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.

Известны малошумные конструкции для производственных зданий в виде акустических облицовок и штучных звукопоглотителей, полости которых заполнены звукопоглощающим материалом [1, 2, 3, 4, 5]. В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике.

Недостатками известных конструкций звукопоглотителей являются их сравнительно невысокая эффективность на низких и средних частотах, а также они не отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к дизайну помещений и сейсмической стойкости возводимых сооружений.

Известны малошумные кабины, которые облицованы звукопоглощающими конструкциями, оконные и дверные проемы, а также штучные звукопоглотители, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием [6, 7, 8].

Их недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах, из-за отсутствия в элементах конструкций схем, содержащих резонаторы Гельмгольца.

Известны малошумные сейсмостойкие производственные здания, содержащие базовые несущие плиты перекрытия снабжены в местах их крепления к несущим стенам здания системой пространственной виброизоляции, состоящей из горизонтально расположенных виброизоляторов, воспринимающих вертикальные статические и динамические нагрузки, а также вертикально расположенных виброизоляторов, воспринимающих горизонтальные статические и динамические нагрузки [9, 10].

Недостатками известных конструкций зданий являются их сравнительно невысокая эффективность на низких и средних частотах, а также они не отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к сейсмической стойкости возводимых сооружений.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является малошумное здание по патенту РФ №129125 [11] на полезную модель, основание каркаса здания которого выполнено с виброизоляцией железобетонной плиты, состоящей из связанных между собой железобетонных балок в основании здания.

Недостатками этого устройства является сравнительно невысокая эффективность шумоподавления на низких и средних частотах, а также сравнительно невысокое демпфирование на резонансных частотах в системах виброизоляции, и как следствие - сравнительно невысокая сейсмостойкость.

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, акустические ограждения выполнены в виде жестких и перфорированных стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего, а также звукопоглощающего 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 и перфорированной стенок, при этом слои звукоотражающего материала выполнены из теплоизоляционного материала, способного поддерживать заданный микроклимат в помещении.

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 и 9 - варианты акустической шумопоглощающей панели.

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 алюминийсодержащих 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 гипсо-асбокартона, 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 ʺАргуметʺ 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+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, град С - -40…+120; условная прочность при разрыве, МПа - не менее 8,0.

Акустические ограждения (фиг.8) могут быть выполнены в виде жестких 30 и перфорированных 35 стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего 31, 34, а также звукопоглощающего 32, 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.

Слои звукоотражающего материала могут быть выполнены из теплоизоляционного материала, способного поддерживать заданный микроклимат в помещении за счет того, что задерживают потери тепла, идущего из помещения через перфорированные 35 стенки, а также не пропускают потоки холодного воздуха снаружи через жесткие стенки 30.

Возможен вариант (фиг.9), когда в центральной части ограждения выполнена резонансная полость 36, ограниченная твердыми стенками 37 и 38 из жесткого вибродемпфирующего материала, в которых выполнены отверстия 39, выполняющие функции горловины резонансной полости Гельмгольца.

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

Звуковая энергия от оборудования, находящемся 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 ʺакмигранʺ и т.п.). Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов ʺГельмгольцаʺ, 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. Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют следующим образом. Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку 35 акустических ограждений 1, 2, 3, 4, производственного здания попадает на слои звукоотражающего материала 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 затем на слои 32, 33 мягкого звукопоглощающего материала разной плотности, расположенные в два слоя (например выполненного из базальтового или стеклянного волокна). Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов ʺГельмгольцаʺ, 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 принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой.

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.

Источники библиографии, цитируемые при патентном поиске:

1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с. (рис.П. III.10, стр.263).

2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с. (рис.П.2, стр.176).

3. Кочетов О.С. Лабораторный практикум по производственной санитарии. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2004. - 168 с. (рис.6.6, стр.120).

4. Кочетов О.С. Звукопоглощающие конструкции для снижения шума на рабочих местах производственных помещений. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №11, 2010, стр.46-50. (рис.1; стр.48 и рис.2; стр.48)

5. Кочетов О.С. Звукопоглощающая конструкция цеха // Патент на изобретение №2414565. Опубликовано 20.03.2011. Бюллетень изобретений №8.

6. Кочетов О.С. Способ акустической защиты оператора // Патент на изобретение №2431022. Опубликовано 10.10.2011. Бюллетень изобретений №28.

7. Кочетов О.С., Стареева М.О. Производственное помещение с низким уровнем шума // Патент на изобретение №2425931. Опубликовано 10.08.2011. Бюллетень изобретений №22.

8. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю. Сейсмостойкое здание // Патент на полезную модель №120447. Опубликовано 20.09.2012. Бюллетень изобретений №26.

9. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю., Авгуцевичс А.Х. Сейсмостойкое сооружение // Патент на полезную модель №123433. Опубликовано 27.12.2012. Бюллетень изобретений №36.

10. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю., Авгуцевичс А.Х. Сейсмостойкая кирпичная стеновая панель // Патент на полезную модель №118331. Опубликовано 20.07.2012. Бюллетень изобретений №20.

11. Дурнев Р.А., Иванова О.Ю., Кочетов О.С. Малошумное сейсмостойкое производственное здание // Патент на полезную модель №129125. Опубликовано 20.06.2013. Бюллетень изобретений №17.