wibroakustyczna zasada wzajemności w badaniach prasy

Transkrypt

MECHANICS
Vol. 25 No. 1 2006
MECHANICS Vol. 25 No. 1 2006
Jadwiga TURKIEWICZ*, Jan SIKORA*, Miros³aw GAWLIK**
WIBROAKUSTYCZNA ZASADA WZAJEMNOCI
W BADANIACH PRASY MECHANICZNEJ
W CELU OGRANICZENIA ZAGRO¯ENIA HA£ASEM
STRESZCZENIE
W artykule przedstawiono mo¿liwoæ praktycznego wykorzystania wibroakustycznej zasady wzajemnoci w badaniach wspomagaj¹cych dobór rozwi¹zañ materia³owo-konstrukcyjnych zabezpieczeñ ograniczaj¹cych emisjê energii
wibroakustycznej przez poszczególne ród³a prasy mechanicznej. Badania z zastosowaniem wibroakustycznej zasady wzajemnoci pozwala³y na sukcesywne weryfikowanie uzyskanej skutecznoci poszczególnych zabezpieczeñ,
a tak¿e na dokonywanie korekt zwiêkszaj¹cych ich skutecznoæ. Dziêki temu uzyskano znaczne ograniczenie aktywnoci akustycznej prasy mechanicznej wybranej do badañ.
S³owa kluczowe: wibroakustyczna zasada wzajemnoci, ha³as uderzeniowy
VIBROACOUSTIC RECIPROCITY PRINCIPLE
IN POWER PRESS INVESTIGATIONS TO LIMIT A NOISE HAZARD
The possibility of practical utilizing of the Vibroacoustic Reciprocity Principle in investigations of selecting material and structural protection measures in attempt of limiting the emission of a vibroacoustic energy by individual
sources of a power press was presented in the paper.
Investigations, performed with an application of the Vibroacoustic Reciprocity Principle, allowed for the successive verification of the efficiency of individual means of protection and for the introduction of corrections to improve their performance. Due to the research a significant limitation of an acoustic activity of the power press selected for tests was achieved.
Keywords: Vibroacoustic Reciprocity Principle, impact noise
1. WPROWADZENIE
Prasy mechaniczne stanowi¹ najliczniejsz¹ grupê sporód
maszyn wykorzystywanych do obróbki plastycznej, a wiêc
procesów technologicznych wymagaj¹cych wykorzystania
zjawiska zderzenia powoduj¹cego emisjê ha³asu uderzeniowego [25]. Mimo wielu opracowañ technicznych i naukowych dotycz¹cych ograniczenia emisji ha³asu uderzeniowego, pozytywne rezultaty w wielu przypadkach s¹ niewielkie,
zw³aszcza w przypadku pras mechanicznych z obs³ug¹
rêczn¹. Z tego powodu w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki zrealizowano zadanie badawcze [6], którego rezultatem wdro¿eniowym by³o opracowanie rozwi¹zañ materia³owo-konstrukcyjnych zabezpieczeñ ograniczaj¹cych emisjê
ha³asu uderzeniowego w prasie mechanicznej.
Zidentyfikowanie zasadniczych róde³ energii wibroakustycznej emitowanej przez prasê mechaniczn¹ (ha³as
w³asny, ha³as technologiczny, ha³as urz¹dzeñ pomocniczych) nie stanowi problemu [4, 5]. Bezb³êdnie wska¿e te
ród³a operator prasy. Zasadnicz¹ trudnoæ stanowi okrelenie ilociowego wp³ywu emisji energii wibroakustycznej
z poszczególnych róde³ prasy na stanowisko operatora.
Z powodu braku mo¿liwoci wy³¹czenia poszczególnych
róde³ ha³asu podczas przeprowadzania pomiarów akustycznych prasy, trudno okreliæ ich indywidualn¹ aktywnoæ akustyczn¹. Podobny problem wystêpuje w przypadku
doboru i zastosowania zabezpieczeñ przeciwha³asowych
*
**
dla poszczególnych róde³ energii wibroakustycznej w prasie. Szczególnie ma to znaczenie przy stosowaniu rozwi¹zañ ograniczaj¹cych emisjê róde³ ha³asu uderzeniowego.
Ha³as uderzeniowy w prasie, powstaj¹cy przy zderzeniu narzêdzia z poddawanym obróbce plastycznej materia³em,
wypromieniowywany jest do otoczenia z przestrzeni roboczej prasy. Czêæ energii zderzenia emitowana jest w postaci drgañ materia³owych rozchodz¹cych siê zarówno
w obrabianym materiale, jak i w kowad³ach dolnym i górnym, a tak¿e w innych elementach konstrukcyjnych prasy.
W celu rozwi¹zania omówionego problemu zastosowano wibroakustyczn¹ zasadê wzajemnoci, która ma szereg
zastosowañ w badaniach i analizie zjawisk zachodz¹cych
w technice, w tym tak¿e szeroko pojêtych zjawisk akustycznych.
Opieraj¹c siê na rozwa¿aniach Liamszewa oraz uwzglêdniaj¹c badania Fahyego, profesor Z. Engel sformu³owa³
wibroakustyczn¹ zasadê wzajemnoci nastêpuj¹co [1]: Proces wibroakustyczny w uk³adzie liniowym, bêd¹cy odpowiedzi¹ na harmoniczne wymuszenia, wywo³any w pewnym punkcie przez czynnik zewnêtrzny, jest niezmienny
w wyniku zamiany punktów przy³o¿enia energii i punktów
obserwacji.
