Совершенствование условий труда в лабораториях кафедры «Ремонта машин»

              Анализируя представленные в таблице______данные, можно сделать следующие выводы:

1.      Однозначно подходящей  для наших целей конструкции, среди представленных в таблице нет. Очевидно, следовало бы расширить диапазон поиска изобретений.

2.      Наиболее подходящей можно считать шумозащитную конструкцию № 3, из которой возможно использовать отдельные элементы и конструктивные решения.

3.      На основании проработанного материала предлагается следующий вариант шумозащитного экрана.

                    ЗДЕСЬ РИСУНОК С КОММЕНТАРИЯМИ.

              Шумозащитные экраны устанавливаются с двух сторон от вертикально-фрезерного станка. Шумозащитные экраны состоят из стального листа и шумопоглощающего покрытия. Шумопоглощающее покрытие крепится с двух сторон стального листа.

              Шумопоглощающее покрытие может быть выполнено из обычных микроволоконных материалов, например, звукопоглощающих матов на основе базальтового супертонкого волокна, которые закрепляют на металлических стенках с помощью клея, обеспечивая полное заполнение профиля.

              В настоящее время волокнистые материалы являются наиболее употребительными. Они не только оказались наиболее эффективными с акустической точки зрения, но и отвечают требованиям, предъявляемым к производственным помещениям. В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях.

              Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Кроме этого, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон.               Шумопоглощающий экран крепится к полу с помощью двух уголков. Уголки в свою очередь крепятся на два болта, один из которых анкерный (крепится к полу) второй крепится к экрану. Данная конструкция обеспечивает простой монтаж, простоту обслуживания и ремонта. Такие шумопоглощающие экраны позволяют снизить шум до приемлемых величин.

              Расчет прочности крепления экрана.

1.       

1. Расчет случайного фактора

              Исходные данные: Сила действующая на плечо Р = 1000 Н, плечо l = 1,5 м, напряжение на изгиб [σ] = 160 МПа.

              1. Определяем изгибающий момент:

Нм

где  - изгибающий момент;

        Р – сила действующая на плечо;

        l – плечо.

              Условие прочности по нормальным напряжениям при изгибе:

где  - изгибающий момент;

        - осевой момент сопротивлений.

              Осевой момент сопротивлений равен:

2. Расчет уголка:

              Задаем толщину полки d = 10 мм, тогда размеры уголка следующие 100*100*10. Находим ширину полки из следующей формулы:

Отсюда b = 10 см.

              3. Расчет болтов:

              Определяем результирующую силу, приходящуюся на 1 болт:

где  - изгибающий момент;

        - толщина стенки экрана + ширина полки.

              Результирующая сила 1 анкерного болта:

Н

мм = 0,06 м

              Из условия прочности находим диаметр болта:

м = 9 см

где  [σ] – напряжение на изгиб;

                 Результирующая сила 2-го болта:

Н

где мм = 0,05 м.

              Из условия прочности находим диаметр 2-го болта:

м = 10 см

                            Так как условия прочности выполнены, выбираем и см.

              Расчет эффективности экранов

              Помимо выполненных расчетов, нам необходимо определить акустическую эффективность  устанавливаемых  экранов.

              Эффективность экранов:

      где К – расчетное значение;

      h – высота экрана, м;

      b – расстояние от экрана до рабочего места, м;

      a – расстояние от экрана до источника шума, м;

    - частота звука, Гц;

     1 – длина экрана, м.

              По расчетному значению К определяем эффективность экрана дБ, что соответствует заявленным целям.

              Формула.

              Как уже было сказано выше, установку акустических экранов целесообразно комбинировать с облицовкой помещения звукопоглощающими материалами и использованием объемных штучных звукопоглотителей.

Звукопоглощение

              Обработка поверхностей помещений звукопоглощающими материалами и конструкциями необходима для получения оптимальных акустических характеристик, среди которых особую роль играет время стандартной реверберации. Для достижения требуемой частотной характеристики звукопоглощения обычно комбинируют конструкции, поглощающие энергию преимущественно на низких, средних и высоких частотах звукового диапазона.

Поглощающие свойства материалов определяются коэффициентом поглощения материала α. Коэффициенты поглощения зависят от угла падения звуковой волны на поглощающий материал. Различают нормальный коэффициент поглощения (для угла падения 90°) и диффузный (для всевозможных углов падения). В таблицах обычно приводят только диффузный коэффициент поглощения.

Коэффициенты поглощения зависят от частоты. Одни материалы имеют большее поглощение на низких частотах, другие - на высоких, третьи - на средних. Ряд материалов имеет немонотонную зависимость коэффициента поглощения от частоты. Все это позволяет подбирать оптимальное общее поглощение в помещении во всем диапазоне передаваемых частот.

Звукопоглощающие материалы по строению делятся на сплошные и пористые, а по применению - на стеновые, облицовочные, драпировки и специальные. К последним относятся, например, мембранные и резонаторные конструкции.

Сплошные материалы (бетон, кирпич, мрамор, дерево и т.п.), как правило, твердые, то есть имеют акустическое сопротивление значительно больше сопротивления воздуха. Поэтому их коэффициенты звукопоглощения очень малы, не более 5%. Некоторые из этих материалов (дерево, мрамор) используются и для стен, и как облицовочные. В последнем случае их коэффициент поглощения оказывается больше, чем в первом, так как происходит дополнительное поглощение из-за поперечных колебаний, возникающих в слое облицовочного материала. С увеличением частоты коэффициенты поглощения твердых сплошных материалов растут.

