- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
- •«Наземные транспортно-технологические комплексы»
- •Введение
- •Характеристики сил в механизмах
- •1.1. Движущие силы
- •. Силы сопротивления
- •. Силы трения
- •. Силы упругости
- •. Импульсные и ударные силы
- •2. Уравнения движения механизмов
- •2.1. Число степеней свободы
- •2.2. Жесткость
- •2.3. Уравнения движения механической системы с одной степенью свободы.
- •2.4. Кинематика гармонического движения
- •2.5. Учет массы пружины
- •2.6. Вынужденные колебания
- •2.7. Резонанс
- •2.8. Кинематическое возбуждение
- •2.9. Инерционное возбуждение
- •2.10. Экспериментальное определение собственной частоты
- •2.11. Сложное (полигармоническое) возбуждение
- •2.12. Круговые колебания. Критическая частота вращения вала
- •2.13. Различные виды трения при колебаниях
- •3. Колебания системы с двумя степенями свободы
- •3.1. Собственные колебания
- •3.2. Вынужденные колебания
- •4. Вибрация и способы ее снижения
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Основные конструкционные особенности зтм.
- •4.3. Общая характеристика источников виброакустической энергии
- •4.4. Методы и средства снижения виброакустической энергии
- •5. Виброизоляция
- •5.1. Линейный виброизолятор
- •5.2. Виброизоляция при ударном воздействии
- •5.3. Виброизоляция при случайном воздействии
- •6. Динамическое гашение колебаний
- •6.1. Пружинный динамический гаситель
- •6.2. Динамический поглотитель колебаний
- •6.3. Динамический поглотитель колебаний крутильной системы
- •6.4. Ударные гасители колебаний
- •7. Уравновешивание механизмов и машин
- •7.1. Общие сведения об уравновешивании
- •7.2. Уравновешивание вращающегося тела
- •8. Вибропоглощение
- •8.1. Природа и характеристики потерь колебательной энергии в твердых телах
- •8.2. Расчет вибропоглощающих покрытий и конструкций
- •8.3. Конструкционные материалы с большими внутренними потерями
- •9. Характеристики вибрации, определяющие ее действие
- •9.1. Показатели интенсивности вибрации
- •9.2. Показатели спектрального состава вибрации
- •9.3. Допустимые значения уровней вибрации
- •Определение коэффициентов передачи при виброизоляции
- •9.5. Пассивная и активная виброизоляция сиденья самоходной машины
- •9.6. Виброизоляция автомобильных и тракторных двигателей
- •10. Теория и практика борьбы с шумом
- •10.1. Актуальность проблемы борьбы с шумом
- •10.2. Перспективы борьбы с шумом
- •10.3. Основные понятия и определения
- •10.4. Излучение и распространение звука
- •10.5. Распространение звука в помещении
- •10.6. Поглощение, отражение и прохождение звука
- •10.7. Интерференция звука
- •10.8. Дифракция звука
- •11.1. Характеристика шума
- •11.2. Спектральные и временные характеристики шума
- •11.3. Сложение шума двух и более источников
- •11.4. Перевод узд в уз
- •11.5. Вычитание уз (узд)
- •11.6. Расчет эквивалентного уз
- •11.7. Нормы шума на рабочих местах
- •11.8. Технические нормы шума машин
- •11.9. Нормирование ультразвука и инфразвука
- •12. Источники шума
- •12.1. Классификация
- •13. Механический шум
- •13.1. Зубчатые передачи
- •13.2. Подшипники
- •13.3. Роторы
- •13.4. Кулачковые механизмы
- •14. Аэродинамический шум
- •14.1. Шум струи
- •14.2. Шум вентиляторов
- •15. Гидродинамический шум
- •15.1. Источники шума
- •15.2. Шум гидронасосов
- •16. Электромагнитный шум
- •16.1. Электрические машины
- •16.2. Трансформаторы
- •17. Расчет звука в помещении от наружнего источника
- •17.1. Расчет структурного звука
- •17.2. Расчет эффективности звукоизолирующего капота
- •18. Характеристики шума в кабинах строительных
- •18.1. Характеристики внешнего шума
- •18.2. Снижение шума в кабинах. Методы и средства
- •18.3. Звукоизоляция и звукопоглощение
- •18.4. Виброизоляция и вибродемпфирование
- •18.5. Снижение внешнего шума
- •18.6. Глушители шума выпуска отработавших газов двигателей
- •Часть четвертая
- •19. Задачи и методы прогнозирования
- •19.1. Системный анализ
- •19.2. Математическая модель виброакустического процесса
- •19.3. Используемые конечные элементы
- •Формирование топологии и базы исходных данных
- •20.1. Топология и физико-геометрические характеристики элементов конструкции машины1
- •20.2. Аппроксимация конечными элементами колесного погрузчика
- •20.3. Сопоставление результатов численных исследований (мкэ)
- •20.4. Определение вклада воздушного и структурного шума
- •Виброакустические исследования дорожного
- •21.1. Топология дорожного снегоочистителя типа дэ-2101
- •Анализ результатов численных исследований мкэ виброакустического процесса на снегоочистителе
- •Первая часть:
- •Второй часть:
- •Третья часть:
- •Четвертая часть
- •Приложения
- •И их значений в м/с и м/с2 соответственно
- •Сведения об авторе
- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
11.2. Спектральные и временные характеристики шума
Спектр шума представляют в виде зависимости уровней звукового давления от частоты. Разложение шума на спектральные составляющие широко используется в практике шумозащиты.
