Результат интеллектуальной деятельности: АКУСТИЧЕСКАЯ КАБИНА

Изобретение относится к безопасным средствам труда.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является кабина оператора по патенту РФ №2420635, кл. F01N 1/04, [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 акустической кабине, содержащей основание, каркас, оборудование жизнеобеспечения, оконные и дверные проемы и ограждения в виде акустических панелей, при этом основание установлено на по крайней мере три пневматических виброизолятора, выполненных в виде резинокордной оболочки, а к нему жестко крепится каркас кабины в виде акустических шумопоглощающих панелей, выполненных в виде параллелепипеда, образованного передней и задней стенками панели, между которыми размещен шумопоглотитель, а каждая из стенок имеет П-образную форму, причем на передней стенке имеется щелевая перфорация, коэффициент перфорации которой принимается равным или более 0,25, причем передняя стенка выполнена с остеклением, выполненным из шумоотражающей светопрозрачной панели, выполненной в виде многоугольника, например прямоугольника, образованного П-образной формы ребрами, выполненными из вибродемпфирующего материала, а в качестве шумоотражающего светопрозрачного элемента используется панель из сплошного листа экструдированного поликарбонатного пластика, а также потолочной части со светильниками, задней стенки, расположенной в плоскости, параллельной плоскости передней стенки, и четырех 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, а система жизнеобеспечения выполнена в виде системы искусственного микроклимата с пультом управления, например в виде кассетного кондиционера фирмы General Climate, а рабочее место оператора оснащено рабочим столом и стулом с виброизоляторами в виде пластин из эластомера, прикрепленных к ножкам стула, причем в качестве эластомера применяется тип «виброфлекс ЕР/25 А» или вибродемпфирующие пластины типа «ВЭП».

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 - схема шумопоглотителя акустической шумопоглощающей панели, на фиг. 9 - вариант шумопоглотителя акустической шумопоглощающей панели, на фиг. 10 - схема штучного звукопоглотителя, на фиг. 11 - схема варианта шумопоглотителя акустической шумопоглощающей панели.

Защитная кабина оператора 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 четрырех боковых стенок, в одной из которых установлена дверь 11. При этом площадь задней стенки 14 по крайней мер, 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, между которыми размещен шумопоглотитель, а каждая из стенок 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 шумопоглотителя 20 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 вписываются 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 сиденью 450; ширина 420; глубина 480. Каркас стула изготовлен из круглой трубы диаметром 22 мм; подъемный узел выполняется в виде газлифта (ход - 130 мм); основание сиденья: металлическая пластина 3 мм, + фанера 8 мм, + поролоновая прослойка 20 мм + кож/зам (черный цвет); основание спинки: фанера 8 мм, + поролоновая прослойка 20 мм + кож/зам (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°C. 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, °С, -40…+120; условная прочность при разрыве, МПа - не менее 8,0.

Шумопоглотитель 20 акустической шумопоглощающей панели (фиг. 8) может быть выполнен в виде жестких 30 и перфорированных 35 стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего 31 и 34 материала, а также звукопоглощающего 32 и 33 материалов разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у жесткой 30 и перфорированной 35 стенок, а перфорированная стенка 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.

Шумопоглотитель может быть выполнен в виде звукопоглощающего элемента (фиг. 9) в виде гладкой 30 и перфорированной 35 поверхностей, между которыми размещена звукопоглощающая конструкция, состоящая из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой 36, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на гладкой поверхности 30, второй слой 37, более мягкий чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 36.

Прерывистый звукопоглощающий слой 37, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 36, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения и крепится с помощью стержней 39 (на чертеже показано сечение с одним стержнем 39), параллельных гладкой 30 и перфорированной 35 поверхностям, которые жестко связаны с гладкой поверхностью 30 посредством вертикальных, перпендикулярных к ним крепежных элементов, например в виде пластин 40, один конец которых жестко закреплен на гладкой поверхности 30, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень 39, и стягивающего его винтом (на чертеже не показано).

Сплошной профилированный слой 36 звукопоглощающего элемента выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили 38 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 38 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой 37.

