VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Негативное воздействие вибрации на организм человека является установленным вредным производственным фактором во многих отраслях промышленности, среди которых особое внимание следует уделить следующим: авиационная; аэрокосмическая; нефтегазовая; машиностроение; горнорудная. Выполнив анализ источников вибрации в наиболее подверженным ее влиянию отраслях промышленности, с учетом поступающих предложений от потребителей средств индивидуальной защиты (СИЗ), было принято решение о разработке СИЗ для авиационной отрасли промышленности.

Анализ существующих СИЗ для работников данной отрасли позволил сделать выводы о необходимости разработки вибрзащитного жилета, который бы наряду с шумозащитным шлемом, входил бы в комплект летно-технического обмундирования (ЛТО). Такой жилет должен обеспечивать снижение общего уровня шума и вибрации в пододежном пространстве в области груди и живота путем плотного облегания вокруг туловища человека, не вызывать дискомфорт при использовании ЛТО.

Основополагающим вопросом, при создании нательного виброзащитного жилета является подбор пакета материалов, отвечающий всем требованиям, предъявляемым к нему. Для исследования виброакустических свойств материалов были рассмотрены образцы материалов, в той или иной степени, обладающие упругодемпфирующими свойствами. То есть материалы, которые обеспечивают поглощение или отражение потока колебательной энергии звуковой волны (вибрации). В первую очередь, внимание было уделено материалам, используемым для изготовления существующих СИЗ от вибрации, далее рассмотрели материалы, используемых для аналогичных целей (виброизоляция) в других сферах производственной деятельности, например автомобилестроение, авиастроение, и другие отрасли техники. Также, было проведено изучение современного ассортимента сертифицированных материалов легкой промышленности, которые применяются при изготовлении специальной одежды для защиты от воздействия окружающей рабочей среды. Выполнен поиск текстильных материалов обладающих свойствами гигроскопичности, воздухопроницаемости, эластичности.Для этого был выполнен ряд экспериментов.

При разработке методики эксперимента отметили, что вибрация подчиняется всем физическим законам, относящимся к звуковым колебаниям. Таким образом, для того чтобы применять материал в качестве вибропоглощения или виброотражения следует определить его акустическую эффективность, которая выражается в способности заглушать падающие звуковые волны определенной частоты. Это качество материалов и будет являться основополагающей при подборе в пакет для проектирования нательного жилета специального назначения. Прежде по такому принципу были исследованы образцы материалов с шумозащитными свойствами. На данном этапе исследования были изучены свойства пакета материалов на поглощение или отражение вибрации (потока звуковых колебаний) прошедшей через толщину защитного слоя пакета [1].

Для того чтобы определить поток звуковых колебаний, прошедший через материал, специально разработан оригинальный вибростенд. Данный стенд работает по принципу акустического интерферометра для звуковых волн и состоит из двух персональных компьютеров (ПК №1 и ПК №2) и акустического интерферометра. Конструкция акустического интерферометра представляет собой пластиковую трубу, прикрепленную к акустическому коробу 2, в котором размещена низкочастотная динамическая головка 1, мощность которой 500 Вт, полоса воспроизведения частот от 0 до 300 герц, чувствительность 95 децибел, диаметр 30,0 см (12 дюймов) вес 5 килограммов 300 граммов. Динамическая головка получает питание от усилителя мощности низкой частоты 8, который подключается к сети 220 В и получает синусоидный сигнал от персонального компьютера №1. Диаметр d и длина трубы aзависит от несущей (резонирующей) частоты, то есть длину трубы, можно настроить на любую частоту, которую в свою очередь можно усилить акустическим эффектом. Внутренняя поверхность трубы покрыта шумоизолирующим материалом «карпет» для того чтобы отсутствовала реверберация, то есть возрастание зашумленности точки приема звука, которая приводит к значимым погрешностям в измерениях. Труба поделена на две части: первая часть прикреплена к акустическому коробу 2, а к концу второй части трубы закреплена заглушка 3. В первой части находится патрубок 4, в котором закрепляются испытываемые пакеты материалов 5, две трубы соединяются между собой плотной вставкой друг в друга за счет резиновой прокладки. Образцы вырезаются из кусков материалов, входящих в пакет, диаметром 100 мм. Акустический короб изготовлен из листов ламинированного ДСП толщиной 2,5 см, все швы герметизированы, демпфирование осуществлено материалом «карпет». Для получения фиксированных показаний результатов проводимых испытаний в интерферометре присутствуют анализаторы, представленные SPL датчиками для измерения звукового давления звуковой волны. Один датчик закреплен на трубе перед испытываемым пакетом материалов второй датчик – после. Для получения результатов замеров звукового давления звуковой волны используются персональные компьютеры №1 и №2. На персональном компьютере №1 установлены программа SpectrаLAB и программа Sinegen 2.3. На персональном компьютере №2 установлена программа SpectrаLAB.

Оригинальность конструкции заключается в использовании специальной динамической головки установленной по принципу «full-push» для того чтобы сэкономить материал и изготовить короб меньших размеров, а также индивидуально рассчитанной длины трубы, размер которой влияет на максимальную проверку испытываемых пакетов материалов на поглощение или отражение звуковой волны. Фотография и схема экспериментальной установки представлены на рисунках 1 и 2 соответственно.

