Совершенствование средств повышения экологической безопасности тракторов путем снижения уровня шума

Шум различной интенсивности возникает в процессе работы большинства сельскохозяйственных машин и тракторов и является причиной быстрой утомляемости и снижения работоспособности операторов. Длительное воздействие звука высокой интенсивности на человека приводит к потере слуха и инвалидности. Одним из недостатков мощных тракторов так же является высокий уровень шума, являющийся причиной быстрой утомляемости тракториста и как следствие снижения его работоспособности. Длительное воздействие шума высокой интенсивности на человека приводит к потере слуха и инвалидности. Шум в тракторах и сельскохозяйственных машинах является сложной проблемой, для решения которой применяется целый ряд мер. Так за последние 30−40 лет требования, предъявляемые к шуму, излучаемому тракторами, были ужесточены, и уровень допустимого звукового давления снижен с 90 дБа до 80дБа. [9,10].

Все это заставило производителей тракторов применять средства по снижению уровня шума уже на стадии проектирования и производства. Так, например, тракторы оборудуются шумоизолированными кабинами, двигатели ограждаются капотами с улучшенными звукоизолирующими и звукопоглощающими свойствами. Используются более эффективные глушители шума выхлопа и всасывания. Для снижения вибрации используются более эффективные виброгасящие подушки кабины и двигателя. Но с увеличением срока службы шум тракторов усиливается, что вызвано увеличением зазоров, появлением люфтов вследствие износа, повышением шумности двигателя.

Трактор «Кировец» на протяжении многих лет является одним из наиболее востребованных колесных тракторов в сельском хозяйстве нашей страны. Исследования уровня шума в кабине трактора К-701 показали значительное превышение допустимых значений. При работе с ковшовым погрузчиком на погрузке навоза уровень шума в кабине составил 90 дБА, что ведет к повышенной утомляемости тракториста и как следствие снижению производительности его труда. Новые трактора К744 имеют уровень шума на рабочем месте 80 дБа, но с увеличением срока эксплуатации шум таких тракторов так же усиливается, уровень звукового давления внутри кабины такого трактора может значительно превышать допустимую величину, что ведет к повышенной утомляемости тракториста. Таким образом, возможности трактора по производительности не могут быть реализованы в полном объеме из-за шумового воздействия на тракториста и, кроме этого, возможны отдаленные последствия для его здоровья.

Работа выполнена в соответствии с комплексной темой № 4 НИР Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова «Разработка технического обеспечения аграрных технологий», раздел № 5 «Обоснование процессов и средств погрузки для аграрных технологий».

Цель исследований: повышение экологической безопасности сельскохозяйственных тракторов путем совершенствования шумозащитных средств, обладающих высокой звукоизолирующей и звукопоглощающей способностью в широком диапазоне частот.

Объект исследований — шумозащитные ограждения и процесс отражения и поглощения ими звуковых колебаний, возникающих при работе трактора.

Предмет исследований — зависимости изменения уровня шума и его составляющих в кабине трактора К-701 от параметров шумозащитных ограждений.

Научная новизна работы заключается в получении теоретических выражений, позволяющих совершенствовать шумозащитные средства капотов, кабин на примере трактора К-701- расчетно-аналитическом обосновании структуры и параметров многослойных шумозащитных панелей к ограждению капотов и кабины, работающих в широком диапазоне частотэкспериментальном исследовании и подтверждении эффективности полученных теоретических выражений и предложенной многослойной шумозащитной конструкции с обоснованными параметрами.

Практическая ценность работы: Результаты исследований могут быть использованы при создании новых и совершенствовании существующих средств снижения уровня шума тракторов и сельскохозяйственных машин. На основании проведенных исследований и предложенных рекомендаций разработана многослойная шумозащитная конструкция кабины трактора К-701 внедренная в ООО «Артель» Петровского района Саратовской области.

На защиту выносятся следующие научные положения:

— математическое описание процессов шумопоглощения и шумоизоляции различными материалами и их комбинациями;

— аналитические выражения для обоснования структуры и параметров многослойных шумозащитных ограждений на примере трактора К-701;

— результаты экспериментальных исследований, подтверждающих эффективность многослойных ограждений шумоизоляции кабины трактора К-701.