Oznaczmy przez p(1)(r), p(2)(r) procesy wibroakustyczne
zachodz¹ce w przestrzeni ograniczonej V, wywo³ane dzia³aniem objêtociowych róde³ q(1)(r) oraz q(2)(r), a przez F(1)(r)
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydzia³ In¿ynierii Mechanicznej i Robotyki; [email protected]
Centrum M³odzie¿y im. dr. Henryka Jordana w Krakowie
47
Jadwiga TURKIEWICZ, Jan SIKORA, Miros³aw GAWLIK
WIBROAKUSTYCZNA ZASADA WZAJEMNOCI W BADANIACH PRASY MECHANICZNEJ...
i F(2)(r) si³y dzia³aj¹ce na uk³ad, o kierunku normalnym n
do powierzchni S.
Sformu³owan¹ wczeniej wibroakustyczn¹ zasadê wzajemnoci mo¿na zapisaæ w postaci
⎡ ∂p(1) ( r ) (2)
∂p(2) ( r ) (1) ⎤
(
)
−
F
r
F (r )⎥dS =
⎢
∫∫ ∂n
∂n
⎦⎥
S ⎣⎢
Obszar III
Obszar IV
(1)
= −iωρ∫∫∫ ⎡ q(1) p(2) (r ) − q(2) p(1) (r ) ⎤dV
⎣
⎦
V
gdzie:
ω – czêstoæ ko³owa,
ρ – gêstoæ orodka.
Oparcie siê na wibroakustycznej zasadzie wzajemnoci
umo¿liwi³o zidentyfikowanie wszystkich róde³ energii wibroakustycznej prasy mechanicznej z jednoczesnym okreleniem ilociowego wp³ywu emisji tej energii z ka¿dego
ród³a na stanowisko pracy operatora.
Zastosowanie tej metody pozwoli³o równie¿ uzyskaæ
najbardziej korzystny efekt w ograniczeniu emisji energii
wibroakustycznej przez prasê. W trakcie etapowego wdra¿ania poszczególnych zabezpieczeñ wykonywano równolegle z pomiarami podstawowymi pomiary akustyczne z wykorzystaniem wibroakustycznej zasady wzajemnoci [1].
Analiza wyników z kolejnych serii badañ pozwoli³a na
okrelenie, jaki element prasy (ród³o) wymaga jeszcze
skuteczniejszego zabezpieczenia wibroakustycznego, które
zmniejszy jego nadal nadmiern¹ aktywnoæ akustyczn¹.
2. METODYKA BADAÑ WZAJEMNOCIOWYCH
PRASY MECHANICZNEJ
Badania akustyczne z wykorzystaniem wibroakustycznej
zasady wzajemnoci zosta³y przeprowadzone w kilku seriach dla dwóch ró¿nych trybów pracy prasy [7]:
1) ci¹g³ego,
2) skokowego.
W ka¿dej serii badañ na prasie by³y zastosowane ró¿ne
konfiguracje prototypowych zabezpieczeñ wibroakustycznych.
W celu przeprowadzenia pomiarów akustycznych poprzez zastosowanie wibroakustycznej zasady wzajemnoci,
prasê, na której zastosowano ró¿nego typu zabezpieczenia
wibroakustyczne, podzielono na osiem (rys. 1) obszarów
elementarnych (IVIII). W sk³ad tych ni¿ej wymienionych
obszarów wchodz¹ odpowiednio oznaczone p³aszczyzny
pomiarowe, odpowiadaj¹ce g³ównym ród³om energii wibroakustycznej.
Obszar I korpus dolny, zastosowano zabezpieczenie w postaci hermetyzacji tylnej ciany
korpusu prasy (p³aszczyzny pomiarowe
10, 15, 20).
Obszar II os³ona podstawy, zastosowane zabezpieczenie to hermetyzacja dolnej przedniej
czêci podstawy prasy wraz z koszem
48
Obszar V
Obszar VI
Obszar VII
Obszar VIII
odbiorczym na gotowe elementy (p³aszczyzny pomiarowe 3, 9, 19).
os³ony boczne, zastosowano zabezpieczenie akustyczne w postaci dwiêkoizolacyjnych os³on (p³aszczyzny pomiarowe
8, 17).
obudowa narzêdzia, zastosowane zabezpieczenia to: zmodyfikowany wykrojnik
dwustopniowy, os³ony pola operacyjnego, zintegrowana obudowa dwiêko-ch³onno-izolacyjna, ruchoma os³ona
dwiêkoizolacyjna, ruchoma os³ona
dwiêkoizolacyjna z os³on¹ dolnej postawy (p³aszczyzny pomiarowe 2, 7, 18).
p³yta czo³owa, zastosowano zabezpieczenie w postaci os³ony dwiêkoizolacyjnej
wraz ze zmodyfikowan¹ konstrukcj¹ drzwi
(p³aszczyzna pomiarowa 1).
korpus górny prawy, zastosowane zabezpieczenie to zmodyfikowana dwiêkoch³onno-izolacyjna os³ona ko³a zamachowego oraz t³umik ha³asu zrzutu powietrza
(p³aszczyzny pomiarowe 11, 16).
korpus górny lewy, zastosowano zabezpieczenie akustyczne w postaci os³ony
dwiêkoizolacyjnej silnika napêdowego
(p³aszczyzny pomiarowe 4, 5, 6).
ciana tylna, zastosowano zabezpieczenia
akustyczne w postaci os³ony dwiêkoizolacyjnej tylnej czêci prasy (p³aszczyzny
pomiarowe 12, 13, 14).