Третий слой 41 звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, который повышает звукоизолирующие свойства конструкции в целом за счет заполнения пустот, образованных слоями 30 и 35, а также увеличивает надежность конструкции в целом при установке ее на оборудовании, работающем в условиях с повышенными ударными и вибрационными нагрузками. Третий слой 41 расположен между первым, более жестким слоем 36, и перфорированной поверхностью 35 звукопоглощающего элемента.

В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя 36 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.

В качестве звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя 37 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.

Материал перфорированной поверхности 35 может быть выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности 35, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Защитная кабина оператора работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, где устанавливается кабина, пройдя через перфорированную стенку, попадает на слои звукопоглощающего материала шумопоглотителя 20. 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. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой. Запыленный воздух от оборудования, находящегося в помещении, где устанавливается кабина, пройдя через систему жизнеобеспечения, приобретает свойства, отвечающие санитарно-гигиеническим требованиям на рабочих местах.

Звукопоглощающий элемент (фиг. 9) работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 35 и третий слой 41 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 37, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 36, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 36 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, и фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель 37. 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. Коэффициент перфорации перфорированной поверхности 35 принимается равным или более 0,25.

Штучный сферический звукопоглотитель (фиг. 10) содержит жесткий каркас, выполненный сферической формы с внутренней конгруэнтной каркасу сферической резонансной полостью 49, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 47, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 45. При этом пространство 48 между сферическими оболочками 45 и 47 заполнено звукопоглощающим материалом, а соединение внешней перфорированной сферической оболочки 45 с объектом, например потолком производственного помещения, выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 46, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, и шарнирно соединенного с подвеской 43, выполненной в виде стержня, один конец которого соединен с шарниром 44, установленным на упругодемпфирующем элементе 46, а другой соединен с кольцом 42, предназначенным для его фиксации на объекте. Сферическая резонансная полость 49 жестко соединена с по крайней мере одной втулкой 50 с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой 45, а пространство 48 между ними заполнено звукопоглотителем.

Звуковые волны, распространяясь, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом, расположенным в пространстве 48, образованном жесткой сплошной сферической оболочкой 47, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 45, подавляющей шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно. Соединение каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 46 позволяет демпфировать высокочастотные колебания, которые могут излучаться жестким каркасом, что позволяет его использовать для снижения шума на транспортных объектах. Звукопоглощение на средних и высоких частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонатора Гельмгольца, образованного воздушной сферической полостью 49 и горловиной резонатора 50, диаметр которой для гашения шума в заданной полосе частот подбирают в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило, так: большие объемы для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот, причем выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.

На фиг. 11 изображена схема звукопоглощающей облицовки.

Звукопоглощающая облицовка выполнена в виде жесткой стенки 51 и перфорированной стенки 52, между которыми расположен двухслойный комбинированный звукопоглощающий элемент, причем слой 53, прилегающий к жесткой стенке 51, выполнен звукопоглощающим, а прилегающий к перфорированной стенке слой 54 выполнен с перфорацией 55 из звукоотражающего материала, сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны. Перфорированная стенка 52 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. В качестве звукопоглощающего материала слоя 53 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. При этом звукопоглощающий слой 53 помещен в акустически прозрачный материал, например стеклоткань типа ЭЗ-100, или полимер типа «повиден», или нетканый материал, например «Лутрасил», или обрабатывается пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа «Acutex Т».

В качестве материала звукоотражающего слоя 54 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, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом.

Звукопоглощающая облицовка работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через перфорированную стенку 52, попадает на слой 54 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а часть звуковой энергии проходит через слой 54 из звукоотражающего материала, и взаимодействует со слоем 53 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии, причем на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,41,0.

Возможен вариант, когда прилегающий к перфорированной стенке слой 54, выполнен с перфорацией 55 из звукоотражающего материала, сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров.

Выполнение перфорации на звукоотражающим слое способствует более эффективному шумоглушению на средних частотах, так как часть звуковых волн будет проходить через перфорацию 55 и рассеиваться на слое 53 из звукопоглощающего материала.