назад

Оценку ожидаемой амплитуды виброперемещения при распространении вибрации по грунту от фундамента машин-источников вибрации на произвольное расстояние осуществляют по формуле [ 4.7]

                                                              (4.1)

где A_m, А_mr – соответственно амплитуды виброперемещения грунта под фундаментом источника вибрации и на расстоянии r от него, м;

d =r/r_o – относительное расстояние от источника вибрации до расчетной точки;

r_o– приведенный радиус подошвы фундамента,

r_o =, м;

S – площадь подошвы фундамента, м².

Значение A_m принимают равным амплитуде виброперемещения системы “источник вибрации-фундамент” A_mф. Последнюю или определяют экспериментально, или рассчитывают по формуле [ 4.2] :

,             (4.2)

где F_m – амплитуда возмущающей силы, Н;

K_z–жесткость системы “источник вибрации – фундамент”, H/м;

mS –масса системы “источник вибрации-фундамент”, кг;

w – круговая частота возмущающей силы, с^–1.

w =2Чp Чf,                                                                              (4.3)

Жесткость системы "источник вибрации-фундамент" определяют по соотношению [ 4.7] :

K_z=G_zЧS,                                                                             (4.4)

где G_z – коэффициент упругого равномерного сжатия грунта, H/м³, определяется по табл. 4.1, в зависимости от вида грунта.

Аналитическая зависимость между амплитудой виброскорости (виброускорения) грунта под фундаментом (соответственно v_m и a_m) и амплитудой виброскорости (виброускорения – соответственно v_mr и a_mr) на произвольном расстоянии r от источника вибровоздействия аналогична зависимости (4.1). Таким образом, зная характеристики вибрации под фундаментом и используя зависимость (4.1), можно рассчитать характеристики вибрации на произвольном расстоянии от источника. Для удобства расчета можно построить зависимость b от r для соответствующего значения r_o (b – одно из отношений вида A_mr/A_m, v_mr/v_m, a_mr/a_m) типа представленной на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Зависимость параметра b от расстояния до расчетной точки

, (4.5)

v_m=w Ч A_m; a_m=w Ч v_m ; v_m=Ч v_r , (4.6)

где v_r, v_mr – соответственно среднеквадратическое и амплитудное значения виброскорости (виброускорения, вибросмещения) на расстоянии r от источника вибрации;

v_ф, v_mф – соответственно среднеквадратическое и амплитудное значения виброскорости (виброускорения, вибросмещения) фундамента источника вибрации.

Для жилой застройки вибрацию нормируют по санитарным нормам [ 4.2] , а для производственных сооружений – по стандарту ССБТ [ 4.6] . В обоих случаях нормируемые параметры – вибросмещение, виброскорость, виброускорение и их логарифмические уровни в стандартных октавных полосах частот относительно соответствующих пороговых значений. Предельно допустимые значения параметров вибрации для жилой застройки приведены в табл. 4.2, в табл. 4.3 приведены поправки на особенности вибрации, а в табл. 4.4 – предельно допустимые значения параметров вибрации для производственных зданий без источников вибрации.

Таблица 4.2

(4.7)

(4.8)

где A, v, a – среднеквадратические значения соответственно вибросмещения, м, виброскорости, м/с и виброускорения, м/c².

Задача Рассчитать виброскорость и виброускорение на расстоянии 40 м от пресса типа КА2028 с усилием 6,18Ч 10⁵ Н (63 тс) и числом оборотов кривошипа n=90 об/мин. Масса пресса m_п= 6,9Ч 10³ кг, масса фундамента m_ф= 8,6Ч10³ кг, площадь фундамента S=4 м², допустимое давление на основание фундамента 98000 Па.

G_z=1,96Ч 10⁷ Н/м.

K_z=G_zЧ S=1,96Ч 10^7Ч 4=7,84Ч 10⁷ Н/м.

м.

5. Определяем приведенный радиус фундамента пресса и параметр d :

7,7Ч 10^-4м.

7. По формулам (4.6) определяем амплитуду виброскорости и виброускорения, а также их среднеквадратические значения и логарифмические уровни на расстоянии 40 м от пресса:

v_mr=2Ч p Ч fЧ A_mr=2Ч p Ч 1,5Ч 7,7Ч 10^-4=7,25Ч 10^-3 м/с;

v=v_mr / 5,14Ч 10^-3 м/с;

a_mr=2Ч p Ч fЧ v_mr=2Ч p Ч 1,5Ч 7,25Ч 10^-3=6,83Ч 10^-2 м/с²;

a=6,83Ч 10^-2/4,84Ч 10^-2 м/с²;

L_V=20lgv / 5Ч 10^-8 = 20lg5,14Ч 10^-3/5Ч 10^-8=100 дБ;

L_a=20lg a/10^-6=20lg 4,84Ч 10^-2/10^-6=94 дБ.