Rozmieszczenie omiu obszarów pomiarowych (I–VIII)
na stanowisku prasy mechanicznej przedstawia schemat na
rysunku 1.
W czasie pomiarów bezporednich podczas pracy prasy
zmierzono poziom cinienia akustycznego w trzech punktach obserwacji p(X) oraz mierzono rednie natê¿enie
dwiêku w polu bliskim ka¿dego elementarnego obszaru.
Obliczono rednie prêdkoci objêtociowe drgañ obszarów
ze wzoru
Q (Y ) =
1
f
2cIi ΔSi
πρo
(2)
gdzie:
c
I
ΔS
ρo

prêdkoæ dwiêku, m/s,
natê¿enie dwiêku. W/m2,
pole powierzchni obszaru, m2,
gêstoæ powietrza, kg/m3.
W czasie pomiarów wzajemnociowych zmierzono cinienie akustyczne w osi punktowego wszechkierunkowego
ród³a dwiêku w odleg³oci r = 1 m od wylotu tuby ród³a,
a nastêpnie obliczono jego prêdkoæ objêtociow¹ z zale¿noci
Q( X ) =
2 p (r )
f ρo
(3)
Obszar
I
Obszar
II
Obszar
III
Obszar
IV
Obszar
V
Obszar
VI
Obszar
VII
Obszar
VIII
korpus
dolny
os³ona
podstawy
os³ony
boczne
obudowa
narzêdzia
p³yta
czo³owa
korpus górny
lewy
korpus górny
prawy
ciana
tylna
10, 15, 20
3, 9, 19
8, 17
2, 7, 18
1
4, 5, 6
11, 16
12, 13, 14
Rys. 1. Schemat rozmieszczenia obszarów pomiarowych prasy
Nastêpnie nag³oniono prasê punktowym ród³em dwiêku umieszczanym w kolejnych punktach obserwacji i zmierzono cinienie akustyczne p(Y) w polu bliskim niepracuj¹cej
maszyny w poszczególnych obszarach. Nastêpnie wyznaczono wzajemnociowe wibroakustyczne funkcje przejcia
H i ( wzaj.) =
pi (Y )
Q( X )
(4)
Na podstawie wzajemnociowych wibroakustycznych
funkcji przejcia obliczono przewidywany poziom cinienia akustycznego w punktach obserwacji
3
p( przew.) = ∑ Qi (Y ) H i ( wzaj.)
(5)
i =1
Nastêpnie obliczono przewidywane poziomy cinienia
akustycznego w trzech punktach obserwacji pochodz¹ce od
omiu zasadniczych podzespo³ów (obszarów) prasy
pi = Qi (Y ) H i ( wzaj.)
(6)
Punkty obserwacji zosta³y rozmieszczone wokó³ prasy
na wysokoci 1,5 m; punkty nr 1 i 2 odpowiednio z prawej
i lewej strony prasy, natomiast punkt obserwacji nr 3 na
wysokoci ucha operatora prasy.
Badania przeprowadzone zosta³y zgodnie z torem pomiarowym pokazanym na rysunku 2.
3. WYNIKI BADAÑ
Badania akustyczne z wykorzystaniem wibroakustycznej
zasady wzajemnoci przeprowadzono w Laboratorium Katedry Mechaniki i Wibroakustyki na prasie mechanicznej
z obs³ug¹ rêczn¹. Badania te przeprowadzano etapowo.
Punktowe ród³o dwiêku
Badana
prasa
Sonda
natê¿eniowa
B&K 3520
Mikrofon
B&K
4133
Wzmacniacz
B&K 2706
Filtr RFT
Mikrofon
B&K 4133
Generator
B&K 1026
Drukarka
Komputer
Analizator B&K
Rys. 2. Tor pomiarowy do wykonania badañ akustycznych prasy z wykorzystaniem zasady wzajemnoci
49
W ka¿dym etapie badañ na prasie zastosowane by³y ró¿ne
konfiguracje zabezpieczeñ na poszczególne ród³a energii
wibroakustycznej.
Po przeprowadzeniu, z wykorzystaniem wibroakustycznej zasady wzajemnoci, szeregu badañ akustycznych prasy,
na której zastosowane by³y ró¿ne konfiguracje zabezpieczeñ
wibroakustycznych, uzyskano bardzo du¿¹ liczbê wyników.
W celu ³atwiejszej ich analizy zosta³y one opracowane zarówno w formie tabelarycznej, jak i w postaci wykresów.
Tabele zawieraj¹ obliczone przewidywane poziomy cinienia akustycznego w kolejnych punktach obserwacji w trakcie realizacji procesu technologicznego dla dwóch trybów
pracy prasy: ci¹g³ego i skokowego. Wykonane wykresy
oparte na uzyskanych wynikach obrazuj¹ wp³yw poszczególnych podzespo³ów obszarów prasy na ca³kowity poziom cinienia akustycznego w danym punkcie obserwacji i
s¹ jednoczenie jednoznaczn¹ informacj¹ dotycz¹c¹ skutecznoci zastosowanego zabezpieczenia na dane ród³o
energii wibroakustycznej. Ze wzglêdu na tak du¿¹ liczbê
wyników uzyskanych z przeprowadzonych badañ, w niniejszym artykule przedstawione s¹ tylko przyk³adowe.
