Совершенствование средств повышения экологической безопасности тракторов путем снижения уровня шума: на примере трактора "Кировец" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Наумов, Александр Владимирович

• Наумов, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Наумов, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Влияние повышенных шумов на работоспособность и здоровье человека.

1.2. Состояние уровня шума в современном тракторостроении.

1.3. Анализ источников шума трактора К — 701.

1.4. Анализ существующих средств и исследований, направленных на снижение шума.

1.5. Цель и задачи исследований.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ

ШУМОЗАЩИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТРАКТОРА К-701.

2.1. Анализ способов шумозащиты в мобильных машинах с двигателем внутреннего сгорания.

2.2. Исследование шумопоглощения кожуха.

2.3. Теоретическое исследование распространения звуковой волны сквозь упругие сферические оболочки.

2.4. Звукоизолирующие свойства одиночной упругой оболочки кожуха

2.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ШУМОИЗОЛЯЦИИ КАБИНЫ

ТРАКТОРА К 701.

3.1. Акустическое исследование звукоизоляции ограждения.

3.2. Разработка вибродемпфирующей конструкции.

3.3. Разработка и обоснование параметров звукопоглощающей конструкции ограждения кабины.

3.4. Расчет звукоизоляции многослойной стенки кабины.

3.5. Обоснование параметров шумопоглотителя кабины.

3.6. Определение оптимальных параметров остекления кабины.

3.7. Выводы по главе.

Глава 4. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Методика экспериментальных исследований.

4.2. Результаты экспериментальных исследований.

4.2.1. Результаты экспериментальных исследований установленной шумоизоляции трактора К — 701 с исходным остеклением кабины.

4.2.2. Результаты экспериментальных исследований установленной шумоизоляции трактора К - 701 с предлагаемым остеклением кабины.

4.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование средств повышения экологической безопасности тракторов путем снижения уровня шума: на примере трактора "Кировец"»

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 частот; экспериментальном 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, 2010г.)

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.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Наумов, Александр Владимирович

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 мм; металлическую фольгу или стеклопластик - 0,5 мм; базальтовое 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 10мм; ATM 3-10 мм; БСТВ - 15 мм; Акцент -10 мм; ATM ЮС - 10мм.

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 дБ; на 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 дБ; на 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Наумов, Александр Владимирович, 2011 год

1. Кневич И.П. Сельскохозяйственные тракторы и экологические проблемы и решения // Экология и промышленность России. — 2000. — № 4. -С.36-38.

2. Лачуга Ю.Ф., Горбачев И.В. Агроинженерная наука: состояние и перспективы Текст. / Лачуга Ю.Ф. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2009. № 7 — с. 2. .4.

3. Орсик Л.С. Техническая политика в агропромышленном комплексе. Текст. / Орсик Л.С. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2001. - № 1.-е. 2.6.

4. Методическое письмо по осуществлению государственного санитарного надзора за условиями труда на мобильной сельскохозяйственной технике. / Сайкина P.P., Буянов Е.С., Сар.НИИ СГ/МЗ. Саратов.: Полиграфист, 1990. - С. 11-21.

5. ГОСТ 12.2.120-88. Кабины и рабочие места операторов тракторов самоходных строительно-дорожных машин и самоходных сельскохозяйственных машин. Общие требования безопасности. М.: Изд-во стандартов. 1988. 27 с.

6. Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах №3223-85. -М.: МЗ, 1985. 18с.

7. Колчин A.B. Обеспечение экологической безопасности тракторных и комбайновых дизелей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2004.-№ 2. - С. 10-14.

8. Безверхний Л.И. Эксплуатация трактора «Кировец». М.: Россель-хозиздат, 1984. - 240 с.

9. Элькин Ю.И. Снижение шума строительно-дорожных машин Текст.: дис. . докт. тех. наук: 01.04.06.: защищена 2006/ Ю.И. Элькин Санкт-Петербург - 2006. - 481 с.

