ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СНИЖЕНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ШУМА В ЗОНЕ ДВИЖЕНИЯ ПИЛЬНОЙ РАМКИ ЛЕСОПИЛЬНОЙ РАМЫ
Черемных Н.Н. Тимофеева Л.Г. (УГЛТУ, г. Екатеринбург РФ)
The article deals with the problem of the high frequency noise reducing in the sawing zone of log frame.
Как было нами показано [1], шум резания при работе рамных пил имеет явно выраженный высокочастотный характер со спектральными уровнями, мало меняющимися с частотой. Представляется интересным выяснение возможности снижения высокочастотных компонент спектра путём звукопоглощения непосредственно в зоне движения пильной рамки. Следует заметить, что использование этого метода шумоглушения следует отнести к уменьшению шума в источнике (мы не выходим за пределы габаритов лесопильной рамы - ЛР).
Источник или узел шума, как правило, может находиться в открытом или в замкнутом пространстве.
В первом случае звуковая энергия, излучаемая им, распространяется от него беспрепятственно. В любой точке прослушивания будет иметь место только прямой звук, идущий от рассматриваемого источника.
Звуковое поле источника, помещенного в замкнутое пространство, состоит из прямого звука и звука, многократно отражённого от ограждающих поверхностей, т.е. имеет место диффузность звукового поля. В каждой точке пространства интенсивность звука складывается из интенсивности прямого звука и интенсивности звука, отражённого от внутренних поверхностей. Для снижения доли отражённого шума используют эффект звукопоглощения. Физический процесс превращения акустической энергии, переносимой звуковыми воинами, в тепловую происходит за счёт трения и сопутствующих необратимых термодинамических процессов.
Рассматривают поглощение звука при нормальном и косом его падении, а также в диффузном звуковом поле.
В практике борьбы с шумом имеют дело, главным образом, с поглощением звука в диффузном звуковом поле, т.е. в поле волн, падающих под различными углами к поверхностям.
Поле отражённого звука, как это обычно приближенно считается в строительной акустике, предполагается диффузным, в любой точке которого проходят в различных направлениях звуковые волны с одинаковой амплитудой и случайными фазами. Точность приближения увеличивается, если
- размеры пространства по сравнению с длиной волны велики;
- поверхности его непаралелльны или имеют рассеивающие звук неровности;
- в пространстве есть рассеивающие звук предметы:
- спектр источника звука заключает в себе разнообразные частоты.
Считая пространство, где движется пильная рамка ЛР замкнутым, для которого выполняются указанные выше требования, особенно три последние, рассчитаем ожидаемое снижение шума при введении дополнительного звукопоглощения на его ограничивающие поверхности.
Снижения шума в децибелах (дБ) в точке, отстоящей от источника на расстоянии
r [2],
,
где r – расстояние от источника до точки, м; 
- пространственный угол излучения в стерадианах; для излучателя в середине объёма (излучение в бесконечное пространство) 
; для полуплоскости
; для излучателя вблизи двухгранного угла 
; вблизи трёхгранного угла 
; 
- фактор направленности по рассматриваемому направлению (зависит от направления и частоты); в наиболее простом случае точечного источника есть величина постоянная, равная единице; А – общая эквивалентная площадь поглощения, м2 .
,
где Sn и αn – площади и коэффициенты звукопоглощения отдельных поверхностей помещения, объёма; An – эквивалентная площадь поглощение отдельных штучных поглотителей, м2. Примем Аn=0. т.е. пренебрегаем поглощением штучных поглотителей: направляющих, пильной рамки, верхних вальцов и т. д; А1 – новая эквивалентная площадь поглощения, м2; S – общая площадь внутренних поверхностей, м2.
Обозначим точки объёма двухэтажной рамы, находящегося выше уровня пола 2 этажа; точки 1,3 – спереди и сзади рамы; точки 2.4 – сбоку; точка 5 – сверху.
Рисунок 1 - Точки объёма двухэтажной рамы
Примем
=
; Ф=1;
,
где α1=0,01 (для всех частот)- коэффициент поглощения для стали; S1- площадь ограждающих поверхностей; α2 =1 – коэффициент поглощения для открытых проёмов; S2 – площадь открытых проёмов.
= 7.57м2
Здесь первое слагаемое – площадь боковин; второе – верхней связи; третье- ограждений пильной рамки; четвёртое - ворот верхних; пятое - ворот нижних.
=2(1.35x2.8-0.79-0.7-0.49)+1.35x0.52=4.3 м2 ,
где Sорг.- площадь ограждения пильной рамки; Sпер.вор. - то же, передних ворот; Sн.вор. – площадь нижних ворот; axb – площадь основания (сечения рамы по полу 2 этажа);
A=0,01x7.57+1x1,43=4,38 м2 ; Sогр.=S1+S2=7.57+4.3=11.87 м2,
Если облицевать все ограждения поверхности, кроме направляющих, и не закрывать зазоры у ограждений, то
,
где α1- коэффициент звукопоглощения облицовки;
примем α1=0,9 для высоких частот (минераловатные плиты);
м2 - площадь верхних и нижних направляющих.
Тогда 
м2.
Рассчитаем ожидаемые снижения в точках 2 и 4:
м; 
м2.
В итоге имеем ∆L= 5 дБ. Для точки 5: r = h-h1 = 2,8- 0,68 = 2,12 м; h1 = 0,68 для бревна диаметра 40 см; r2 = 4,49 м2; DL1 = 8,82 дБ
Расчёт для α 1=0.5(технический войлок) даёт для точек 2,4 ∆α=3,2дБ; для точки 5 ∆α =4,46дБ
Таким образом, расчеты дают обнадёживающий, ощутимый по громкости результат.
Для экспериментальной проверки расчёта по вышеприведённой формуле, нами в качестве звукопоглотителя был применён войлок толщиной 12 мм с коэффициентом звукопоглощения на частотах (1000…8000) Гц равным 0,48…0,52. Кратковременная иллюстрация (вследствие быстрого износа незащищённого слоя войлока) этого процесса дала снижение по уровню звука 3 дБ сбоку и сверху ЛР. Как и следовало ожидать, снижение на оси подачи бревна, не было. Это обусловлено “лучевым эффектом”, который нельзя исключить при традиционных конструкциях ЛР (т.е. без каналов-глушителей на окна входа-выхода заготовок).
Литература
1. Черемных Н.Н. Исследование причин и закономерностей шумообразования лесопильных рам // Труды УЛТИ, 1973, выпуск 29, с 184..196
2. Под. ред. Юдина Е.Я. Борьба с шумом. – М.: Стройиздат, 1964, -701с.