Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

FORMING OF AIRBORNE NOISE IN THE TRACTOR CAB K-700A

Lyashenko M.V. 1 Pobedin A.V. 1 Shekhovtsov V.V. 1 Dolotov A.A. 1 Iskaliev A.I. 1 Solomatin A.V. 1
1 Volgograd State Technical University
В статье кратко описана методика расчета воздушного шума вкабине трактора К-700А, суть которой заключается втом, что шум на рабочем месте является результатом энергетического сложения уровней звука, проникающих отдельно друг от друга через элементы ограждения кабины трактора. Исходя из этого, можно оценить не только вклад каждого источника вобразование воздушного шума вкабине, но ивклад каждой панели, тем самым выявить каналы, через которые наиболее интенсивно проникает шум. Для этого были разработаны программы расчета воздушного шума вкабине трактора впрограммном комплексе MatLAB, которые позволяют определить уровни звукового давления втретьоктавных полосах частот. Предварительный анализ расчетных данных показал, что наибольший уровень шума от всех основных источников проникает вкабину через пол истенки перегородки между моторным отсеком икабиной.
The methodology of calculation of airborne noise in the tractor cab K-700A is described in the article. The main idea of the article is in the fact that the noise in the workplace is the result of the energy addition of sound levels which penetrate separately through fencing elements of tractor cab. Based on it we can evaluate the influence of each source to the forming of airborne noise in the cab, and influence of each panel, and identifying the most weak spot through which intensively penetrates noise. Programs of calculation of airborne noise in the cab were developed in the software package MatLAB for this purpose. This package determines sound pressure levels in one-third octave bands. Preliminary analysis of calculated data shows that the highest level of noise from all major sources penetrates into the cab through floor and partition wall between engine compartment and cab.
level of noise
tractor cab
airborne noise
noise source
program
calculation
panel
1.Balishanskaya L.G. Tekhnicheskaya akustika transportnykh mashin [Technical acoustics of transport vehicles]. Saint-Petersburg, Politekhnika, 1992. 424 p.
2.Ivanov N.I. Inzhenernaya akustika. Teoriya i praktika borby s shumom [Engineering Acoustics. Theory and practice of noise control]. Moscow, Universitetskaya kniga, 2008. 424 p.
3.Ivanov N.I., Kurtsev G.M., Nilov N.A., Popov N.S. Traktory i selkhozmashiny, 1990, no. 2, pp. 40–41.
4.Naumov A.V. Upgrading of kinds of ecological safety of tractors through reduction of noise level (by the example of tractor Kirovets). Extended abstract ofPhD dissertation. Saratov: Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov, 2011.
5.Pobedin A.V. Proektirovanie vibroshumoizolyatsii traktornoy kabiny [Vibration and noise isolation designing for tractor cab]. Volgograd, Volgogradskoe nauchnoe izdatelstvo, 1994. 92 p.

Повышенный уровень шума на рабочем месте тракториста отрицательно влияет как на производительность машины, так и на здоровье самого тракториста [5]. Вместе с тем эффективность применения звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов зависит от ясности представления оформировани и шума вк абине [4]. Поэтому важно проанализировать не только акустическую активность основных источников шума трактора, но и найти каналы, по которым шум наиболее интенсивно поступает на рабочее место.

Основные пути распространения воздушного шума в кабину трактора лежат через элементы её ограждения (стёкла, потолок, пол и т.д., вобщем случае – панели).

Для их анализа в соответствии с общепринятыми ограничениями и допущениями создана методика расчета шума вк абине трактора К-700А на основе модели ожидаемой шумности трактора, разработанной Ивановым Н.И. и КурцевымГ.М. [1, 3].

Суть методики расчета состоит в том, что шум на рабочем месте в кабине трактора формируется в результате энергетического сложения уровней звука, проникающего отдельно друг от друга через все составные элементы кабины, что позволяет оценить вклад каждой панели в образовании общего шума. В связи с этим вся ограждающая поверхность кабины была разбита на 21панель, которые имеют практически одинаковую шумоизоляцию.

В таблице даны формулы для определения долей ожидаемой шумности в кабине трактора К-700А, проникающих через каждую из панелей (в общем случае i-ю) от основных источников. Используя их, а также выражение для энергетического сложения звукового давления от нескольких источников [2], разработана программа расчёта воздушного шума внутри кабины (рис.1) в программном комплексе MatLAB. Она содержит три основные программы и14подпрограмм. С помощью основных программ выполняется расчет воздушного шума, проникающего через панели, от всех основных источников в совокупности. Подпрограммы служат для расчета воздушного шума, проникающего через панели, от каждого источника по отдельности. Для удобства исходные данные модели и результаты расчета отображаются в виде таблиц в офисном приложении Excel, которое предварительно соединяется сMatLAB.

