Результат интеллектуальной деятельности: КАБИНА ОПЕРАТОРА, РАБОТАЮЩЕГО В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ЗАПЫЛЕННОСТИ И ВЫСОКИХ УРОВНЕЙ ШУМА

Изобретение относится к безопасным средствам труда, в частности при работе операторов в чрезвычайных ситуациях, сопровождающихся повышенными уровнями пыли и шума.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустическая кабина по патенту РФ №2583446 [прототип], содержащая основание, каркас, оборудование жизнеобеспечения, оконные и дверные проемы и ограждения в виде акустических панелей.

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента звукопоглощения.

Технический результат - повышение эффективности работы оператора за счет снижения уровней пыли и шума.

Это достигается тем, что в кабине оператора, работающего в условиях повышенной запыленности и высоких уровней шума, содержащей основание, каркас, оборудование жизнеобеспечения, оконные и дверные проемы и ограждения в виде акустических панелей, основание установлено на, по крайней мере, три пневматических виброизолятора, выполненных в виде резинокордной оболочки, а к нему жестко крепится каркас кабины, выполненный в виде многоугольной призмы с ребрами, перпендикулярными основанию кабины, и состоящий из передней стенки с остеклением, выполненным из шумоотражающей светопрозрачной панели, потолочной части со светильниками, задней стенки, расположенной в плоскости, параллельной плоскости передней стенки, и четрырех боковых стенок, в одной из которых установлена дверь, при этом площадь задней стенки, по крайней мере, в 2 раза больше площади передней стенки, а боковые стенки, примыкающие к передней стенке, выполнены наклонными по отношению к ней и с остеклением, а примыкающие к задней стенке - перпендикулярны к ней, причем кабина выполнена герметичной и оборудована системой жизнеобеспечения в виде системы искусственного микроклимата с пультом управления, а также рабочим местом, включающим в себя рабочий стол, стул с виброизоляторами в виде пластин из эластомера, прикрепленных к ножкам стула, и вешалку для сменной одежды.

На фиг. 1 изображен общий вид кабины оператора, работающего в условиях повышенной запыленности и высоких уровней шума, на фиг. 2 - общий вид акустической шумопоглощающей панели; на фиг. 3 - общий вид акустической шумоотражающей светопрозрачной панели остекления кабины, на фиг. 4 - общий вид кассетного кондиционера, на фиг. 5 - общий вид стула оператора, на фиг. 6 - характеристика эластомера типа «виброфлекс ЕР/25А, на фиг. 7 - общий вид эластомерных вибродемпфирующих пластин типа «ВЭП», на фиг. 8, 9 - варианты акустической шумопоглощающей панели для облицовки кабины оператора.

Кабина оператора, работающего в условиях повышенной запыленности и высоких уровней шума, содержит основание 1 (фиг. 1), установленное на, по крайней мере, три пневматических виброизолятора 5, выполненных в виде резинокордной оболочки. К основанию жестко крепится каркас кабины, выполненный в виде многоугольной призмы с ребрами, перпендикулярными основанию 1 кабины, и состоящий из передней стенки 2, с остеклением 4, выполненным из шумоотражающей светопрозрачной панели, потолочной части 3 со светильниками 12, задней стенки 14, расположенной в плоскости, параллельной плоскости передней стенки 2, и четырех боковых стенок, в одной из которых установлена дверь 11. При этом площадь задней стенки 14, по крайней мере, в 2 раза больше площади передней стенки 2, а боковые стенки, примыкающие к передней стенке, выполнены наклонными по отношению к ней и с остеклением, а примыкающие к задней стенке - перпендикулярны к ней.

Кабина выполнена герметичной и оборудована системой жизнеобеспечения в виде системы искусственного микроклимата 13 с пультом управления 9, а также рабочим местом, включающим в себя рабочий стол 6, стул 7 с виброизоляторами 8 в виде пластин из эластомера, прикрепленных к ножкам стула, и вешалку для сменной одежды 10.

Каркас кабины выполнен в виде акустических шумопоглощающих панелей (фиг. 2), каркас которых выполнен в виде параллелепипеда, образованного передней 15 и задней 16 стенками панели, каждая из которых имеет П-образную форму, причем на передней стенке имеется щелевая перфорация 17 и 18, коэффициент перфорации которой принимается равным или более 0,25, а стенки панели фиксируются между собой вибродемпфирующими крышками 19, а в качестве звукопоглощающего материала 20 звукопоглощающего элемента используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool». Для жесткости каркаса предусмотрены боковые ребра 21 на стенках 15 и 16. В качестве звукопоглощающего материала могут использоваться слои минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден». В качестве звукопоглощающего материала акустической шумопоглощающей панели используются плиты на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, а передняя и задняя стенки каркаса выполнены из нержавеющей стали или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм или «Полиэстер» толщиной 25 мкм или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм, причем отношение высоты h каркаса к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: h/b=1,0…2,0; а отношение толщины s' каркаса в сборе к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: s'/b=0,1…0,15; а отношение толщины s звукопоглощающего элемента к толщине s' каркаса в сборе находится в оптимальном отношении величин: s/s'=0,4…1,0, а вибродемпфирующие крышки, фиксирующие стенки панели, выполнены из эластомера, пенополиуретана или пенополиэтилена, древесноволокнистого, древесностружечного материала, или гипсоасбокартона, или эластичного листового вибропоглощающего материала с коэффициентом внутренних потерь не ниже 0,2, или композитного материала, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».

