На большинстве предприятий текстильной промышленности используются машины, создающие повышенный шум, что обусловлено особенностями их конструкции и работы. Например, крутильно-вытяжная машина марки КВ-150-И4 для химических волокон и крутильновытяжная машина марки КВ-3-250К для нити высокой линейной плотности на среднегеометрических частотах октавных полос (от 63 до 8000 Гц) создают уровень звуковой мощности около 100 дБ, что превышает нормативные показатели на 20-30 дБ. Данные машины относятся к классу высокошумных.

На возникновение шумов существенно влияет режим работы механизмов, высокая степень их износа, разнохарактерные колебания механизмов в узле, расстановка машин в цехе и т.д. Изучение шумовой картины и борьба с производственным шумом, несмотря на постоянное внедрение новой техники и технологий, приводит к выводу о неослабевающей актуальности разработки новых, эффективных средств и методов глушения шума.

эффективного решения этой задачи необходимо выявить связь эффектов шумообразования с технологическим процессом. Существует метод определения акустической мощности с использованием комбинации аналитических и эмпирических данных.

Аналитический подход при расчете акустической мощности. С учетом резонансных и когерентных (некогерентных) физических процессов справедлив аналитический подход к прогнозированию и моделированию акустических параметров машины - ее звуковой мощности W_a как суммы звуковых мощностей отдельных акустически независимых элементов конструкций W_i и механизмов W_m:

мощность конструкции определяют в два этапа: на первом - шумовые параметры машин, на втором, по известным параметрам вибраций и эффективности излучения R_i - звуковую мощность каждого элемента, включая среднеквадратичное по времени и поверхности значение виброскорости элемента.

Эффективность излучения шума определяется соотношением

где ρ₀, с₀ - плотность среды и скорость звука в среде; S_i - плотность поверхности излучателя; Ϭ_i - коэффициент излучения.

При оценке вибрационных характеристик определяются детерминированные и статистические параметры. Детерминированные методы основаны на решении неоднородного волнового уравнения вида, например для пластины:

где ξ - поперечное смещение; ρ - плотность материала пластины; μ - коэффициент Пуассона; E - модуль Юнга; h - толщина пластины; F(r, φ, t) - внешняя возмущающая сила, определяемая способом возбуждения (механическим или воздушным путем); Δ - оператор Лапласа по переменным φ и r.

На практике возмущающую силу определить трудно, поэтому применяют статистический метод, основанный на гипотезе о диффузном характере акустических процессов, что позволяет оперировать усредненными параметрами энергии по времени и поверхности. Для моделирования и прогнозирования вибрационных параметров сложных конструкций составляется и решается система уравнений энергетического баланса относительно потоков вибрационной энергии q вида

где W_ki - вибрационная мощность k-го механизма i-го элемента; m_i - общее число механизмов на i-ом элементе; α_ij  - коэффициент прохождения энергии из j-го в i-й элемент; α_ji - коэффициент прохождения энергии из i-го в j-й элемент; q_i q_j - потоки вибрационной энергии в i- ом и j-ом элементах; n - число соединений i-го элемента; δ_i - коэффициент поглощения вибрационной энергии в i-ом элементе конструкции. Коэффициенты α_ij и α_ji определяются экспериментально.

В уравнении (4) неизвестными являются потоки вибрационной энергии q_i, q_j определяющие среднеквадратичное по времени и поверхности виброускорение i-го и j-го элемента при соблюдении условия диффузности:

для пластин

для стержней

где S - площадь пластины; Δf - частотный интервал в октавной полосе частот; f - средняя частота интервала; l - длина стержня; m, B - погонная масса и изгибная жесткость стержня.

Определение акустических параметров эмпирическим путем. Условие диффузности звукового поля подразумевает равномерное распределение звуковой энергии во всех точках пространства. Для определения значений q_i, q_j используются также экспериментальные данные. При этом, применяя систему измерительных вибродатчиков и микрофонов, можно получить начальную расчетную базу параметров α_ij α_ji,  q_i, q_j на конкретной машине или модели, состоящих из элементарных модульных узлов (стержни, пластины, их сочетания и пр.), а затем прогнозировать излучаемую акустическую мощность с внесением демпфирующих элементов. Получив банк данных типовых узлов, можно расчетным путем прогнозировать шумоизлучение конкретной машины при наличии или отсутствии средств глушения шума. По сути, это единственный достаточно точный метод расчета акустических параметров машин. В системе уравнений энергетического баланса неизвестные параметры не могут быть рассчитаны, но их можно определить экспериментальным путем на специальных измерительных стендах. Измерительная схема включает в себя звуко вой генератор, магнитный возбудитель, микрофон, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к анализатору в реальном масштабе времени.

Для исключения влияния внешних помех измерения следует проводить в ближнем поле, критерием которого является, помимо минимального расстояния до источника звуковых колебаний, преобладание возбуждаемого и принимаемого сигнала как минимум на 10 дБ выше фонового шума. Применение данного метода прогнозирования для крутильно-вытяжной машины марки КВ-150-И4 позволило выявить и снизить шумоизлучение в высокочастотной области на 2-12 дБ путем экранирования веретен раздвижными створками из оргстекла, а на крутильно-вытяжной машине КВ-3-250К выполнить звукоизоляцию привода веретен в виде стального кожуха, облицованного изнутри акмиграном и позволяющего снизить уровень высокочастотного шума на 7-13 дБ.

Данные рассуждения хорошо иллюстрируются на примере химической промышленности. С появлением новых технологических операций в процессах получения химических нитей конструкция современных машин значительно изменилась. Так, применение нагревательных и вытяжных узлов привело к увеличению габаритов крутильно-вытяжных машин, а при высокой прочности нити - к увеличению массы паковок и линейной скорости намотки и, соответственно, к использованию тяжелых веретен и мощных приемно-намоточных устройств. Все эти конструктивные новшества существенно увеличивают шумовые характеристики машин, делая проблему снижения шума весьма актуальной.

Естественно, при разработке новых средств глушения шума необходимо учитывать богатый опыт проектирования машин для обработки химических волокон. Так, машины с единым о стовом состоят из большого числа перерабатывающих модулей, головной и хвостовой частей. Каждый технологический модуль содержит несколько разнотипных механизмов, перерабатывающих и транспортирующих одну нить. Соответственно головная и хвостовая части представляют собой мощные редукторы, закрытые ограждениями, но в то же время технологические элементы остаются открытыми для удобства обслуживания. Таким образом, возникает сложная комплексная задача: с одной стороны - обеспечивать эффективное шумоглушение технологических узлов в источниках, а с другой - повышать звукоизоляцию головных и хвостовых частей с учетом спектрального характера и интенсивности шумов.

• Для определения акустической мощности производственного шума используются аналитические и эмпирические данные, что позволяет учитывать конструктивные особенности узлов машин. Это помогает решить важную задачу снижения шума и конструирования звукоизоляции.