Программа позволяет рассчитывать уровни звукового давления в третьоктавных полосах частот, проникающих в кабину трактора через каждую панель по отдельности и от каждого источника. Программа может легко адаптироваться для любого трактора.

Воздушный шум, проникающий через i-ю панель

Источник шума

Расчетное значение

1

2

Выхлоп ДВС

lyashen01.wmf

Турбокомпрессор ДВС

lyashen02.wmf

lyashen03.wmf

lyashen04.wmf

lyashen05.wmf

Корпус ДВС

lyashen06.wmf

lyashen07.wmf

lyashen08.wmf

lyashen09.wmf

Вентилятор системы охлаждения ДВС

lyashen10.wmf

lyashen11.wmf

lyashen12.wmf

lyashen13.wmf

Корпус КПП

lyashen14.wmf

В таблице приняты следующие обозначения:

ДВС – двигатель внутреннего сгорания;

КПП – коробка перемены передач;

lyashen15.wmf – шум от системы выхлопа ДВС, проникающий через панели кабины;

lyashen16.wmf – шум от турбокомпрессора, проникающий через панели перегородки между моторным отсеком и кабиной;

lyashen17.wmf – шум от турбокомпрессора, проникающий через пол;

lyashen18.wmf – шум от турбокомпрессора, проникающий через пол с учетом отражения от опорной поверхности трактора;

lyashen19.wmf – шум от турбокомпрессора, проникающий через капот ДВС и панели кабины;

lyashen20.wmf – шум от ДВС, проникающий через панели перегородки между моторным отсеком и кабиной;

lyashen21.wmf – шум от ДВС, проникающий через пол;

lyashen22.wmf – шум от ДВС, проникающий через пол с учетом отражения от опорной поверхности трактора;

lyashen23.wmf – шум от ДВС, проникающий через капот ДВС и панели кабины;

lyashen24.wmf – шум от вентилятора системы охлаждения ДВС, проникающий через панели перегородки между моторным отсеком и кабиной;

lyashen25.wmf – шум от вентилятора системы охлаждения ДВС, проникающий через пол;

lyashen26.wmf – шум от вентилятора системы охлаждения ДВС, проникающий через пол с учетом отражения от опорной поверхности трактора;

lyashen27.wmf – шум от вентилятора системы охлаждения ДВС, проникающий через капот ДВС и панели кабины;

lyashen28.wmf – шум от коробки перемен передач, проникающий через пол;

Lwвып – звуковая мощность выпуска, дБ;

Ri – расстояние от точки измерения до i-й панели кабины, м;

r=0,06 – расстояние от среза выпускной трубы до точки измерения, м;

ПНi – показатель направленности для i-й панели кабины;

x – числовая добавка, учитывающая пространственный угол излучения источника выпуска;

ZIi – звукоизоляция i-й панели кабины, дБ;

ti – добавка к звукоизоляции i-й панели кабины в зависимости от расположения панели по отношению к выпуску, дБ;

Si – площадь i-й панели кабины, м2;

n – число панелей кабины;

Акаб – среднее звукопоглощение кабины, м2;

Lwтрк – звуковая мощность турбокомпрессора, дБ;

r трк.пер.i – расстояние от среза трубы турбокомпрессора до i-й панели перегородки, м;

Bкап – постоянная капота, м2;

lyashen29.wmf

Акап – среднее звукопоглощение капота, м2;

α ср.кап – средний коэффициент звукопоглощения капота;

ZI пер.i – звукоизоляция i-й панели перегородки, дБ;

S пер.i – площадь i-й панели перегородки, м2;

r трк.пол – расстояние от среза трубы турбокомпрессора до пола, м;

ZIпол – звукоизоляция пола, дБ;

Sпол – площадь пола, м2;

rтрк.пр – расстояние от среза трубы турбокомпрессора до нижнего проема капота, м;

Sпр – площадь нижнего проема капота, м2;

Sкап – общая площадь ограждений капота, м2;

αотр – средний коэффициент звукопоглощения отражающей поверхности;

lyashen30.wmf

hтрк – высота установки турбокомпрессора над отражающей поверхностью, м;

r трк.кап – расстояние от среза трубы турбокомпрессора до капота, м;

ZIкап – звукоизоляция капота, дБ;

r=0,25 – расстояние от турбокомпрессора до точки измерения, м;