Апробация: основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского государственного аграрного университета по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы за период 2006;20 Юг., на международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения — 2007, 2009 и 2010», Международной научно-практической конференции посвященной 70- летию проф. Дубинина В. Ф. (Саратов, 2010 г.).

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе, две — в рецензируемом издании, включенном в Перечень ВАК, Общий объем публикаций составляет 1,9 печатных листа, из них 1,1 печатных листа принадлежат лично соискателю.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем составляет 143 страницы машинописного текста, который включает в себя основной текст и 5 приложений. Основной текст изложен на 130 страницах, содержит 18 таблиц и 41 рисунок. Список использованной литературы включает 115 наименований из них 21 на иностранных языках.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ уровня шума в кабине трактора К-701 с ковшовым погрузчиком при работе на погрузке органических удобрений показал значительное превышение допустимого уровня шума на частотах 125−4000 Гц. В целом допустимый уровень шума превышен на 10 дБА. Анализ показал, что существующих исследований не достаточно для оценки шумозащитных свойств кабин сельскохозяйственных тракторов, позволяющих выбирать оптимальные параметры конструкции в зависимости от конкретных условий применения. Вследствие этого из-за отсутствия эффективных средств шумозащиты возможности трактора типа «Кировец» по производительности, в частности при погрузке навоза, не могут быть реализованы в полном объеме из-за шумового воздействия на тракториста.

2. Теоретические исследования процессов звукоизоляции и звукопоглощения на основе решения уравнений Лагранжа для колебания одиночной пластины и системы дифференциальных уравнений вынужденных колебаний оболочек с использованием сферических функций Бесселя показывают недостаточную эффективность одиночных и двухслойных металлических и упругих оболочек. Для снижения уровня шума необходимо оснащать основной металлический кожух комбинированной облицовкой из нескольких материалов, обеспечивающих снижение шума в широком диапазоне частот.

3. В результате теоретических исследований получены аналитические выражения, позволяющие обосновать конструкции и определять параметры шумозащитных и звукопоглощающих ограждений — кабин, кожухов, капотов. Разработанная шумозащитная композитная конструкция для облицовки внутренней поверхности металлического ограждения кабины трактора К-701 толщиной включает четыре последовательно установленные материала: перфорированную резину толщиной 4 ммметаллическую фольгу или стеклопластик — 0,5 ммбазальтовое волокно «БСТВ» —30 мм. Защитную облицовку.

ПБС — 5 мм Разработанная звукопоглощающая композитная конструкция для облицовки внутренней поверхности металлического ограждения потолка кабины трактора К-701 включает пять последовательно установленных материалов: Изотон-В толщиной 10ммATM 3−10 ммБСТВ — 15 ммАкцент -10 ммATM ЮС — 10 мм.

4. Экспериментально подтверждены теоретические положения о эффективности многослойной шумоизоляции устанавливаемой на металлическое ограждение кабины и заменой существующего остекления на стеклопакеты с двойными стеклами. Применение предложенной шумоизоляции позволило снизить уровень шума. На низких частотах: на частоте 63 Гц — 12 дБна частоте 250 Гц уровень шума составляет 78 дБ при допустимом значении 82 дБ, снижение составило 13 дБ, на средних частотах: на частоте 500 дБ соответственно 73 дБ и 78 дБ, снижение составило 14 дБна высоких частотах: уровень шума на частоте 4000 Гц снижен с 76 дБ до 61 дБ (при норме 71), а на частоте 8000 Гц снижен с 68 дБ до 45 дБ (при норме 69).

5. Экономическая эффективность внедрения результатов исследований достигается за счет роста производительности труда благодаря снижению шумового воздействия на оператора и более комфортным условиям работы. При использовании ковшового погрузчика на базе трактора К-701, оснащенного шумоизоляцией в сравнении с погрузчиком на базе существующего трактора при погрузке навоза был получен годовой экономический эффект 28 761 руб. в ценах на 01.11.2009 года, срок окупаемости дополнительных капиталовложений составил 1,62 года.