W tabeli 1 przedstawiono przyk³adowo wyniki obliczonych przewidywanych wartoci poziomów cinienia akustycznego w punkcie obserwacji nr 3, emitowanych przez
poszczególne podzespo³y prasy (obszary pomiarowe). Wartoci te uzyskano, dokonuj¹c pomiarów wzajemnociowych w czasie realizacji na prasie procesu technologicznego wykrawania podk³adek zarówno w trybie pracy ci¹g³ym,
jak i skokowym. Poniewa¿ w trakcie wykonywania tych
pomiarów na prasie by³y zastosowane zabezpieczenia wibroakustyczne w ka¿dym obszarze pomiarowym, to przedstawione wyniki w tabeli 1 okrelaj¹ skutecznoæ poszczególnych zabezpieczeñ pod wzglêdem akustycznym. Rysunek 3 przedstawia widma przewidywanych poziomów
cinienia akustycznego uzyskane przy wykorzystaniu wyników zamieszczonych w tabeli 1.
Tabela 1. Obliczone przewidywane wartoci poziomów cinienia akustycznego
50
tryb
skokowy
tryb ci¹g³y
tryb
skokowy
tryb ci¹g³y
tryb
skokowy
tryb ci¹g³y
tryb
skokowy
tryb ci¹g³y
tryb
skokowy
p [dB]
ciana
tylna
tryb ci¹g³y
p [dB]
korpus
górny prawy
tryb
skokowy
p [dB]
korpus
górny lewy
tryb ci¹g³y
p³yta
czo³owa
tryb
skokowy
obudowa
narzêdzia
tryb ci¹g³y
p [dB]
os³ony
boczne
tryb
skokowy
p [dB]
os³ona
podstawy
tryb ci¹g³y
f
[Hz]
p [dB]
korpus
dolny
Punkt pomiarowy 3
p [dB]
p [dB]
50
49,9
57,5
40,5
48,2
42,3
50,0
35,8
43,4
27,2
34,8
43,9
51,6
40,5
48,1
45,2
52,9
63
45,6
49,7
43,5
47,6
42,7
46,8
26,3
30,4
35,3
39,4
43,9
48,0
41,3
45,4
42,3
46,4
80
49,6
49,1
43,1
42,6
45,3
44,8
26,0
25,5
35,6
35,1
47,5
47,0
46,7
46,2
49,3
48,8
100
48,9
49,3
44,2
44,6
45,4
45,8
51,8
52,2
40,7
41,1
53,9
54,3
35,2
35,6
49,4
49,8
125
160
200
250
59,1
58,2
54,4
58,9
55,7
56,5
54,7
61,5
54,8
63,1
55,5
54,6
51,3
61,4
55,8
57,2
55,2
58,3
54,9
50,4
51,8
56,7
55,1
53,0
57,4
64,7
59,6
65,4
54,0
63,0
59,9
68,0
48,4
54,8
49,7
45,2
45,0
53,2
50,0
47,7
63,1
62,5
60,9
55,6
59,7
60,9
61,2
58,2
49,1
54,4
53,8
46,2
45,6
52,8
54,1
48,8
57,9
55,5
55,5
59,3
54,5
53,8
55,8
61,9
315
400
500
53,0
52,3
52,9
57,0
53,6
51,1
50,0
46,2
55,4
54,0
47,4
53,6
47,7
49,1
53,8
51,7
50,3
52,0
57,9
53,3
58,2
61,9
54,5
56,4
48,9
42,3
48,5
52,9
43,6
46,7
49,7
52,7
52,8
53,7
53,9
51,0
46,1
48,5
48,6
50,1
49,7
46,8
50,9
48,5
53,2
54,9
49,7
51,4
630
51,4
50,3
46,9
45,9
48,7
47,6
52,1
51,0
36,4
35,4
48,3
47,2
44,1
43,0
47,0
45,9
800
1k
1,25
1,6k
2k
53,8
56,4
50,0
46,2
44,9
51,4
56,0
48,9
45,5
42,2
51,8
53,8
44,7
43,9
44,3
49,4
53,3
43,7
43,1
41,5
53,5
52,4
46,2
40,9
38,5
51,1
51,9
45,2
40,1
35,7
63,6
65,5
57,7
53,9
55,3
61,2
65,1
56,7
53,1
52,5
48,5
43,2
42,2
32,1
31,6
46,2
42,7
41,1
31,3
28,8
52,8
51,8
49,0
41,3
40,8
50,4
51,3
47,9
40,5
38,1
51,2
46,5
41,9
41,7
36,8
48,9
46,0
40,8
41,0
34,0
53,3
53,7
49,1
41,1
41,7
50,9
53,3
48,0
40,4
38,9
2,5k
3,15
35,4
37,4
33,8
34,8
41,0
39,2
39,4
36,5
42,0
40,2
40,4
37,5
50,9
47,7
49,2
45,0
36,2
22,7
34,6
20,1
40,5
35,1
38,9
32,4
37,2
30,4
35,6
27,7
40,8
36,5
39,2
33,8
4k
5k
6,3k
8k
10k
43,0
41,0
30,0
26,4
21,7
40,7
38,4
27,1
23,0
20,6
36,0
36,3
28,5
31,3
22,6
33,7
33,7
25,7
27,8
21,5
36,5
32,9
30,3
29,9
25,1
34,2
30,2
27,5
26,4
24,0
45,3
42,7
45,4
45,5
42,5
43,0
40,0
42,5
42,1
41,4
28,6
32,9
26,3
29,7
13,6
26,3
30,2
23,4
26,3
12,5
38,5
35,9
27,3
25,9
21,3
36,2
33,2
24,4
22,4
20,2
36,0
30,0
25,3
24,5
19,8
33,7
27,3
22,5
21,0