Lwдвс – звуковая мощность, излучаемая корпусом ДВС, дБ;

r двс.пер.i – расстояние от акустического центра ДВС до i-й панели перегородки, м;

r двс.пол – расстояние от акустического центра ДВС до пола, м;

r двс.пр. – расстояние от акустического центра ДВС до нижнего проема капота, м;

lyashen31.wmf

hдвс – высота установки ДВС над отражающей поверхностью, м;

r двс.кап. – расстояние от акустического центра ДВС до капота, м;

r=0,25 – расстояние от корпуса ДВС до точки измерения, м;

Lwвент – звуковая мощность, излучаемая вентилятором ДВС, дБ;

r вент.пер.i – расстояние от вентилятора до i-й панели перегородки, м;

r вент.пол – расстояние от вентилятора до пола, м;

r вент.пр. – расстояние от вентилятора ДВС до нижнего проема капота, м;

lyashen32.wmf

hвент – высота установки вентилятора ДВС над отражающей поверхностью, м;

r вент.кап. – расстояние от акустического центра вентилятора ДВС до капота, м;

r=0,25 – расстояние от вентилятора ДВС до точки измерения, м;

Lwкпп – звуковая мощность, излучаемая корпусом КПП, дБ;

Rкпп – расстояние от точки измерения до пола, м;

rкпп=0,02 – расстояние от корпуса КПП до точки измерения, м.

Структура расчёта (рис.1) содержит программы:

–glpan(v) – расчет шума, проникающего через панели кабины, от всех источников;

–glper(v) – расчет шума, проникающего через панели перегородки между моторным отсеком и кабиной, от всех источников;

–glpol(v) – расчет шума, проникающего через пол, от всех источников;

подпрограммы:

–vipusk(v) – расчет шума, проникающего через панели кабины от выхлопа ДВС;

–trkkap(v) – расчет шума, проникающего через капот и панели кабины, от турбокомпрессора ДВС;

–dvskap(v) – расчет шума, проникающего через капот и панели кабины, от корпуса ДВС;

–ventkap(v) – расчет шума, проникающего через капот и панели кабины, от вентилятора ДВС;

–trkper(v) – расчет шума, проникающего через панели перегородки между моторным отсеком и кабиной, от турбокомпрессора ДВС;

–dvsper(v) – расчет шума, проникающего через панели перегородки между моторным отсеком и кабиной, от корпуса ДВС;

–ventper(v) – расчет шума, проникающего через панели перегородки между моторным отсеком и кабиной, от вентилятора ДВС;

–trkpol(v) – расчет шума, проникающего через пол, от турбокомпрессора ДВС;

–trkpolotr(v) – расчет шума, проникающего через пол с учетом отражения от опорной поверхности трактора, от турбокомпрессора ДВС;

–dvspol(v) – расчет шума, проникающего через пол, от корпуса ДВС;

–dvspolotr(v) – расчет шума, проникающего через пол с учетом отражения от опорной поверхности трактора, от корпуса ДВС;

–ventpol(v) – расчет шума, проникающего через пол, от вентилятора ДВС;

–ventpolotr(v) – расчет шума, проникающего через пол с учетом отражения от опорной поверхности трактора, от вентилятора ДВС;

–kpppol(v) – расчет шума, проникающего через пол, от КПП трансмиссии.

pic_10.tif

Рис.1. Структура расчета вMatLAB

pic_11.wmf

Рис.2. Диаграмма уровней звука, проникающего через панели кабины

На рис.2 изображена диаграмма уровней звука панелей кабины, полученная в результате обработки итогов моделирования вMatLAB. Анализ диаграммы показал, что наибольший уровень шума проникает в кабину трактора через пол и стенки перегородки между моторным отсеком и кабиной. Поэтому для снижения шума в кабине следует, прежде всего, увеличить звукоизоляцию этих ограждений.

Основные выводы:

–разработана программа расчета воздушного шума в пакете MatLAB, позволяющая оценивать вклад каждого источника и каждой панели ограждения в суммарный шум в кабине трактора;

–основная доля шума проникает на рабочее место через пол и стенки перегородки между моторным отсеком и кабиной.

Рецензенты:

Славуцкий В.М., д.т.н., профессор кафедры автотракторных двигателей, ВолгГТУ, г. Волгоград;

Рябов И.М., д.т.н., профессор кафедры «Автомобильные перевозки», ВолгГТУ, г. Волгоград.

Работа поступила в редакцию 08.09.2014.