Рис. 2 Фотография экспериментальной установки

Рис.2 Схема экспериментальной установки

При проведении исследования учитывалось, что в соответствии ГОСТ 23718-93 «Самолеты и вертолеты пассажирские и транспортные допустимые уровни вибрации в салонах и кабинах экипажа и методы измерения вибрации» в кабине вертолета пилот ощущает вибрацию частотой от долей герца до 300 Гц. Исходя из этого, был выделен диапазон частот 10, 15, 20, 55, 60,65 Гц – наиболее ощутимые организмом вибрации.

Для исследования виброакустических свойств материалов были рассмотрены образцы материалов, в той или иной степени, обладающие упругодемпфирующими свойствами. То есть материалы, которые обеспечивают поглощение или отражение потока колебательной энергии звуковой волны (вибрации). Доказано, что потеря звуковой энергии вызывается, главным образом, трением, обусловленным вязкостью воздуха при колебании его в порах материала. Таким образом, для эффективного поглощения звуковой волны материал должен обладать пористой структурой, и быть достаточно упругими. Используя, данную информацию, подбор образцов материалов для проведения акустического исследования выполнялся в несколько этапов [3]:

1 Этап. Оценка используемых материалов для защиты от действия локальной вибрации.

2 Этап. Оценка материалов используемых для аналогичных целей (виброизоляция) в других сферах производственной деятельности, например автомобилестроение, авиастроение, и другие отрасли техники. [4, 5].

3 Этап. Полное изучение современного ассортимента сертифицированных материалов легкой промышленности, которые применяются при изготовлении специальной одежды для защиты от воздействия окружающей рабочей среды.

4 Этап. Поиск текстильных материалов обладающих свойствами гигроскопичности, воздухопроницаемости, эластичности.

На конечном этапе рассмотрев все вышесказанное, и на основании предварительных экспериментов составили список материалов, которые будут участвовать в исследовании.

Результаты экспериментальной оценки виброакустических свойств пакетов материалов представлены в таблице.

Таблица

Исследование виброакустических свойств пакетов материалов

№ Об раз ца	Наименование материалов в пакете	Толщина пакета материала, м	Частота звука, Гц	Начальный уровень звукового давления, дБ	Разница измерений уровней звукового давления, дБ	Коэффициент защиты Α
1	2	3	4	5	6	7
1	«Алова» Вспененный полипропилен «Интерлок»	0,0027	10	-43	7	0,16
			15	-40	6	0,15
			20	-39	6	0,15
			55	-36	6	0,16
			60	-38	6	0,15
			65	-40	5	0,125
2	«Алова» Пенополиэтилен- изолон «Интерлок»	0,0087	10	-43	15	0,34
			15	-40	14	0,35
			20	-39	14	0,36
			55	-36	14	0,38
			60	-38	14	0,36
			65	-40	12	0,3
3	«Алова» Пенополиэтилен- изолон «Интерлок»	0,0047	10	-43	14	0,325
			15	-40	12	0,3
			20	-39	10	0,256
			55	-36	10	0,27
			60	-38	10	0,26
			65	-40	10	0,25
4	«Алова» Пенофол «Интерлок»	0,0057	10	-43	11	0,25
			15	-40	11	0,275
			20	-39	10	0,256
			55	-36	10	0,277
			60	-38	10	0,263
			65	-40	9	0,225
5	«Алова» Неопрен «Интерлок»	0,0037	10	-43	8	0,18
			15	-40	7	0,175
			20	-39	7	0,179
			55	-36	7	0,19
			60	-38	6	0,157
			65	-40	6	0,15

В результате проведения исследования и обработки полученных данных был выбран следующий пакет материалов:

Материал основы - мембранная ткань «Алова»;

Материал прокладки – ППЭ изолон;

Материал подкладки – Трикотажное полотно «Интерлок».

-Средний коэффициент защиты α составляет 0,27

-Толщина пакета материалов 0,0047 м

Результаты вибропоглощения на частотах 10, 15, 20, 55, 60, 65 Гц составляют 14,0; 12,0; 10; 10; 10; 10; 10 Дб.

Проведенные исследования позволят в дальнейшем разработать конструкцию нательного жилета специального назначения, обладающего улучшенными виброакустическими свойствами и отвечающего всем требованиям, предъявляемым к нему.

Список литературы

1. Зинкин В.Н. Методология экспериментальных исследований акустической эффективности противошумных наушников в области низких частот. / В. Н. Зинкин, С.К. Солдатов, И. М. Ахметзянов, В. В Зосимов, Г. И. Еремин// Медицинская информатика.-2011.- № 1 (27) -с. 72-79.

2. Патент РФ №.2117283 Акустический интерферометр./ В.И. Белов, Г.С. Жартовский,Г. И. Кардеев, И.В.Котиков // Опубл. 10.08.1998г.

3. Куренова С.В. О выборе материалов для шумозащитной одежды. / С. В. Куренова, Е. А. Дрофа, Н.Н. Прокопенко// Швейная промышленность.- 2007.-№ 6.-с. 49-50.

4. Виброзащитные материалы [Электронный ресурс] http://www.albrus.ru/ (дата обращения: 22.05.2014).

5. Упругодемпфирующие материалы [Электронный ресурс] http://www.drive2.ru/b/263280/(дата обращения: 22.05.2014).

Код для цитирования: Скопировать