18,6
38,3
35,0
28,3
31,4
28,6
36,0
32,4
25,4
27,9
27,5
A
L
60,8
65,8
60,1
65,7
58,4
63,9
57,7
63,8
59,2
61,5
58,6
61,4
69,5
73,4
68,8
73,3
50,2
55,9
49,5
55,8
59,5
65,4
58,8
65,3
52,1
61,8
51,4
61,7
58,2
64,1
57,5
64,0
a)
punkt pomiarowy 3
b)
tryb ci¹g³y
p [dB]
80
punkt pomiarowy 3
tryb skokowy
80
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
ca³kowite
calkowite
os³ony boczne
korpus górny lewy
korpus dolny
obudowa narzêdzia
korpus górny prawy
ca³kowite
calkowite
os³ony boczne
korpus górny lewy
os³ona podstawy
p³yta czo³owa
ciana tylna
korpus dolny
obudowa narzêdzia
korpus górny prawy
8000
6300
5000
4000
3150
2500
2000
1600
1250
800
1000
630
500
400
315
250
200
160
125
80
100
50
8000
6300
5000
4000
3150
2500
2000
1600
1250
800
1000
630
500
400
315
250
200
160
125
80
100
63
50
20
f [Hz]
63
p [dB]
f [Hz]
os³ona podstawy
p³yta czo³owa
ciana tylna
Rys. 3. Widma przewidywanych poziomów cinienia akustycznego: a) tryb ci¹g³y; b) tryb skokowy
W tabeli 2 przedstawiono wyniki obliczonych przewidywanych wartoci poziomów cinienia akustycznego równie¿ w punkcie obserwacji nr 3. Wartoci te uzyskano poprzez wykonanie pomiarów wzajemnociowych w sytuacji,
gdy warunki techniczne pracy prasy by³y identyczne z wa-
runkami technicznymi w poprzednim etapie, a realizowany
proces technologiczny by³ taki sam. Natomiast w trakcie
wykonywania tych pomiarów by³o zastosowane inne zabezpieczenie pola operacyjnego prasy (obszar IV obudowa narzêdzia).
Tabela 2. Obliczone przewidywane wartoci poziomów cinienia akustycznego
tryb
skokowy
tryb
ci¹g³y
tryb
skokowy
tryb
ci¹g³y
tryb
skokowy
tryb
ci¹g³y
tryb
skokowy
tryb
ci¹g³y
tryb
skokowy
p [dB]
ciana
tylna
tryb
ci¹g³y
p [dB]
korpus
górny prawy
tryb
skokowy
p [dB]
korpus
górny lewy
tryb
ci¹g³y
p³yta
czo³owa
tryb
skokowy
obudowa
narzêdzia
tryb
ci¹g³y
p [dB]
os³ony
boczne
tryb
skokowy
p [dB]
os³ona
podstawy
tryb
ci¹g³y
f
[Hz]
p [dB]
korpus
dolny
Punkt pomiarowy 3
p [dB]
p [dB]
50
63
50,5
46,4
59,0
49,6
47,9
51,2
56,4
54,4
42,9
43,5
51,5
46,7
42,9
39,5
51,5
42,8
27,8
36,1
36,3
39,4
44,5
44,6
53,1
47,9
41,1
42,1
49,6
45,4
45,8
43,1
54,4
46,3
80
100
51,4
48,4
50,8
50,4
51,8
50,8
51,2
52,8
47,1
45,0
46,5
47,0
45,8
41,4
45,2
43,4
37,4
40,2
36,8
42,2
49,3
53,4
48,8
55,4
48,5
34,7
47,9
36,7
51,2
49,0
50,6
50,9
125
160
200
61,6
58,4
53,2
60,1
56,9
55,6
64,5
70,8
61,5
62,9
69,4
63,9
57,8
58,6
53,7
56,2
57,1
56,1
58,3
53,8
51,0
56,7
52,3
53,4
50,9
55,1
48,5
49,3
53,6
50,9
65,6
62,8
59,7
64,0
61,3
62,1
51,6
54,6
52,6
50,0
53,1
55,0
60,4
55,7
54,3
58,8
54,2
56,7
250
315
400
58,4
54,8
59,0
61,1
59,8
55,9
61,0
59,0
59,4
63,6
64,0
56,4
49,9
49,5
55,7
52,6
54,5
52,7
50,7
51,6
57,6
53,4
56,7
54,6
44,7
50,7
49,0
47,3
55,8
45,9
55,1
51,5
59,3
57,8
56,5
56,3
45,7
47,9
55,1
48,4
52,9
52,0
58,8
52,7
55,1
61,5
57,7
52,1
500
55,3
53,1
64,9
62,7
56,2
54,0
55,1
52,9
50,9
48,7
55,2
53,0
51,0
48,8
55,5
53,4
630
800
1k
52,2
59,8
61,0
51,8
57,8
60,3
54,1
64,4
64,8
53,7
62,5
64,1
49,4
59,5
56,9
49,0
57,5
56,2
48,6
52,4
58,1
48,2
50,4
57,4
37,2
54,5
47,7
36,8
52,5
47,0
49,0
58,7
56,3
48,6
56,8
55,6
44,8
57,2
51,0
44,4
55,2
50,3
47,7
59,2
58,2
47,3
57,3
57,6
1,25
1,6k
54,0
49,5
53,5
47,8
54,8
53,3
54,3
51,7
50,3
44,1
49,8
42,4
53,3
45,2
52,8
43,5
46,2
35,3
45,7
