Исследование процессов образования и излучения шума при уплотнении бетонной смеси в металлических формах на заводах ЖБИ
Аннотация
Установлено, что основными источниками шума при изготовлении железобетонных изделий являются различного рода вибровозбудители, однако звуковая энергия излучается, в основном, металлическими поверхностями, передающими колебания бетонной смеси. Проведено исследование процессов образования и излучения шума.
Ключевые слова: звуковое давление, бетонная смесь, рабочая зона, формовочные цеха заводов ЖБИКлючевые слова:
С энергетической точки зрения современные машины и механизмы излучают в виде воздушного шума часть своей мощности, составляющую 10-10 - 10-4 от ее номинальной величины [1]. Это приводит к необходимости при размещении виброоборудования в помещениях формовочных цехов заводов ЖБИ учитывать их акустические свойства или изменять конструкции уже существующего оборудования с учетом акустических характеристик их деталей и узлов.
Успешное решение задачи по ослаблению излучения шума заключается, прежде всего, в определении основных источников и генераторов звуковой энергии. Применительно к условиям формования плоских железобетонных изделий для определения основных излучателей звуковой энергии виброформовочного оборудования наиболее применим метод разделения источников.
Основными источниками шума при изготовлении железобетонных изделий являются различного рода вибровозбудители, однако звуковая энергия излучается, в основном, металлическими поверхностями, передающими колебания бетонной смеси. При уплотнении бетонной смеси на виброплощадке такими поверхностями являются металлические формы [2].
Таким образом, основным генератором звуковой энергии при формовании плоских железобетонных изделии на виброплощадках вертикально-направленного действия следует считать металлические опалубки с плоскими поддонами, заполненные бетонной смесью.
Плоские поддоны конструктивно представляют собой верхнюю обшивку балочной клетки. В качестве балок преимущественно применяются одиночные швеллеры, устанавливаемые стенкой наружу [3].
С физической точки зрения металлическая форма, установленная на виброплощадке, совершает сложное колебательное движение, которое можно рассматривать как изгибные колебания балки конечной жесткости и как перемещения абсолютно жесткого тела.
В цехах заводов ЖБИ наиболее широко представлены излучатели первого порядка, которые до 2000 Гц форму можно представить в виде прямоугольного поршневого излучателя с усредненной по площади скоростью.
При этом излучаемая формой звуковая мощность определяется выражением:
P = ρ· C· rs ·S· (V*) 2, (1)
где: P– звуковое давление; ρ–плотность материала кг/м3; rs –коэффициент излучения; S –площадь, м2; V* – усредненная колебательная скорость, м/с.
Коэффициент излучения rs растет с частотой ω, когда характерный линейный размер излучателя а либо соизмерим, либо больше длины звуковой волны, приближается к единице.
Интенсивность шума в различных точках производственных помещений зависит, прежде всего, от звуковой мощности агрегатов. Учитывая, что в формовочных цехах заводов ЖБИ большинство видов технологического оборудования равномерно излучает энергию по всем направлениям, размеры источника шума влияют на размеры поверхности, по которой распределяется звуковая энергия.
Как правило, внутренние поверхности стен формовочных цехов заводов сборного железобетона не имеют акустической обработки, для которых общее звукопоглощение незначительно и их можно принять идеально жесткими. Поэтому в формовочных цехах, как и в других помещениях, звуковое поле складывается из поля прямого и отраженного звука.
С учетом этого одной из основных задач проводимых нами исследований является прогноз шумовых характеристик виброформовочного оборудования, которые, в свою очередь, определяют шумовой фон на постоянных рабочих местах и в рабочих зонах.
Уровни звукового давления L в поле прямого звука на расстоянии l от акустического центра источника определяют по формуле:
L = Lp + 10 lg П, дБ, (2)
где: П – коэффициент влияния прямого звука, который в зависимости от максимального размера источника шума определяют по формулам:
- при l ≥ 2аmax (аmax - максимальный размер источника):
П = Пдал = Ф / Ω а2 ; (3)
- при l < 2 аmax:
П = Пбл = ν Ф/ S, (4)
где: ν– коэффициент, зависящий от значения отношения l/аmax (так, при однородном излучении звука с поверхности источника ν= 1).
Практическое использование зависимости (2) возможно лишь в тех случаях, когда уровни звуковой мощности известны заранее. Однако на практике прогнозирование шумовых характеристик на рабочих местах на стадии замены или установки нового технологического оборудования затрудненно или даже невозможно из-за отсутствия данных об уровнях его звуковой мощности.
Согласно выражению (1), звуковая мощность, излучаемая колеблющейся конструкцией, связана со среднеквадратичной скоростью по ее поверхности. Именно этот параметр, в основном, определяет уровень звуковой мощности при работе как виброплощадок, так и другого формовочного оборудования с дебалансными вибровозбудителями.
Рассмотрим процесс генерации звуковой энергии колеблющимися поверхностями металлической опалубки совместно с бетоном на основе метода разделения источников с применением волновой теории упругости.
По своим физико-механическим свойствам бетонная смесь относится к структурированным системам. Следует рассматривать бетонную смесь как сплошную среду, которая схематично представляется в виде упругой, упруго-вязкой или упруго-вязко-пластичной модели, параметры которой могут быть переменными по объему смеси. Движение таких систем зависит от пространственных и временной координат и описывается дифференциальными волновыми уравнениями в частных производных. Деформации слоев являются незначительными, а их зависимость от напряжения линейна и подчиняется закону Гука.
При таких допущениях для составления уравнения вертикальных колебаний бетонной смеси без учета внутреннего трения можно воспользоваться одномерным волновым уравнением:
; (3)
Безотрывное действие столба бетонной смеси с рабочим органом обычно рассматривается как динамическая система, обладающая одной степенью свободы. Связь между основными параметрами такой системы устанавливается известными уравнениями механических колебаний [4]:
Σ Мх// + f (x, х/, х//) + kx = F sin ωt , (6)
где: Σ Мх// - инерционные свойства системы; f (x, х/, х//) - диссипативные свойства; kx – упругие свойства; F – возмущающая сила.
При уплотнении бетонной смеси различают три основные временные стадии: переукладка составляющих смеси, их сближение и компрессионное уплотнение [5]. На первой стадии происходит значительное перемещение составляющих, однако по времени этот занимает несколько секунд.
На второй стадии масса частиц образует почти стабильную структуру. Возможны лишь незначительные смещения зерен с окончательной осадкой смеси на третьей стадии. Таким образом, можно утверждать, что на второй и третьей стадиях динамические параметры смеси (упругость, диссипация, инерция), а также акустические свойства практически одинаковы. Это позволяет рассматривать движение системы и режим излучения звука практически установившимся. Тогда основной характеристикой, необходимой для реализации поставленной задачи, является величина виброскорости на колеблющихся поверхностях.
Литература:
1. Артоболевский И.И., Бобровницкий Ю.И., Генкин М.Д. Введение в акустическую динамику машин. – М.: Наука, 1979. – 145 с.
2. ГОСТ 12.1.003-99. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. – М.: 1999. – 10 с.
3. Рекомендации по расчёту и конструированию стальных форм. – М.: Стройиздат, 1970. – 160 с.
4. Бескид П. П., Кутузов В. М., Рябухов И. Р. Теория колебаний и волн: Учеб. пособие; М-во общ. и проф. образования РФ, С.-Петерб. гос. электротехн. ун-т,., СПб. СПбГЭТУ, 1998. - 157 с.
5. Тарасова О.Г. Звукоизоляция многослойных остекленных строительных конструкций. - Владикавказ, Терек,1995. - 86 с.