BADANIE AKUSTYCZNE MASZYN

GL01 / MECHATRONIKA

13.03.2013r.

Tomasz Dunia

Gabriela Błaszczuk

Daniel Chromiński

1. Cel ćwiczenia

Wyznaczanie poziomu mocy akustycznej oraz widmowej charakterystyki akustycznej źródła hałasu (maszyny).

2. Charakterystyka przedmiotu badań

Rysunek 1: Badany przedmiot

Przedmiotem badań jest wiertarka PROXXON FBS 230/E o mocy znamionowej 100 W, elektronicznie regulowanej prędkości obrotowej w zakresie 5000 - 20000 obr/min, zasilana napięciem przemiennym 220/240 V, wyposażona w bezkluczykowy, szybkomocujący uchwyt wiertarski pozwalający na montaż osprzętu o średnicy 0.3 - 3.2 mm przystosowana do wiercenia, szlifowania, polerowania w miejscach trudno dostępnych.

Wymiary: 23 x 9 x 6 cm

Badanie przeprowadzono dla prędkości obrotowej równej 20000 obr/min.

3. Metoda badań

Do badania użyto miernika poziomu dźwięku Sound Level Meter I-10 firmy Sonopan z dołączonym filtrem oktaw Octave Filter Set F-10. Zakres miernika pozwalał na pomiar do 130dB. Częstotliwości filtra oktawowego: 31.5, 63, 125, 250, 500, 1k, 2k, 4k, 8k, 16k Hz.

Pomiary ciśnienia akustycznego zostały wykonane w odległości d=130cm od badanej maszyny w n=5 punktach pomiarowych rozmieszczonych na środkach boków prostopadłościanu pomiarowego (Rys.2). W każdym punkcie pomiarowym zmierzono ciśnienie akustyczne tła oraz ciśnienie akustyczne przy włączonej maszynie z wykorzystaniem charakterystyk częstotliwościowych A oraz liniowej (Tab.1). W jednym z punktów przeprowadzono pomiary w pasmach oktawowych w całym zakresie częstotliwości (Tab.2). Wszystkie pomiary przeprowadzono w trybie S (slow).

Rysunek 2: Schemat stanowiska badawczego

l₁=23 cm l₂=9 cm l₃=6 cm
2a=283 cm 2b=269 cm c=136 cm

4. Warunki środowiskowe pomieszczenia badawczego

Tabela 1: Wartości przybliżone średniego współczynnika pochłaniania dźwięku wg (PN-EN ISO 3740)

Średni współczynnik pochłaniania dźwięku α	Opis pomieszczenia
0,05	Pomieszczenie prawie puste z gładkimi ścianami odbijającymi dźwięk wykonanymi z betonu, cegły, pustaków lub ze ścianami tynkowanymi
0,1	Pomieszczenie częściowo puste; pomieszczenie z gładkimi ścianami
0,15	Pomieszczenie umeblowane; prostopadłościenna maszynownia; prostopadłościenne pomieszczenie przemysłowe
0,2	Pomieszczenie umeblowane o nieregularnym kształcie; maszynownia lub pomieszczenie przemysłowe o nieregularnym kształcie
0,25	Pomieszczenie umeblowane meblami tapicerowanymi; maszynownia lub pomieszczenie przemysłowe z niewielką ilością materiałów pochłaniających dźwięk na ścianach lub suficie (na przykład częściowo pochłaniający sufit)
0,35	Pomieszczenie z materiałami pochłaniającymi dźwięk zarówno na suficie, jak i na ścianach
0,5	Pomieszczenie z dużą ilością materiałów pochłaniających dźwięk na suficie i na ścianach

Wymiary pomieszczenia: 584 x 569 x 309 cm
W pomieszczeniu znajdowały się ławki, komputery oraz modele maszyn.
W trakcie pomiarów w pomieszczeniu przebywały 4 osoby.
Ze względu na te informację średni współczynnik pochłaniania dźwięku przyjmujemy jako 0,15.