10. Дробаха М.Н. Снижение шума транспортных машин глушителями (на примере трактора МТЗ 82) Текст.: дис. . канд. тех. наук: 01.04.06.: защищена 2004/ М.Н. Дробаха - Санкт-Петербург - 2004. -282 с.

11. Воробьев Н.В. Цепные передачи. 4 изд. перераб. И доп. — М: Машиностроение, 1968. - 252 с.

12. Масленникова С.И. Исследование шума в цепных передачах. — в кН. Механические передачи: Цепные и зубчатым ремнем. М., 1971, с. 98- 109.

13. Патент № 48-3771 (Япония) Демпфирующая звездочка цепной передачи. К.К. Хитати Сэйсакусе; авт. Изобр. Тераписи Кацуя. - за-явл. 9.12.70. - опубл. 2.02.73, МКИ Б16 с.

14. Патент № 12966 (Япония) Пластмассовый ролик для цепи / Дайто коге кабусики хайся; авт. Изобр. Сугая Куматики. — Заявл. 15.02.69; Опубл. 20.04.72.

15. Рябов Т.К. Исследование кинематики и динамики цепных передач. Дисс. .канд. Техн. наук. Ижевск, 1967. 183 с.

16. Сабанчиев Х.Х., Карданов Х.А. Экспериментальное исследование вибраций в ЗРП. — в кН.: Механические передачи. Горький, 1979, -с. 220.235.

17. Сабанчиев Х.Х. Влияние разношаговости на крутильные колебания шкивов трехвальной ЗРП. Вестник машиностроения, № 6 - 1983. -с. 45.48.

18. Сабанчиев Х.Х. Расчетные исследования ударных нагрузок в ЗРП. Труды 3 Всесоюзной научно-техн. конф. «Информ. Импульс. М-мы, приводы, и устройства», Челябинск, 1983. - с. 54. .57.

19. Светлицкий В.А. Передачи с гибкой связью. М.: Машиностроение, 1967, 154 с.

20. Сабанчиев Х.Х., Шогенов Б.В. Совершенствование привода выгрузного шнека бункера комбайна «Дон 1500». Информ. листок №33-018-02, 2002.

21. Фот А.П. Оптимизация параметров цепных передач с учетом шумовых характеристик. Дисс. . канд. техн. наук. — Ижевск, 1982. — 182 с.

22. Иванов Н.И. Борьба с шумом и вибрацией на путевых и строительных машинах, Изд. 2-е перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1987. 223 с.

23. Gerauschreduction bei Baumathinen. Teil 4. Gerauschvorschriften und Me(3verfahren / Spessert Bruno, BMT, 1996, 43, № 3, p. 17-18.

24. Снижение уровня шума погрузчиков и экскаваторов. (Larmarme Baggerr Radlader auf der bauma'95.) BMT: Baumasch+Bautechn., 1995, 42,(3), 33-34, 36-37.

25. Способы снижения шума в гидравлических экскаваторах. (Techniques of reducing noise in hydraulic excavators to below the admissible level.) Dabrowski Z., Radkowski S., Mach. Dyn. Probl., 1991, 2, p.21-31

26. Родичев В.А. Тракторы: учебное пособие Текст. / В.А. Родичев — 6-е изд. М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 288 с.

27. Тракторы РТМ-160 и РТМ-160У. Конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание Текст. / Дурманов А.С. и др. Изд-во «Научная книга», - Саратов, 2006. — 286 с.

28. Larmarme Bagger und Radlader auf der bauma' 95 / BMT: Bau-masch.+bautechn., 1995, 42, № 3, p. 33-34, 36-37.

29. Jetztnoch leiser/Tiefbau, 1996, 108, № 1, p. 71.

30. Dabrowski 2., Rdkowski S. Technigues of reducing to below the admissible level / Mach. Dyn. Probl., 1991, 2, p. 21-31.

31. Gerauschreduction bei Baumaschinen. Teilr. Praxis der Gerauschreduc-tion Analyse und Motorengerausch / BMT, 1995, 42, № 6, p. 19-20.

