Для измерения уровней шума используют обычно следующие приборы:
ВШВ-003 «Измеритель шума и вибрации», ИШВ-1 «Измеритель шума и вибрации», шумомер «ШУМ-1М30», шумомер 00017. Принцип работы приборов, измеряющих уровень шума, состоит в преобразовании при помощи микрофона звуковых колебаний воздуха в электрический ток, который регистрируется амперметром, шкала которого градуирована в дБ. Анализаторы спектра шума позволяют определить уровни шума в пределах октавных полосах частот. Шумомеры позволяют измерить эквивалентный уровень звука в дБА при измерении непостоянных шумов. Для оценки уровней шума на рабочих местах в помещениях промышленных предприятий должно быть произведено измерение не менее чем в трех точках. Микрофон, воспринимающий шум, следует располагать на высоте 1,5 м над уровнем пола или рабочей площадки (или на высоте головы человека, работающего сидя). Он должен быть направлен в сторону источника шума и удален не менее чем на 0,5 м от человека, производящего измерения.
Для измерения уровней вибрации используют приборов, называемые виброметрами и вибрографами: ВШВ-003, ИШВ-1, НВА-1 (низкочастотная виброизмерительная аппаратура), ВИП-2 (виброметр). Принцип работы приборов состоит в преобразовании механических колебаний исследуемого объекта в пьезоэлектрическом датчике (виброприемнике) в электрический ток, пропорциональный виброускорению колеблющегося участка и регистрируемый на шкале прибора в относительных единицах: в дБ. Входящий в аппаратуру блок октавных фильтров позволяет измерить уровни вибрации в октавных полосах частот.
Анализ шума и вибрации механизмов проводится по двум направлениям:
Акустическое восприятие, позволяющее оценивать наиболее значимые повреждения, меняющие акустическую картину механизма. Весьма эффективно при определении повреждений муфт, дисбаланса или ослабления посадки деталей, обрыве стержней ротора, ударах деталей. Диагностические признаки – изменение тональности, ритма и громкости звука.
Анализ колебаний механизмов. В этом методе механические колебания корпусных деталей преобразуются в звуковые колебания при помощи технических или электронных стетоскопов. Электронные средства позволяют расширить возможности человеческого восприятия.
В механических устройствах степень повреждения определяется по характеру взаимодействия контактирующих деталей. Физическое проявление соударения деталей во время работы реализуется в виде распространения упругих волн акустического диапазона, возникновения механических колебаний (вибраций) и ударных импульсов. Несмотря на единую физическую природу, каждое из этих проявлений имеет свои особенности и различным образом отображает происходящие процессы.
Упругие волны, порождающие акустические колебания в частотном диапазоне 20…16000 Гц, прослушиваются специалистом, находящимся рядом с оборудованием. Все слышимые звуки разделяются на шумы и музыкальные звуки. Первые представляют собой непериодические колебания с переменной частотой и амплитудой, вторые — периодические колебания. Между музыкальными звуками и шумами нет чёткой границы. Акустическая составная часть шума часто носит ярко выраженный музыкальный характер и содержит разнообразные частоты (тоны), которые легко улавливаются опытным ухом.
Основными параметрами звука являются:
Громкость зависит от амплитуды колебаний звуковой волны. Сила звука и громкость – неравнозначные понятия. Сила звука объективно характеризует физический процесс, а громкость определяет качество воспринимаемого звука. Сила звука может меняться от слухового порога (порога слышимости) до болевого порога. Для низких частот, громкость воспринимается в большей степени, чем для высоких, при одинаковой амплитуде колебаний звуковой волны. Можно оценивать изменения громкости в 2, 3, 4 раза, оценить увеличение громкости более чем в 4 раза точно не удается.
Высота звука отражает частоту колебаний звуковой волны. Нижняя граница слуха у человека составляет 15…19 Гц; верхняя – 15000…20000 Гц. Чувствительность уха имеет индивидуальные отклонения. Частоты 200…3500 Гц соответствуют спектру человеческой речи. Минимальная длительность звука, при которой можно оценить спектральный состав акустических колебаний – 20…50 мс. При меньшей длительности звук воспринимается как щелчок.
При воздействии частот выше 15000 Гц ухо становится менее чувствительным, теряется способность различать высоту тона. При 19000 Гц предельно слышимыми оказываются звуки, более интенсивные, чем при 14000 Гц. При повышении интенсивности высоких звуков возникает осязание звука, а затем чувство боли. Область слухового восприятия ограничена: сверху – порогом осязания, снизу – порогом слышимости. Наиболее воспринимаемы звуки в диапазоне 1000 до 3000 Гц. В этой области ухо является наиболее чувствительным. Повышенная чувствительность в области 2000…3000 Гц объясняется собственными частотами барабанной перепонки.
Под тембром понимают характер или окраску звука, зависящую от взаимоотношения составляющих частот. Тембр отражает акустический состав звука – число, порядок и силу составляющих (гармонических и негармонических). Тембр зависит от того, какие гармонические частоты складываются с основной частотой и от амплитуды составляющих частот. В слуховых ощущениях тембр сложного звука играет значительную роль.
Скорость распространения звуковых волн зависит от плотности среды-проводника. Скорость звука в воздушной среде составляет 340 м/с; в воде – 1500 м/с; в стали – 5000 м/c.
Основные наблюдаемые отклонения акустических шумов
Глухие толчки при изменении направления вращения валов механизма соответствуют износу шпоночных или шлицевых соединений, элементов муфт, повышенному зазору в зубчатой передаче.
Слабые стуки низкого тона соответствуют сколам шлицев, ослаблению шпоночного соединения, несоосности соединительных муфт.
Резкий металлический звук сопровождает повреждения соединительных муфт.
Свистящий звук возникает при проскальзывании ремней ременной передачи.
Частые резкие удары соответствуют биениям муфт, а также неправильной сборке карданных валов.
Прослушивание механических колебаний, возникающих при работе механизма, является самым распространенным методом определения состояния работающего оборудования. Механические колебания низкой и средней частоты легко распространяются по корпусным деталям механизма. Для прослушивания механических колебаний используется технический стетоскоп, состоящий из металлической трубки и деревянного (лучше текстолитового) наушника (рисунок 43). Металлическая трубка, установленная на корпусе механизма, позволяет преобразовать механические колебания в акустические, распространяемые по стенкам трубки к наушнику. Этот метод настолько доказал свою надежность, что требования по прослушиванию шумов механизмов включены во все правила технического обслуживания и инструкции по эксплуатации оборудования.
Рисунок 43 Технический стетоскоп
(а)
Рисунок 43 – Технический стетоскоп
(б)
Рисунок 43 – Технический стетоскоп
(в)
Рисунок 43 – Технический стетоскоп: а) схема; б) чертёж; в) общий вид
Появление технического стетоскопа последовало после изобретения медицинского стетоскопа – инструмента для выслушивания звуковых явлений, сопровождающих функции органов тела человека. Как всякий инструмент, преобразующий механические колебания в звуковые, технический стетоскоп имеет свои индивидуальные звуковые особенности. Характер преобразования звука техническим стетоскопом зависит от длины, диаметра трубки, толщины стенки, материала, формы наушника. Всё это влияет на частоту собственных колебаний стетоскопа. Прослушиваемые шумы, имея свои отличия, в тоже время едины в отображении звуковых картин повреждений механизма. Возможные реализации технических стетоскопов весьма разнообразны (рисунок 44). Это оборудование часто используется для прослушивания двигателей внутреннего сгорания автомобилей.