5. Wyniki

Tabela 2: Pomiar ciśnienia akustycznego

Punkty pomiarowe	Lpi’’	Lpi’
	[dB]	[dB]
Lp.	liniowy	A
1 (od góry)	51	39,5
2 (w kier. okna)	56	38
3 (w kier. tablicy)	53	40
4 (przy oknie)	57	38
5 (przy tablicy)	56	37

Tabela 3: Pomiar w pasmach oktawowych dla punktu 3 (w kierunku tablicy)

f	Tło	Maszyna
[Hz]	[dB]	[dB]
31,5	52	54
63	45	48
125	41	46
250	37	52
500	43	53
1k	30	55
2k	26	58,5
4k	18	59,5
8k	15	61
16k	13	47

6. Opracowanie wyników

1. Równoważny poziom dźwięku uśredniony na powierzchni pomiarowej
liniowy: ${\overset{\overline{}}{L_{p}'}}^{\ } = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{L_{\text{pi}}'} =$ 66,8 dB
A: ${\overset{\overline{}}{L_{p}'}}^{\ } = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{L_{\text{pi}}'} =$ 67,3 dB

2. Równoważny poziom dźwięku uśredniony dla tła
liniowy: ${\overset{\overline{}}{L_{p}'}'}^{\ } = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{L_{\text{pi}}''} =$ 54,6 dB
A: ${\overset{\overline{}}{L_{p}'}'}^{\ } = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{L_{\text{pi}}''} =$ 38,5 dB

3. Uwzględnienie hałasu tła w analizie wyników pomiarów
K₁ = −10 • lg(1−10^{−0, 1 • L})
liniowy: $L = \overset{\overline{}}{L_{p}'} - {\overset{\overline{}}{L_{p}'}'}^{\ } =$ 12,2 dB
L > 10dB więc K₁=0
A: $L = \overset{\overline{}}{L_{p}'} - {\overset{\overline{}}{L_{p}'}'}^{\ } = 28,8\ dB$
L > 10dB więc K₁=0

4. Uwzględnienie warunków środowiskowych przeprowadzania pomiarów
Chłonność akustyczna pomieszczenia:
A = S_pom • α_pom = 2(5,84•5,69+5,84•3,09+5,69•3,09) • 0, 15 = 20, 66 m²
S_pom – pole powierzchni pomieszczenia pomiarowego
α_pom – średni współczynnik pochłaniania dźwięku (α_pom=0,15)
Pole powierzchni prostopadłościanu pomiarowego:
S_p = 2(2,83•2,69+2,83•1,36+2,69•1,36) = 30, 24 m²

$K_{2} = 10 \bullet \lg\left( 1 + 4 \bullet \frac{S_{p}}{A} \right) = 8,36\ dB$

5. Uśredniony na powierzchni pomiarowej powierzchniowy poziom dźwięku
liniowy: $\overset{\overline{}}{L_{\text{pf}}} = \overset{\overline{}}{L_{p}'} - K_{1} - K_{2} = 66,8 - 0 - 8,36 =$ 58,44 dB
A: $\overset{\overline{}}{L_{\text{pf}}} = \overset{\overline{}}{L_{p}'} - K_{1} - K_{2} = 67,3 - 0 - 8,36 =$ 58,94 dB

6. Skorygowany poziom mocy akustycznej
liniowy: $L_{w} = \overset{\overline{}}{L_{\text{pf}}} + 10 \bullet lg\frac{S_{p}}{S_{0}} = 58,44 + 10 \bullet lg\frac{30,24}{1} =$ 73,25 dB
A: $L_{w} = \overset{\overline{}}{L_{\text{pf}}} + 10 \bullet lg\frac{S_{p}}{S_{0}} = 58,94 + 10 \bullet lg\frac{30,24}{1} =$ 73,75 dB

7. Podsumowanie

Powierzchniowy poziom dźwięku uśredniony na powierzchni pomiarowej wynosi:
*58,4 dB dla charakterystyki liniowej
*58,9 dB dla charakterystyki A

Skorygowany poziom mocy akustycznej wynosi:
*73,3 dB dla charakterystyki liniowej
*73,8 dB dla charakterystyki A

Na podstawie charakterystyki widmowej stwierdzono, że największe ciśnienie akustyczne urządzenie osiągnęło przy paśmie częstotliwości równym 8 kHz i miało wartość 61 dB, warto zauważyć, że przy częstotliwościach tego rzędu ciśnienie akustyczne tła utrzymuje się na wyraźnie niskim poziomie.

Najniższą wartość ciśnienia akustycznego maszyna osiągnęła przy 125 Hz i wartość ciśnienia wynosiła wtedy 46 dB. W tym zakresie ciśnienie akustyczne tła było na równie wysokim poziomie.