:
T_Nmax= K•T_ϕ= K•G_к•ϕ, (1)
где G_к - вертикальная нагрузка на ось ведущего колеса;
K - коэффициент пропорциональности;
ϕ - коэффициент сцепления колеса машины с опорной поверхностью.

Вертикальную нагрузку G_к на ось ведущего колеса автогрейдера Д3-122 определили по его технической характеристике: G_к = 96,48 кН, значение коэффициента ϕ сцепления колеса автогрейдера с опорной поверхностью нашли для плотного свежесрезанного суглинистого грунта по таблице /5, с.111, табл. 16/: ϕ = 0,749. Приемлемые значения коэффициента "K" в формуле (1) определили на основе полученных при экспериментальных исследованиях соответствующих значений тормозных усилий T и уровней шума L_Р на рабочем месте оператора. Подставляя в формулу (1) значения T_Nmax = 50,95 кН, соответствующее наибольшему уровню шума L_Рmax = 99,31 дБА, получили
K = T_Nmax/(G_к•ϕ ) = 50,95/(96,48•0,749) = 0,705.

Использование этого значения коэффициента "K" для вычисления T_Nmax дало отличные результаты по измерению наибольшего шума L_Рmax на рабочем месте оператора при установке на динамометрической тележке вычисленного значения тормозного усилия T_Nmax.

В соответствии с требованием ГОСта /4/ значение L_Рmax округляли до целого числа, поэтому допустимой погрешностью при определении значения L_Pmax приняли - 0,5 дБА. При экспериментальных исследованиях получили наименьшее допустимое значение L_Рmax:
L_Рmax = 99,31 - 0,5 = 98,81 ДБа.

На фиг. 2 про этому значению уровня шума нашли соответствующие величины тормозных усилий 42 кН и 58 кН. Поставляя эти усилия как T_Nmax в формулу (1), получили допустимые значения коэффициента K:
K = 42/(96,48•0,749) = 0,58,
K = 58/(96,48•0,749) = 0,80.

Таким образом, для вычисления T_Nmax можно использовать выражение
T_Nmax= (0,58...0,80)•G_к•ϕ. (2)
Для всех тормозных усилий, полученных по формуле (2), при экспериментальных исследованиях после измерений уровня шума L_Р на рабочем месте оператора и округлении его значения до целого числа был получен результат - одно и то же значение L_Рmax = 99 дБА.

При использовании значений коэффициента "K": K < 0,58 и K > 0,8 погрешность определения наибольшего уровня шума L_Рmax на рабочем месте оператора может быть равна 1 дБА или превышать 1 ДБа, что недопустимо. Например, при K = 0,53 и K = 0,85 по формуле (1)

Этим значениям тормозного усилия соответствует уровень шума в качестве оператора L_Р = 98,43 дБА, после округления до целого числа получим L_Рmax = 98 дБА, что отличается от полученного ранее значения L_Pmax = 99 дБА на 1 дБА. Аналогичные испытания, проведенные с другими типами тяговых машин (колесные тракторы, скреперы, погрузчики) подтвердили эти выводы.

По предложенному способу наибольший уровень шума на рабочем месте оператора автогрейдера Д3-122 класса 160 определяли следующим образом. Автогрейдер 1 соединили с динамометрической тележкой 2 с помощью дышла 3 (фиг. 1). Для измерения уровня шума на рабочем месте оператора использовали прецизионный шумомер 4 фирмы "Брюль и Къер" (Дания) типа 2203 с набором октавных фильтров типа 1613, установленный в кабине 5 автогрейдера (фиг. 1). Микрофон установили с таким расчетом, чтобы центр мембраны был смещен: а) вверх по вертикали от базисной точки сидения на 700 мм; б) вперед по горизонтали от точки положения, указанного в подпункте а), на 150 мм; в) вправо по горизонтали от точки положения, указанного в подпункте б), на 250 мм. Главную ось микрофона направили вертикально вниз. На шумомере установили временную характеристику "медленно".

Назначили условия и режимы проведения измерений. Например, назначили прямолинейное движение автогрейдера на первой передаче коробки передач по связному плотному свежесрезанному суглинистому грунту с относительной влажностью 22...24% при давлении воздуха в шинах 0,6 МПа и полной подаче топлива в двигатель.