Остекление кабины выполнено в виде шумоотражающей светопрозрачной панели (фиг. 3), выполненной в виде многоугольника, например прямоугольника, образованного П-образной формы ребрами 22-25, выполненными из вибродемпфирующего материала, а в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из сплошного листа 26 экструдированного поликарбонатного пластика, причем отношение длины прямоугольника к его высоте лежит в интервале от 2 до 3, а отношение толщины сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин: 0,006…0,008.2, а в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из ячеистого листа 27 экструдированного поликарбонатного пластика с отношением длины прямоугольника к его высоте, находящимся в оптимальном отношении величин 2,0…3,0, а отношение толщины ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика к его высоте находится в оптимальном интервале величин 0,016…0,02, а ячейки 28 ячеистого листа экструдированного поликарбонатного пластика выполнены в виде боковых поверхностей многогранных прямоугольных призм, например квадратного или прямоугольного сечения, грани 29 или ребра которых жестко связаны между собой и с со сплошными листами экструдированного поликарбонатного пластика, расположенными по обе стороны от ячеек.

Кассетный кондиционер (фиг. 4) монтируется за подвесным потолком, что позволяет сэкономить пространство комнаты, он наиболее органично вписывается в любой интерьер кабины, так как на виду остается только декоративная панель внутреннего блока, причем воздух от кассетной модели кондиционера распространяется вдоль потолка четырьмя равномерными потоками. Наиболее эффективно может быть применен кассетный кондиционер фирмы «General Climate» типа GC/GU-4C18HR.

Стул оператора (фиг. 5) изготавливается из металла и обеспечивает высокую степень комфорта за счет эргономичности конструкции, например, металлические стулья "Аргумет" с размерами, мм: габаритная высота 1000; высота по сидению 450; ширина 420; глубина 480. Каркас стула изготовлен из круглой трубы диаметром 22 мм; подъемный узел выполняется в виде газлифта (ход - 130 мм); основание сидения: металлическая пластина 3 мм, + фанера 8 мм, + поролоновая прослойка 20 мм, + кожзам (черный цвет); основание спинки: фанера 8 мм, + поролоновая прослойка 20 мм + кожзам (черный цвет); нижнее основание стула: пластиковое пятилучье; покрытие каркаса: полимерно-порошковое; цвет каркаса RAL 5004 (черный); нагрузка до 100 кг.

В качестве эластомера, прикрепленного к ножкам стула, может быть использован «Виброфлекс ЕР/25 А» (фиг. 6), который рассчитан на нагрузку 25 кг. На графике видно, что он максимально эффективен именно при такой нагрузке. Также эффективен акустический материал нового поколения - пластины эластомерные вибродемпфирующие типа «ВЭП» (ТУ 2534-001-32461352-2002) (фиг. 7), которые обеспечивают снижение уровней вибрации от механизмов и машин до 85%, в диапазоне от 2 до 10000 Гц, и осуществляют уменьшение воздушного, структурного и ударного шумов на 17÷22 дБ. Вибродемпфирующие пластины ВЭП выпускаются в виде рулонного материала толщиной 4 мм шириной 1200 мм, а также в виде плит 700×700 мм толщиной 10 мм и 20 мм. Температурный диапазон эксплуатации ВЭП - от минус 40 до плюс 120°С. Срок эксплуатации пластин ВЭП - 50 и более лет. Вибродемпфирующие пластины проходят регулярные сертификационные испытания в НИИ строительной техники.

Технические данные:

относительное удлинение при разрыве, % - не менее 300; твердость по Шору А, Ед. Шора А - 45-75; эластичность по отскоку, % - не более 15; динамический модуль упругости (при нагрузке 5000 Н/кв.м.), МПа - 14-38; индекс улучшения изоляции ударного шума, дБ - 17-22; частотный диапазон эксплуатации, Гц - 2 - 10000; температурный диапазон эксплуатации, град С - -40…+120; условная прочность при разрыве, МПа - не менее 8,0.

Возможен вариант акустической шумопоглощающей панели для облицовки кабины оператора, выполненной в виде звукопоглощающей конструкции (фиг. 8).

Звукопоглощающая конструкция (фиг. 8) выполнена в виде гладкой, жесткой стенки 30 и перфорированной стенки 36, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, выполненный в виде пяти слоев, два из которых, прилегающих к стенкам 30 и 36, являются звукопоглощающими слоями 31 и 35 из материалов разной плотности, а три центральных слоя 32, 33, 34 являются комбинированными, причем осевой слой 33 выполнен звукопоглощающим, а два симметрично расположенных и прилегающих к нему слоя 32 и 34 выполнены из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны. Перфорированная стенка 36 имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий – 3-7 мм, процент перфорации 10-15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности.