33,6
53,0
44,5
52,5
42,9
45,9
45,0
45,4
43,3
53,1
44,4
52,6
42,7
2k
2,5k
47,9
37,2
46,5
35,8
53,5
48,9
52,0
47,5
41,5
43,8
40,0
42,4
46,5
41,9
45,0
40,5
34,6
37,9
33,1
36,6
43,8
42,3
42,4
40,9
39,8
39,0
38,3
37,6
44,7
42,6
43,2
41,2
3,15
4k
5k
41,9
45,2
41,0
40,3
44,7
40,7
49,7
43,8
42,1
48,1
43,3
41,8
44,7
38,7
32,9
43,1
38,2
32,6
41,4
39,3
37,1
39,8
38,8
36,8
27,2
30,8
32,8
25,6
30,3
32,5
39,5
40,7
35,8
38,0
40,2
35,5
34,8
38,2
29,9
33,2
37,7
29,6
40,9
40,5
35,0
39,4
40,0
34,7
6,3k
8k
32,0
28,6
31,4
27,5
35,3
38,5
34,7
37,4
32,4
32,1
31,8
31,0
37,7
37,9
37,1
36,8
28,3
31,9
27,7
30,8
29,3
28,1
28,7
27,0
27,4
26,7
26,8
25,6
30,3
33,6
29,7
32,5
10k
A
25,6
64,1
26,4
64,1
30,8
68,9
31,6
69,0
29,0
62,5
29,8
62,6
34,6
61,6
35,4
61,7
17,4
53,4
18,2
53,5
25,1
62,7
25,9
62,8
23,6
55,3
24,4
55,4
32,4
61,4
33,2
61,5
L
68,3
68,7
74,1
74,5
64,0
64,4
64,3
64,7
58,4
58,8
67,8
68,2
64,3
64,7
66,6
66,9
51
Rysunek 4 przedstawia widma przewidywanych poziomów cinienia akustycznego uzyskane przy wykorzystaniu
wyników zamieszczonych w tabeli 2.
p [dB]
a)
punkt pomiarowy 3
tryb ci¹g³y
80
70
60
50
40
30
ca³kowite
os³ony boczne
korpus górny lewy
8000
6300
5000
4000
3150
2500
2000
1600
1250
800
korpus dolny
obudowa narzêdzia
korpus górny prawy
b)
p [dB]
1000
630
500
400
315
250
200
160
125
80
100
63
50
20
f [Hz]
podstawa - przód
p³yta czo³owa
ciana tylna
punkt pomiarowy 3
tryb skokowy
80
70
60
50
40
30
ca³kowite
os³ony boczne
korpus górny lewy
korpus dolny
obudowa narzêdzia
korpus górny prawy
8000
6300
5000
4000
3150
2500
2000
1600
1250
1000
800
630
500
400
315
250
200
160
125
100
80
63
50
20
f [Hz]
podstawa - przód
p³yta czo³owa
ciana tylna
Rys. 4. Widma przewidywanych poziomów cinienia akustycznego:
a) tryb ci¹g³y; b) tryb skokowy
4. ANALIZA WYNIKÓW
Analiza uzyskanych wyników z etapowo przeprowadzonych badañ akustycznych z zastosowaniem wibroakustycznej zasady wzajemnoci pozwala³a okreliæ wp³yw poszczególnych obszarów podzespo³ów prasy z zastosowanymi
zabezpieczeniami wibroakustycznymi na ca³kowity poziom
cinienia akustycznego w ka¿dym z trzech punktów obserwacji. By³a to jednoczenie dok³adna informacja, które zastosowane zabezpieczenie wibroakustyczne nale¿y zast¹piæ
bardziej skutecznym pod wzglêdem akustycznym.
Analizuj¹c wyniki przedstawione w tabeli 1 (widma na
rys. 3), mo¿na stwierdziæ, ¿e emisja energii wibroakustycznej z pola operacyjnego prasy os³oniêtego zabezpieczeniem
w postaci zintegrowanej obudowy dwiêkoch³onno-izolacyjnej ma najwiêkszy wp³yw na stanowisko pracy operatora.
Poziom dwiêku A, jaki emitowa³o pole operacyjne (obszar
IV), w punkcie obserwacji nr 3 wynosi³ 69,5 dB w trybie
pracy ci¹g³ym. Natomiast najmniejszy wp³yw na poziom cinienia akustycznego w tym punkcie obserwacji mia³a p³yta
czo³owa (obszar V) i korpus górny prawy (obszar VII).
W tych obszarach pomiarowych (podzespo³ach prasy) zastosowano zabezpieczenia wibroakustyczne w postaci: zmodyfikowanej dwiêkoch³onno-izolacyjnej os³ony ko³a zamachowego i t³umika ha³asu zrzutu powietrza uk³adu steru52
j¹cego sprzêg³a. Poziom dwiêku A emitowany z obszaru
pomiarowego V wynosi³ 50,2 dB podczas pracy prasy w trybie ci¹g³ym, natomiast z obszaru VII jego wartoæ wynosi³a
51,4 dB w trybie pracy skokowym.