Из мягких сплошных материалов в качестве облицовочного используется только плотная резина. Ее акустическое сопротивление не очень велико, а коэффициент поглощения в среднем равен около 10%.

Пористые материалы (штукатурки, облицовочные плиты с перфорацией и без нее, щиты, портьеры, ковры и т.п.) используются только как облицовочные и для драпировок, то есть во всех случаях за ними располагаются (вплотную или на некотором расстоянии от них) ограждающие конструкции из сплошных материалов (стены, потолки, полы и другие перегородки). При падении звуковых волн на перегородку из пористого материала необходимо учитывать отражение звука как от лицевой поверхности, так (для прошедших в нее волн) и тыльной с учетом поглощения звука в порах. Для материалов, хорошо проницаемых для звука, следует учитывать и возможность возвращения звуковых волн, отраженных от ограждающих конструкций, находящихся за рассматриваемой пористой перегородкой.

Разработано много специальных поглощающих материалов с акустическим сопротивлением, близким к сопротивлению воздуха (например, АГШ - акустическая гипсовая штукатурка). Их коэффициенты поглощения на некоторых частотах близки к единице. Применяются слоистые конструкции из пористых материалов. Их слои подбирают так, чтобы получить как можно больший коэффициент поглощения.

Мембранные звукопоглощающие конструкции. Для тонкой перегородки из сплошных материалов поглощение определяется интенсивностью ее колебаний как целого (системы с сосредоточенными постоянными) и как мембран (системы с распределенными постоянными). Первые наблюдаются на низких частотах, вторые - на средних и высоких. В обоих случаях поглощение зависит от частоты. Самый низкочастотный максимум поглощения получается на резонансной частоте, определяющейся массой и гибкостью перегородки. Выше этой частоты имеются еще максимумы поглощения, частоты которых определяются поперечными размерами перегородки и скоростью распространения поперечных колебаний в ней. Поэтому поглощение растет с увеличением частоты немонотонно. Для увеличения потерь в перегородке под нее подкладывают демпфирующие материалы, например войлок. Резонирующие панели, изготовленные из натянутого холста с войлочной подкладкой, называют щитами Бекеши. Подобные панели изготовляются также из тонкой фанеры с поролоновым демпфером. Они бывают не только в виде плоских конструкций, но и в виде колонн и полуколонн. В зависимости от толщины фанеры или натяжения холста можно изменять частоту резонансов и таким образом получать максимумы поглощения в тех диапазонах частот, в которых требуется большее поглощение. Делаются они в основном для поглощения, низких частот, хотя и на высоких частотах их коэффициент поглощения довольно высок.

Резонаторные звукопоглощающие конструкции. Широкое распространение получили конструкции, построенные по принципу резонаторов Гельмгольца. Они эффективно поглощают звуковую энергию на частотах вблизи их резонансной частоты.

              Эффективность поглощения таких резонаторов определяется потерями в горле резонатора, где скорость колебаний максимальна. Там и должен быть расположен материал, вносящий затухание в колебания, например имеющий высокое внутреннее трение (вязкость). В практике для подобных резонаторов используют различные ниши, выходные отверстия которых затягивают тканью. Подобные резонансные поглотители выполняют также в виде больших щитов (во всю стену или потолок) с отверстиями, затянутыми тонкой металлической сеткой. Отверстия иногда делают разных размеров и на разных расстояниях, в результате чего получаются наборы резонатора.

Большие неровности на стенах и большие выступы, различные предметы, находящиеся в помещении, поглощают звуковую энергию с учетом эффекта дифракции. При расчетах эти поглощения обычно включают в поглощение ближайших к ним ограждающих конструкций.

              Распространены (особенно в радиовещательных студиях) три типа звукопоглотителей:

9.      пористые акустические плиты, коэффициент звукопоглощения которых обычно имеет максимальное значение в области средних и высоких частот звукового диапазона;

10. пористые перфорированные экраны, у которых частотная зависимость коэффициента звукопоглощения имеет резонансный характер, причем в зависимости от размера перфорированных отверстий, расстояние между ними, толщины наполнителя и других факторов удается изменять положение максимума звукопоглощения на оси частот, что весьма удобно при акустической настройке студий;

11. панели, резонирующие на низких частотах, коэффициент звукопоглощения которых максимален в области частот 100...300 Гц и смещается в сторону низших частот при увеличении воздушного промежутка между панелью и поверхностью стены (потолка).

              Для уменьшения воздушного переноса необходимо тщательно следить за устранением различного рода отверстий и щелей в перегородках. Для уменьшения материального переноса необходимо брать слоистые конструкции стен и перегородок из материалов с резко отличающимся удельным акустическим сопротивлением (бетон + поролон и др.).

Для уменьшения мембранного переноса необходимо стремиться к увеличению массы перегородки.

Для уменьшения шумов вибрации перегородки применяют различного рода виброизолирующие прокладки. Проникновение шумов через вентиляционные каналы устраняют заглушением, то есть покрытием стенок каналов поглощающими материалами, а также применением различного рода акустических фильтров.

              В качестве покрытий экрана и всего помещения можно рекомендовать  следующие материалы.

Пример, коэффициенты звукопоглощения наиболее распространенных материалов:

Толщина – 50 мм, шум среднечастотный (1000 Гц)