Задача Определить минимально допустимое расстояние до жилой застройки от пресса типа КА2028 с усилием 6,18Ч 10⁵ Н (63 тс) и числом оборотов кривошипа n=90 об/мин. Масса пресса m_п= 6,9Ч10³ кг, масса фундамента m_ф=8,6Ч 10³ кг, площадь фундамента S=4 м², допустимое давление на основание фундамента 98000 Па. Пресс работает трехсменно, вибрация – постоянная.

G_z=6,86Ч 10⁸ Н/м.

K_z=G_zЧ S=6,86Ч 10^8Ч 4=2,74Ч 10⁸ Н/м.

2,37Ч 10^-3 м.

м.

6. По табл. 4.2 для частоты 1,5 Гц определяем допустимый уровень виброперемещения L_доп=133 дБ.

А_доп = 8Ч 10^-12Ч 10^{0,05Ч Lдоп} = 8Ч 10^-12Ч 10^{0,05Ч 133} = 3,57Ч 10^-5 м.

А_mдоп= А_допЧ =3,57Ч 10^-5Ч 1,41=5,03Ч 10^-5 м.

9. Определяем отношение А_mдоп/A_mф=2,12Ч 10^-2 и, подставляя его в (4.1), решаем последнее относительно d . При d >>1 (а в нашем случае это именно так – см., например, предыдущую задачу) уравнение (4.1) сильно упрощается:

.

Подставляя вместо А_mr значение А_mдоп, определяем d _min, а зная приведенный радиус подошвы фундамента r_o, определяем минимально допустимое расстояние до жилой застройки:

d _min=_;

r_min=r_{oЧ d min}=1,128Ч 740=834,72» 835 м.

Следовательно, от пресса до жилой застройки по соображениям вибробезопасности должно быть не менее 835 м.

Задача На сколько децибел необходимо уменьшить уровень виброскорости пресса типа КА2028, чтобы при трехсменной работе цеха в жилых зданиях, расположенных на расстоянии 100 м, вибровоздействие не превышало допустимого значения. Вибрация непостоянная, суммарная длительность воздействия вибрации в дневное время за наиболее интенсивные 30 минут равна 5 минутам. Масса пресса m_п= 6,9Ч 10³ кг, масса фундамента m_ф= 8,6Ч 10³ кг, площадь фундамента S=4 м². Усилие пресса 6,18Ч 10⁵ Н (63 тс), число оборотов кривошипа n=90 об/мин, допустимое давление на основание фундамента 98000 Па.

следовательно, она попадает в октавную полосу f=1,4ё 2,8 Гц со среднегеометрической частотой f ^*=2Гц.

2. По [ 4.2] определяем допустимое значение виброскорости для f^*=2Гц L_vдоп=79 дБ.

3. По табл. 4.6 определяем поправки на характер вибрации D L=–10 дБ и на длительность воздействия вибрации D L=+10 дБ. Таким образом, окончательное значение L_vдоп=79 дБ. Допустимое среднеквадратическое значение виброскорости равно:

v_доп=5Ч 10^-8Ч 10^{0,1Ч 79}=4,46Ч 10^-4 м/c.

4. По данным табл. 4.1 определяем коэффициент упругого равномерного сжатия грунта:

G_z=1,96Ч 10⁷ Н/м.

K_z=G_zЧ S=1,96Ч 10^7Ч 4=7,84Ч 10⁷ Н/м.

8,02Ч 10^-3 м

.

v_ф=w Ч А_ф=2Ч p Ч 1,5Ч 5,69Ч 10^-3=5,36Ч 10^-2 м/с.

8. Определяем приведенный радиус фундамента пресса и параметр d :

м; d =r/r_o=100/1,128=88,65.

D L=20lg v_ф / v_фтреб=20lg5,36Ч 10^-2/7,27Ч 10^-3=18 дБ.