Pozosta³e podzespo³y (obszary pomiarowe I, II, III, VI
i VIII w których na znajduj¹ce siê ród³a energii wibroakustycznej zastosowano zabezpieczenia takie, jak: os³ona
dwiêkoch³onno-izolacyjna silnika napêdowego prasy, hermetyzacja tylnej ciany korpusu prasy, hermetyzacja kosza
odbiorczego na gotowe wyroby), mia³y prawie równorzêdny
wp³yw na poziom cinienia akustycznego na stanowisko
operatora prasy. Wartoæ poziomu dwiêku A w tych obszarach pomiarowych waha³a siê w granicach 60,8÷58,2 dB
w trybie pracy ci¹g³ym, natomiast w trybie pracy skokowym
jego wartoæ wynosi³a 60,1÷57,5 dB.
Z przeprowadzonej analizy wyników omówionej serii
badañ (tab. 1, rys. 3) mo¿na stwierdziæ, ¿e:
zastosowana os³ona dwiêkoizolacyjna na p³ytê czo³ow¹ prasy, wraz ze zmienion¹ konstrukcj¹ drzwi, zastêpuj¹ca oryginalne rozwi¹zanie, jest dostatecznie skuteczna, je¿eli chodzi o ograniczenie emisji energii wibroakustycznej z tej czêci prasy (obszar V);
zmodyfikowane rozwi¹zanie os³ony ko³a zamachowego korpus górny prawy maj¹ce na celu zmniejszenie
ha³asu emitowanego przez sprzêg³o spe³ni³o swoje zadanie (obszar VII);
natomiast wartoci poziomów cinienia akustycznego,
jakie emituje pole operacyjne narzêdzia, wskazuj¹ na
to, ¿e nale¿y zastosowaæ skuteczniejsze zabezpieczenie
ni¿ zastosowana dotychczas zintegrowana obudowa
dwiêkoch³onno-izolacyjna (obszar IV).
Bior¹c pod uwagê powy¿sze wyniki badañ akustycznych, zosta³o opracowane alternatywne zabezpieczenie
pola operacyjnego prasy w postaci ruchomej os³ony dwiêkoizolacyjnej zintegrowanej z suwakiem. Druga omówiona
seria badañ zosta³a przeprowadzona w sytuacji, gdy na prasie by³o zamontowane wy¿ej wymienione zabezpieczenie
wibroakustyczne (obszar pomiarowy IV).
Analiza wyników zawartych w tabeli 2 (widma – rys. 4)
pokazuje, ¿e najmniejszy wp³yw na poziom cinienia akustycznego w punkcie obserwacji nr 3 ma p³yta czo³owa i korpus górny prawy analogicznie do wy¿ej omówionej serii
badañ. Wartoci poziomu dwiêku A, jaki emituj¹ te obszary,
s¹ prawie takie same i wynosz¹ odpowiednio: 53,4 dB p³yta czo³owa oraz 55,3 dB w przypadku korpusu górnego prawego podczas pracy prasy w trybie ci¹g³ym; w trybie pracy
skokowej wartoci poziomu dwiêku A wynosz¹ 53,5 dB
p³yta czo³owa i 55,4 dB korpus górny prawy.
Najwiêkszy wp³yw natomiast na poziom cinienia akustycznego na stanowisko pracy operatora ma os³ona podstawy (obszar II). Wartoæ poziomu dwiêku A emitowana
z tego obszaru wynosi 68,9 dB w trybie pracy ci¹g³ym
i 69 dB w trybie pracy skokowej.
Pozosta³e podzespo³y (obszary pomiarowe I, III, VI
i VIII) mia³y prawie równorzêdny wp³yw na poziom cinienia akustycznego w punkcie obserwacji nr 3 zarówno
w trybie pracy ci¹g³ym, jak i skokowym, podobnie jak
w poprzedniej serii badañ. Wartoæ poziomu dwiêku A,
jaki emituj¹ te podzespo³y, zawarta jest w granicach
64,1÷61,4 dB.
W obszarze pomiarowym IV obudowa narzêdzia (pole
operacyjne prasy), który w poprzedniej serii badañ mia³
najwiêkszy wp³yw na poziom cinienia akustycznego
w punkcie obserwacji nr 3 (LA = 69,5 dB), obni¿y³a siê emisja energii wibroakustycznej. Wartoæ poziomu dwiêku A
emitowanego z tego obszaru wynosi³a 61,6 dB w trybie pracy ci¹g³ym i 61,7 w trybie pracy skokowym.
Z powy¿szej analizy wyników otrzymanych w tej serii
badañ (tab. 2, rys. 4) wynikaj¹ ni¿ej przedstawione wnioski:
Najmniejszy wp³yw na poziom cinienia akustycznego
w punkcie obserwacji nr 3 (stanowisko operatora prasy) ma p³yta czo³owa i korpus górny prawy analogicznie do poprzedniej serii badañ. Wartoæ poziomu
cinienia akustycznego jaki emituj¹ te obszary pomiarowe (V i VII) jest taka sama.
Najwiêkszy wp³yw natomiast na poziom cinienia akustycznego na stanowisko pracy operatora ma os³ona
podstawy (obszar II). Wartoci poziomów cinienia
akustycznego, jakie emituje ten obszar, wskazuj¹ na to,
¿e w tym obszarze nale¿y zastosowaæ bardziej skuteczne zabezpieczenie wibroakustyczne.