Человеческое ухо различает звуки с частотой в диапазоне от 20 до 20 000 Гц (условно звуковой диапазон). Звук с частотой ниже 20 Гц называется инфразвуком, а выше 20 000 Гц – ультразвуком.
В самом общем виде спектр сложного колебательного процесса математически можно представить в виде суммы гармонических функций:
, (11.6)
где Ai и φi – амплитуды и фазы отдельных гармоник; f и t – частота и время.
При целых i имеем ряд Фурье.
Анализируя выражение (11.6), видим, что сложный звук можно представить как функцию либо времени t, либо частоты f. Это также ясно из рис. 11.3, где изображены гармонические колебания (Т – период колебаний, величина обратная частоте; А0 – амплитуда).
Реальный спектр шума – это сумма большого числа колебаний, имеющих различные частоты и амплитуды (см. рис. 11.4, где графически изображен пример сложного колебательного процесса)
В инженерной акустике широко применяется спектральный анализ шума с помощью основных фильтров, но используются также и третьоктавные. Такие фильтры позволяют получить спектр шума в октавных и третьоктавных полосах среднегеометрических частот.
Рис. 11.3. Графическое представление гармонического колебания в функции времени t (а) либо частоты f (б)
Рис. 11.4. Осциллограмма (а) и спектрограмма (б) сложного колебательного процесса
Границы этих полос, а также значения среднегеометрических частот приведены в табл. 11.2.
Вид спектрального анализа выбирается в зависимости от поставленных задач. В обычных измерениях, как упомянуто выше, для этой цели применяются октавные (чаще всего) или третьокавные фильтры. Но для специальных задач используется узкополосный анализ, например 1 % или 2 % шириной полосы пропускания.
По положению максимума в спектре шум условно делят на низкочастотный (основные составляющие в спектре сосредоточены на частотах до 250 Гц), среднечастотный (до 500 Гц) и высокочастотный (до1000 Гц и выше).
Таблица 11.2
Среднегеометрические и граничные частоты октавных и третьоктавных полос
Среднегеометрические частоты, Гц |
Граничные частоты для полос, Гц |
|
октавных |
третьоктавных |
|
50 |
45-90 |
45-56 |
63 |
56-71 |
|
80 |
71-90 |
|
100 |
90-180 |
90-112 |
125 |
112-140 |
|
160 |
140-180 |
|
200 |
180-355 |
180-224 |
250 |
224-280 |
|
315 |
280-355 |
|
400 |
355-710 |
355-450 |
500 |
450-560 |
|
630 |
560-710 |
|
800 |
710-1400 |
710-900 |
1000 |
900-1120 |
|
1250 |
1120-1400 |
|
1600 |
1400-2800 |
1400-1800 |
2000 |
1800-2240 |
|
2500 |
2240-2800 |
|
3150 |
2800-5600 |
2800-3540 |
4000 |
3540-4500 |
|
5000 |
4500-5600 |
|
6300 |
5600-11200 |
5600-7100 |
8000 |
7100-9000 |
|
10000 |
9000-11200 |
Спектры шума некоторых реальных источников в соответствии с представленной классификацией показаны на рис. 11.5.
В зависимости от характера спектра различают шум:
широкополосный, с непрерывным спектром шириной более одной октавы;
тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (устанавливается при измерениях в третьоктавных полосах частот по превышению УЗД в одной полосе над соседними на величину не менее 10 дБ);
смешанный, когда на сплошные участки накладываются отдельные дискретные составляющие (рис. 11.6).
По временным характеристикам шум бывает:
постоянным (уровень звука которого за выбранный период времени, например за 8-часовой рабочий день, изменяется не более чем на 5 дБА) – см. рис. 11.7;
непостоянный (УЗ изменяется более чем на 5 дБА за аналогичный период).
Непостоянный шум, в свою очередь, имеет следующие разновидности:
колеблющийся во времени (УЗ непрерывно меняется);
прерывистый (УЗ ступенчато изменяется на 5 дБА и более, причем длительность интервалов, в течение которых УЗ остается постоянным, составляет менее 1 с);
импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый из которых имеет длительность менее 1 с, при этом их УЗ, измеренный на импульсной характеристике шумомера и на фильтре «А», отличается не менее чем на 7 дБА (рис. 11.7).
Рис. 11.5. Спектры шума реальных источников: 1 – высокочастотный (корпус двигателя внутреннего сгорания (ДВС)); 2 – низкочастотный (выпуск ДВС с глушителем); 3 – среднечастотный (гидронасосы)
Рис. 11.6. Спектры шума различного характера: 1 – тональный (незаглушенный шум выпуска ДВС); 2 – смешанный (редуктор); 3 – широкополосный (искусственный источник шума
Импульсный шум возникает, например, при забивании свай, прерывистый – при некоторых процессах металлообработки и др.
Как правило, УЗД используются для характеристики постоянного шума. Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) УЗ (LА экв), который определяется по формуле
(11.7)
и соответствует уровню такого постоянного шума, энергия которого равна энергии непостоянного шума за промежуток времени Т. Здесь pA(t) – текущее значение среднеквадратического звукового давления с учетом коррекции фильтра «А» шумомера; Т – время действия шума.
Рис. 11.7. Временные характеристики шума:
постоянный (а); прерывистый (б) и импульсный шум (в)
Значения LА экв могут быть получены при измерениях шумомером с аналогичной характеристикой. Для того чтобы было легче ориентироваться в значениях эквивалентных УЗ, следует, например, знать, что уменьшение времени воздействия в два раза приводит к снижению LА экв на 3 дБА, а в 10 раз – на 10 дБА.