По формуле (2) определяли значение тормозного усилия T_Nmax, соответствующее наибольшему уровню шума. При этом вертикальную нагрузку G_к на ось ведущего колеса автогрейдера Д3-122 определили по его технической характеристике G_к = 96,48 кН; значение коэффициента ϕ сцепления колеса автогрейдера с опорной поверхностью нашли для плотного свежесрезанного суглинистого грунта по таблице /5, с. 111, табл. 16/ ϕ = 0,749. Получили
T_Nmax = (0,58...0,80)•96,48•0,749 = 42...58 кН.

На динамометрической тележке установили значение тормозного усилия T_Nmax = 50 кН.

При движении автогрейдера с динамометрической тележкой при назначенных режимах и условиях выполняли не менее трех серий измерений шумовых характеристик. За результат измерений принимали среднее арифметическое значение трех измерений. При обработке в результате измерений вносили поправку на частотную характеристику микрофона, на характеристику направленности микрофона, на уровень помех. Правильность определения шумовых характеристик проверяли расчетом уровня шума по значениям измеренного звукового давления в октавных полосах частот и сопоставлением его со значением измеренного уровня шума. Расхождение не превышало 2 дБА. Получили наибольший уровень шума на рабочем месте оператора L_Рmax = 99,31 дБА. В соответствии с требованием ГОСТа /4/ округлили это значение до целого числа: L_Рmax = 99 дБА.

Изменяли условия проведения измерений и вновь по формуле (2) вычисляли значение T_Nmax, устанавливали это тормозное усилие на динамометрической тележке и при движении автогрейдера, сочлененного с динамометрической тележкой, выполняли аналогично измерения шумовых характеристик и обработку результатов измерений.

Таким образом, по сравнению с известными способами определения наибольшего уровня шума на рабочем месте оператора тяговых машин, предложенный способ обеспечивает уменьшение времени и трудоемкости испытаний машин в 5... 6 раз.

Источники информации
1. Машины сельскохозяйственные самоходные. Методы определения вибрационных и шумовых характеристик. ГОСТ 12.4.095-80. Издание официальное. Гос. комитет СССР по стандартам. М., 1984.

2. Техника сельскохозяйственная. Методы оценки безопасности. ГОСТ 12.2.002-81. Издание официальное. Гос. комитет СССР по стандартам. М., 1987.

3. Машины землеройные. Метод определения тяговой характеристики. ГОСТ 27247-87. Издание официальное. Гос. комитет по стандартам. М., 1987.

4. Шум. Методы определения шумовых характеристик. Общие требования. ГОСТ 23941-79. Гос. комитет по стандартам. М., 1986.

5. Н.А.Ульянов Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин. - М.: Машиностроение, 1969.

Изобретение относится к транспортному, сельскохозяйственному строительно-дорожному и коммунальному машиностроению и может быть использовано для определения эффективности звукоизоляционных качеств кабин. Уменьшение времени и трудоемкости испытаний машин для определения и оценки наибольшего уровня шума на рабочем месте оператора тяговых машин достигается за счет того, что в процессе движения тяговой машины, сочлененной с динамометрической тележкой, на которой создают тормозное усилие, соответствующее максимальной тяговой мощности сочлененной с ней тяговой машины. Тормозное усилие определяется зависимостью T_Nmax = (0,58...0,080)•G_k•ϕ, где T_Nmax - тормозное усилие динамометрической тележки; G_k - вертикальная нагрузка на ось ведущего колеса тяговой машины; ϕ - коэффициент сцепления колеса тяговой машины с опорной поверхностью. Посредством шумоизмерительной аппаратуры измеряют уровень шума на рабочем месте оператора тяговой машины. 2 ил.

Способ определения наибольшего уровня шума на рабочем месте оператора тяговых машин, включающий измерение посредством шумоизмерительной аппаратуры уровня шума на рабочем месте оператора тяговой машины в процессе движения этой машины, сочлененной с динамометрической тележкой, на которой создано тормозное усилие, отличающийся тем, что на динамометрической тележке создают тормозное усилие, соответствующее максимальной тяговой мощности сочлененной с ней тяговой машины, определяемое следующей зависимостью:
T_Nmax = (0.58 ... 0.80) • G_к • ϕ,
где T_Nmax - тормозное усилие динамометрической тележки;
G_к - вертикальная нагрузка на ось ведущего колеса тяговой машины,
ϕ - коэффициент сцепления колеса тяговой машины с опорной поверхностью.