32. Kamf dem Baumaschinenlarm / Bd: Baumaschinendients, 1995, 31, № 12, p. 1068.

33. Getanschreduction bei Baumaschinen. TeiI3 Praxis der Geraschreduc-tion Spessert В / BMT, 1996,43, № 1-26 p. 15-16.

34. Neue Regelungen zum Larmshutz am Bau // Tiefbau Berufsgenass. -1992,- 104, № 1 -p. 26.

35. Снижение уровней шума строительных машин / Сакаи Томоаки // Кэнсэцу Китай = Constr. Mach. And Equip. 1987. - 23, № 11, с. 4145.

36. Иванов Н.И., Никифоров A.C. Основы виброакустики: Учебник для вузов. СПБ.: Политехника. 2000.-482с.

37. Техническая акустика транспортных машин: справочник / Под ред. Н.И. Иванова. СПБ.: Политехника, 1992.-365с.

38. Монолитый гидравлический молот. (Hydraulikhaumer am Stuck.) Bd: Baumaschinindienst, 1993, 29, (9), 772.

39. Безмасляный воздушный поршневой компрессор с низким уровнем шума. (Gerauscharmer Kolbenkompressor erzeugt olfreie Druckluft.) Maschinenmarkt, 1996, 102, (24), 73.

40. Strabenfertiger mit diesel electrischem Antrieb - die Antwort auf die Umweltherans - forderungen / Angelis Jürgen / BMT: Bau-masch.+bautechn. - 1995, 42, № 3, p. 29-33.

41. Шумоизолирующий кожух силовой установки. (Noise suppression enclosure for an engine.) Заявка 93/04272 междунар. PCT, МКИ5 F 02 В 77/00, Brandt, E. G., Christensen, M.K., Sahm, W. Ch., Caterpillar Inc., N US91/05865, Заявл. 19.08.91, Опубл. 04.03.93.

42. Капсулированные дизели воздушного охлаждения фирмы HALZ. (Larmgekapselter Mehrzylinder Diesemotor.) DHF: Dtsch. Hebeund Fordertechn., 1992, 37, (12), 65-66.

43. Шумоизолирующий кожух. (Schall-gedampfte Hubkolbenbrennk-raftmaschine.) Заявка 4141881 ФРГ, МКИ5 F 02 В 77/13, Lettner, К., Strey-Daimler-Puch AG, N 4141881.6, Заявл. 18.12.91, Опубл. 24.06.93.

44. Звукоизолирующий кожух. (Mexr als nur Locher.) Autotechnik, 1996, 45,(9), 32-33.49. 6.99.0705 Маломощные дизели фирмы hatz. Dieselmotoren- Programm erweitert, F+H, Fordern und Heben, 1998, 48, (5), 389.

45. Звукопоглощающий кожух для поршневых компрессоров. (Unter der Haube.) Produktion, 1998,49, р. 15.

46. Колёсный погрузчик. (Wheeled loader gets а few.) Faulkner, A., Farmers Weekly, 1994, 121, (21), р. 68-69.

47. Тракторы Steyr в Великобритании. (Steyr offers better view and RME option.) Farmers Weekly, 1994, 121, (4), 54.

48. Экскаваторы фирмы Furukawa. (Furukawa-Bagger: Einsatzerfahrung und modernste Fertigung.) Neue Landschaft, 1993, (9), 697.

49. Машина для подготовительных работ. (Ein-Mann-Orchester auf der Baustelle) BD: Baumaschinendienst, 1993, 29, (4), 352, (Немецкий).

50. Погрузчики L-1800 Фирмы Le Tourneau. (The monstets are Coming.) Austral. Mining, 1994, 86, (8), 61-52.

51. Грейдеры серии H. (Baureihe H jetzt komplett in serie.) BMT: Bau-masch+Bautechn., 1995, 42, (5), 6.

52. Кабины самоходных машин. (Typgeprufte Sicherheitskabine für Bau-macshinen Bild 20).) Hebezeuge und Förderin, 1992, 32, (6), p 280- 281.

53. Автомобильные дизели Deuts. (Neue Euro-3-Motoren.) KFZ Anz., 1997, 50, (13), 47.60