Каждая из стенок 30 и 36 может быть выполнена из конструкционных материалов, с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоем мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин 1/(2,5…3,5).

Каждая из стенок 30 и 36 может быть выполнена из нержавеющей стали или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм или «Полиэстер» толщиной 25 мкм или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм. Коэффициент перфорации перфорированных листов принимается равным или более 0,25.

Каждая из стенок 30 и 36 может быть выполнена из твердых декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкции, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или неткаными материалами, например «лутрасилом».

В качестве материала звукоотражающих слоев 32 и 34 может быть применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминия, или применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60-80 кг/м³.

В качестве звукопоглощающего материала слоев 31, 33 и 35 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. Причем звукопоглощающий материал по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, Acutex Т), или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом. Кроме того, в качестве звукопоглощающего материала слоев 2 и 4 может быть использован пористый шумопоглощающий материал, например пеноалюминий, или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин 30-45%, или металлопоролон, или материал в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин 0,3…2,5 мм, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex Т или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.

Для снижения или коррекции времени реверберации помещений в его отделке применяют звукопоглощающие материалы и конструкции (звукопоглотители).

Пористые звукопоглотители изготавливают в виде плит, которые крепятся к ограждающим поверхностям непосредственно или на относе, из легких и пористых минеральных штучных материалов - пемзы, вермикулита, каолина, шлаков и т.п. с цементом или другим вяжущим. Такие материалы достаточно прочны и могут быть использованы для снижения шума в коридорах, фойе, лестничных маршах общественных и промышленных зданий.

Сырьем для их производства служат древесные волокна, минеральная вата, стеклянная вата, синтетические волокна. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, Acutex Т), или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.

В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике. Они не только оказались наиболее эффективными с акустической точки зрения в широком частотном диапазоне, но и отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к дизайну помещений.

Кабина оператора, работающего в условиях повышенной запыленности и высоких уровней шума, работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, где устанавливается кабина, пройдя через перфорированную стенку 15, попадает на слои звукопоглощающего материала 20 (который может быть как мягким, например из базальтового или стеклянного волокна, так и жестким, например типа "акмигран" и т.п.). Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Коэффициент перфорации перфорированной стенки 15 принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой 15. Запыленный воздух от оборудования, находящегося в помещении, где устанавливается кабина, пройдя через систему жизнеобеспечения 13, приобретает свойства, отвечающие санитарно-гигиеническим требованиям на рабочих местах.

Звукопоглощающая конструкция работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 36, попадает на слой 35 из мягкого звукопоглощающего материала, а затем встречает на своем пути соответственно слои 34, 33 и 32 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, но часть звуковой энергии проходит через слои 32 и 34 из звукоотражающего материала и взаимодействует с осевым слоем 33 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии.

Слои 31 и 35 из мягкого звукопоглощающего материала разной плотности могут быть выполнены, например, из базальтового или стеклянного волокна. В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Кроме того, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга, и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0.

Возможен вариант акустической шумопоглощающей панели для облицовки кабины оператора, выполненной в виде звукопоглощающего элемента (фиг. 9).

Звукопоглощающий элемент выполнен в виде внешней 37 и внутренней 38 перфорированных поверхностей, между которыми размещен звукопоглотитель, состоящий из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой 39, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на внешней поверхности 37, второй слой 40, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 39. Прерывистый звукопоглощающий слой 40, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 39, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения и крепится с помощью стержней 42 (на чертеже показано сечение с одним стержнем 42), параллельных перфорированным поверхностям 37 и 38, которые жестко связаны между собой посредством вертикальных, перпендикулярных к ним, крепежных элементов, например в виде пластин 43, один конец которых жестко закреплен на внешней поверхности 37, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень 42 и стягивающего его винтом (на чертеже не показано).

Сплошной профилированный слой 39 звукопоглощающего элемента выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили 41 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 41 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой 40.

Третий слой 44 звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, который повышает звукоизолирующие свойства конструкции в целом, за счет заполнения пустот, образованных слоями 37 и 38, а также увеличивает надежность конструкции в целом при установке ее на оборудовании, работающем в условиях с повышенными ударными и вибрационными нагрузками. Третий слой 44 расположен между первым, более жестким слоем 39 и перфорированной поверхностью 38 звукопоглощающего элемента.

Возможен вариант выполнения прерывистого звукопоглощающего слоя 40, расположенного в фокусе сплошного профилированного слоя 39, в виде, по крайней мере, одной жесткой резонансной оболочки 46 с резонансными отверстиями 45, выполняющими функции горловины резонаторов Гельмгольца, а полость оболочки 46 представляет собой дополнительный объем резонаторов Гельмгольца.

Элемент глушителя шума работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой внешней перфорированной поверхности 37 и третий слой 40 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 39, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 39 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, и фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель. Здесь осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя.