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 [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», а шумопоглотитель акустической шумопоглощающей панели кабины оператора содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, слой сложной формы представляет собой чередование сплошных участков и пустотелых участков, причем пустотелые участки образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой и перфорированной стенках, причем полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполнены звукопоглотителем, а между гладкой поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной поверхностью и сплошными участками расположены резонансные пластины с резонансными вставками, выполняющими функции горловин резонаторов Гельмгольца.

На фиг. 1 изображен общий вид акустической 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.

Акустическая 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 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. Акустическая 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, древесно-волокнистого, древесно-стружечного 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 30 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 3мм, + 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°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.

Шумопоглотитель 20 (фиг. 8) акустической шумопоглощающей панели кабины оператора содержит гладкую 31 и перфорированную 32 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 33 и пустотелых участков 35, причем пустотелые участки 35 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 36, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (не показано). Полости 34, образованные гладкой 31 и перфорированной 32 поверхностями, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, заполнены звукопоглотителем. При этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 31 и перфорированной 32 стенках. Полости 37 пустотелых участков 35, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 31 поверхностью и сплошными участками 33 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 32 поверхностью и сплошными участками 33 расположены резонансные пластины 38 и 39 с резонансными вставками 40, выполняющими функции горловин резонаторов Гельмгольца.

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

В качестве звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя 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 выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Шумопоглотитель 20 (фиг. 8) работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 32 и комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, уменьшается, так как 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. Между гладкой 31 поверхностью и сплошными участками 33 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 32 поверхностью и сплошными участками 33 расположены резонансные пластины 38 и 39 с резонансными вставками 40, выполняющими функции горловин резонаторов Гельмгольца.

Резонансные отверстия 40 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 38 и 39, выполняют функции горловин резонаторов Гельмгольца, частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 40.

Акустическая 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.