Pozosta³e podzespo³y (obszary pomiarowe I, III, VI
i VIII) mia³y prawie równorzêdny wp³yw na poziom
cinienia akustycznego w punkcie obserwacji nr 3, zarówno w trybie pracy ci¹g³ym, jak i skokowym, podobnie jak w poprzedniej serii badañ.
Obszar pomiarowy IV, w którym zosta³o zastosowane
nowe zabezpieczenie pola operacyjnego prasy, wykaza³ zmniejszon¹ emisjê energii wibroakustycznej. Poziom dwiêku A emitowanego z tej czêci prasy wynosi³ 61,6 dB w trybie pracy ci¹g³ym i 61,7 dB w trybie
pracy skokowym. W rezultacie zastosowania tego typu
zabezpieczenia uzyskano rednio obni¿enie poziomu
cinienia akustycznego o 7 dB z tego obszaru pomiarowego.
Omówione przyk³adowe wyniki z badañ akustycznych
z wykorzystaniem wibroakustycznej zasady wzajemnoci
by³y jednoznaczn¹ wskazówk¹, które zastosowane zabezpieczenie wibroakustyczne spe³ni³o swoje zadanie, a które
nale¿y zast¹piæ innym, bardziej skutecznym pod wzglêdem
akustycznym.
Bior¹c pod uwagê analizê z przedstawionych przyk³adowo wyników badañ, jednoznacznie stwierdzono, ¿e w wyniku zmiany zabezpieczenia pola operacyjnego prasy na
bardziej skuteczne pod wzglêdem akustycznym, ma³o skuteczna jest os³ona podstawy prasy i nale¿y zastosowaæ bardziej skuteczne zabezpieczenie tej czêci prasy.
Po etapowym wdra¿aniu zabezpieczeñ poszczególnych
róde³ energii wibroakustycznej prasy i ocenie ich skutecznoci za pomoc¹ wibroakustycznej zasady wzajemnoci,
uzyskano zadawalaj¹cy efekt ograniczenia energii wibroakustycznej emitowanej przez prasê mechaniczn¹.
5. PODSUMOWANIE
Przeprowadzone badania akustyczne wykaza³y, ¿e wibroakustyczna zasada wzajemnoci mo¿e byæ zastosowana do
oceny ilociowego wp³ywu emisji energii wibroakustycznej poszczególnych róde³ maszyny na dany punkt obserwacji, np. na stanowisko operatora maszyny, oraz do oceny
skutecznoci poszczególnych zabezpieczeñ wibroakustycznych zastosowanych na ka¿de ród³o tej energii.
Koñcowe wyniki badañ akustycznych z wykorzystaniem wibroakustycznej zasady wzajemnoci pokaza³y, ¿e
wszystkie podzespo³y prasy z zastosowanymi zabezpie-czeniami wibroakustycznymi maj¹ taki sam wp³yw na
poziom cinienia akustycznego we wszystkich trzech
punktach obserwacji. Mo¿liwoæ okrelenia ilociowego
wp³ywu emisji energii wibroakustycznej ka¿dego podzespo³u prasy da³a w rezultacie efekt w postaci znacznego
obni¿enia aktywnoci akustycznej ka¿dego zidentyfikowanego ród³a energii wibroakustycznej, w konsekwencji czego uzyskano znaczn¹ poprawê klimatu akustycznego na
stanowisku pracy operatora w trakcie realizacji procesu
technologicznego dla obu trybów pracy ci¹g³ego i skokowego. Równowa¿ny poziom dwiêku A na stanowisku pracy operatora przed zastosowaniem zabezpieczeñ wynosi³
94,4 dB, a po zastosowaniu na prasie zabezpieczeñ wibroakustycznych jego wartoæ spad³a o 12 dB i wynosi³a
82,1 dB.
Literatura
[1] Engel Z.: Zasada wzajemnoci. Kraków, UWND AGH, 2000, ISBN
83-88408-56-9
[2] Engel Z., Go³a A.: Emission Efficiency Analysis of Impact Sound
Sources. Proc. INTER NOISE85, Munchen 1985, 12151217
[3] Engel Z., Sikora J., Turkiewicz J.: ¯ród³a ha³asu uderzeniowego
w prasach. Bezpieczeñstwo Pracy, Nauka i Praktyka, Miesiêcznik
Centralnego Instytutu Ochrony Pracy, Warszawa 1999, Nr 9, s. 25
[4] Engel Z., Sikora J., Turkiewicz J.: Ha³asy uderzeniowe w prasach.
Kwartalnik AGH Mechanika, t. 19, z. 2, 2000, s. 151168
[5] Gawlik M.: Zasada wzajemnoci w badaniach wibroakustycznych.
Kraków, AGH 2001 (Rozprawa doktorska)
[6] Lyamschev L.M.: Reciprocity Principle and its Applications. Proc.
Noise 93, St. Petersburg 1993, vol. 4151
[7] Praca zbiorowa pod kier. Z. Engela: Ha³asy uderzeniowe w przemyle i ich zwalczanie na przyk³adzie pras. SPR-1 Bezpieczeñstwo
i ochrona zdrowia cz³owieka w rodowisku pracy, zadanie badawcze nr 03.8.13, Katedra Mechaniki i Wibroakustyki AGH Etap IIII,
19982000
[8] Turkiewicz J.: Zwalczanie przemys³owych zagro¿eñ wibroakustycznych na przyk³adzie pras mechanicznych. Kraków, AGH 2004 (Rozprawa doktorska)
53