, (4.9)

где L_p – уровень звуковой мощности, дБ;

S(r) – площадь поверхности, через которую на расстоянии r проходит звуковая энергия источника шума, м²; если r меньше наибольшего размера ИШ, то S(r) – площадь геометрически подобной поверхности, проходящей через расчетную точку; если r больше наибольшего размера ИШ, то S(r) определяется по соотношению

S(r)=W Ч r²; (4.10)

W – телесный угол, в который излучает источник, стерад.; W =4p – если ИШ уединенный; W =2p – если ИШ находится на поверхности (например, на полу), W =p – если ИШ находится у стены, и W =p /2 – если ИШ находится в углу комнаты;

; (4.11)

. (4.12)

Здесь S_i – площадь звукоотражающей поверхности, имеющей коэффициент звукопоглощения a _i; значение a _i зависит от вида звукопоглощающего материала и частоты f акустических колебаний.

При использовании звукопоглощения для снижения шума стараются максимально уменьшить отраженные волны. При этом второе слагаемое, стоящее в формуле (4.9) под знаком логарифма, стремится к нулю. Это достигается путем обработки возможно большей площади отражающих поверхностей материалами, имеющими коэффициент звукопоглощения a близкий к 1 (акустическая обработка). Если до акустической обработки постоянная помещения была равна В₁, а после нее – В₂, то в расчетной точке шум уменьшился на

, дБ. (4.13)

. (4.14)

, дБ, (4.15)

D L= L_p+10Ч lg[Ф/S(r)] +10Ч lg[ 1+М] , дБ. (4.16)

Поскольку звукопоглощение – весьма дорогой метод, то на основе анализа (4.16) можно сделать вывод, что использовать его для снижения шума следует только в том случае, если М>>1, что возможно лишь в зоне отраженного звука, т.е. на значительном расстоянии от рабочих мест. Например, если исходное значение М=1, то за счет звукопоглощения шум можно уменьшить максимум на 3 дБ, а если исходное значение М=0,12, то уменьшение шума за счет звукопоглощения будет вообще незаметно! Покажем это на примере решения задачи.

Задача В помещении размером АЧВЧС=10Ч7Ч4 м у боковой стены расположен постоянно работающий принтер размером 0,7Ч0,3Ч0,1м. Спектр уровней звуковой мощности принтера приведен в табл. 4.5.

Оценить условия труда на рабочих местах, расположенных на расстоянии 1 м и 9 м. Коэффициент звукопоглощения стен a =0,05 для всех частот. В помещении висят две шторы размером 3Ч3 м и постоянно работают 2 человека, площадь каждого из них 1,5 м². Коэффициенты звукопоглощения штор и людей приведены в табл. 4.6 и 4.7 соответственно.

Решение Оценим условия труда на РМ, расположенном на расстоянии 1 м от ИШ. Вначале определяем уровни звукового давления на РМ, расположенном на расстоянии 1 м. Это расстояние меньше максимального размера принтера, поэтому РМ находится в ближнем поле с S(r), определяем как площадь геометрически подобной поверхности (ГПП) (рис. 4.2).

Из условий задачи известны размеры принтера: д=0,7 м; ш=0,3м; h=0,1м. Тогда с учетом обозначений рис. 4.2 коэффициент подобия определится как

Д=дЧ К_п=0,7Ч 4,3=3,03 м.

Н=0,1Ч 4,3=0,43 м.

,

.

S_стен=2Ч АЧ В+2Ч (А+В)Ч С–2Ч S_штор=2Ч 10Ч 7+2Ч (10+7)Ч 4–2Ч 3Ч 3=258 м², S_штор=18 м², S_чел=3 м².

дБ.

(4.17)

Весовые коэффициенты К_i для частотной характеристики "А" определяем по табл. 4.11 [4.1]:

По санитарным нормам [ 4.3] определяем допустимое значение уровня звука 50 дБ "А", следовательно, параметры шума не соответствуют требованиям норм.

Оценим условия труда на втором РМ, расположенном на расстоянии 9 м от ИШ. В данном случае РМ находится в дальнем поле у стены, т.е. W =p и S(r)=p Ч r². Определяем уровни звукового давления, используя данные табл. 4.9.

=33,82» 34 дБ.

Полученный спектр уровней звукового давления преобразуем в уровень звука, соответствующий частотной характеристике "А", используя соотношение (4.17). В результате L_A2=62 дБ "А". Это значение уровня звука также больше допустимого по нормам.

Для остальных октавных полос расчеты аналогичны и их результаты приведены в табл. 4.13.

Постоянные помещения для различных октавных полос после акустической обработки

Спектр звукового давления на РМ 1 после акустической обработки

дальше