İş Makinalarında Gürültü Kontrolü

(1)

GİRİŞ

EKSKAVATÖRLERDE

GÜRÜLTÜ KONTROLÜ

ÇALIŞMALARI

İ

ş makinaları sektörü, günümüzdeinşaat işleri, taş ve mermer ocakları,

yol çalışmaları, ormancılık faaliyetleri gibi her türlü ağır iş alanında faaliyet göstermektedir. Özellikle yerleşim yerlerinde çalışan iş makinaları çalışmaları sırasında gürültü kirliliğine sebep olmaktadırlar. Son yıllarda, gürültü kirliliğini önlemek için iş makinalarının çevreye yaydığı gürültü düzeylerinin üst sınırlarını belirleyen yönetmelik, tebliğ, tüzük vb. yasal dökümanlar uygulanmaktadır. Avrupa Birliği direktifi 2000/14/EC [1] iş makinalarının çevreye yaydığı gürültü d ü z e y l e r i n i n ü s t l i m i t l e r i n i belirlemektedir. Bu limitler 2002 yılından itibaren ve 2006 yılından itibaren geçerli olacak şekilde belirlenmiştir. 2006 yılından geçerli o l a c a k l i m i t l e r 2 0 0 2 y ı l ı n d a açıklananların 3 dB (desibel) kadar altındadır. Gürültü düzeyindeki 3 dB kadarlık azalma, makinanın çevreye yaydığı gürültü enerjisinin yarıya düşürülmesi ile eşdeğer bir büyüklüktür. Bu bilgiler doğrultusunda ilk olarak ekskavatörlerin ve kazıcı-yükleyicilerin çevreye yaydığı gürültü düzeyleri ve kabin içi gürültü düzeyleri bulunmuştur. Limit değerler ile karşılaştırılan değerlerin iyleştirilmesi için ilk olarak gürültü kaynağının tespit edilmesi amaçlanmış ve bu amaç için gürültü kaynağı tanılama testleri gerçekleş-tirilmiştir. Yüksek gürültü enerjisine sahip gürültü kaynaklarının kontrolü

için çeşitli yöntemlere başvurul-muştur. Bu yöntemlerin sonuçları birbirleri ile ve daha öncekilerle karşılaştırılmıştır. Çözüm yöntem-lerinden en uygun olanı seçilmiştir. Sözü edilen çalışmalar iki ana başlık a l t ı n d a i n c e l e n e c e k t i r : Ekskavatörlerde Gürültü Kontrolü Çalışmaları ve Kazıcı-Yükleyicilerde Gürültü Kontrolü Çalışmaları

Ekskavatörlerin çevreye yaydığı gürültü düzeyi ISO 6393 [2] standardında belirtilen şekilde A-ağırlıklı ses gücü düzeyi cinsinden ifade edilir. Bu nicelik makina çevresinde belirli konumlarda ölçülen A-ağırlıklı ses düzeyleri kullanılarak hesaplanır.Bu amaçla makina standartta belirtildiği şekilde asfalt/beton yüzey üzerine kule dönme merkezi, 16 m yarıçaplı çemberin m e r k e z i y l e ç a k ı ş a c a k b i ç i m d e yerleştirilir. Şekil 1 ve 2'de belirtilen 6 noktadan 3'er dakikalık A-ağırlıklı ses düzeyi ölçümleri alınır. Ölçümlerin makina yüksüz iken; motor, maksimum net gücün elde edildiği devirde çalışırken alınması gerekmektedir. Makina çalıştırılmadan önce her noktada arka plan gürültüsü düzeyi ölçülürek ölçümün sağlıklı olması denetlenir.

Yapılan ölçümlerin güvenilir olabilmesi için, arka plan gürültüsünün ölçülen

gürültüden en az 10 dB daha az olması, rüzgar hızının 5 m/s'den daha fazla olmaması, zeminin düz asfalt olması, h a v a n ı n y a ğ ı ş l ı o l m a m a s ı gerekmektedir.

Şekil 1 ve 2'deki ölçüler mm cin-sindendir.

Yapılan ölçümler sonucunda elde edilen ses düzeyi verileri kullanılarak makinanın çevreye yaydığı ses gücü düzeyi ISO 6393 [2] standardında verilen formüller yardımı ile hesaplanır. Hesaplanan ses gücü düzeyi direktif 200/14/EC'deki [1] limit değeri ile karşılaştırılır.

3 Ocak 2002'den itibaren limit değerleri: Kazıcı Yükleyiciler için: 85+11logP,

İş Makinalarında Gürültü Kontrolü

Kamil Alper YALÇINKAYA, Timur ARIKOĞLU

Mehmet ÇALIŞKAN

Hidromek LTD.ŞTİ. Sincan Organize Sanayi Bölgesi

Prof. Dr., ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü

Şekil 1. ISO 6393 Ölçüm Noktaları

11200 4320

(2)

Ekskavatörler için: 83+11logP

6 Ocak 2006'dan itibaren limit değerleri: Kazıcı Yükleyiciler için: 82+11logP, Ekskavatörler için: 80+11logP

P : motordan alınan maksimum net güç (kW)

Limit değerlerinin 2006 yılından

itibaren 3 dB düşürüldüğü gözük-mektedir. Mevcut durumda limit değerlerine yakın olan ekskavatör dış ortam gürültü düzeyinin düşürülmesi için yapılan çalışmalar aşağıdaki başlıklar altında toplanabilir:

1. Gürültü kaynağı tanılama testleri 2. Yapılan iyileştirmeler ve sonrasında

yapılan gürültü düzeyi belirleme testleri

3. Yapılan iyileştirmelerin diğer performans parametrelerine olan etkisinin araştırılması

Geliştirilen çözüm sürecinde, gürültü kaynaklarını belirlemek için makinanın dört tarafından (ön, arka, sağ ve sol) makinanın çevreye yaydığı gürültünün izgesel(spektral) çözümlemesi(analizi) yapılır. Ölçüm noktalarından (Şekil 3) makina maksimum net gücü verdiği

devirde çalıştırılırken 30'ar saniyelik titreşim/gürültü veri kayıtları alınır. Şekil 3'deki ölçüler mm cinsindendir. Alınan bu verilerin ses basıncı düzeyi frekans ekseninde incelenip belirlenen tepe noktalarında frekans değerleri kaydedilir. Ölçümlere başlamadan önce arka plan gürültüsünün de izgesel

çözümlemesi kaydedilir. Örnek bir makina için 4 noktada ölçülen ses basıncı düzeylerinin ve arka plan

gürültüsünün izgesel çözümlemesi aşağıda gösterilmiştir.

Yukarıdaki izgesel çözümlemeler

incelendiğinde ortam gürültüsünün (Şekil 4) (arka plan gürültüsü) ölçülen değerlerin (Şekil 5, 6, 7, 8) en az 10 dB altında olduğu görülmüştür. Ölçümlerin sağlıklı yapılabilmesi için, ortam gürültüsünün ölçülen değerlerin en az 10 dB kadar altında olması koşulunun sağlandığı görülmüştür.

Dört noktadaki izgesel çözümlemeler (Şekil 5, 6, 7, 8) incelendiğinde hepsinde ortak olarak görülen en yüksek tepe noktası 325.46 Hz'dedir. Bu frekansa k a r ş ı l ı k g e l e n g ü r ü l t ü k a y n a ğ ı araştırıldığında, radyatör fanının (kanat g e ç i ş f r e k a n s ı 3 3 0 H z o l a r a k Gürültü Kaynağı Tanılama Testleri:

Şekil 3. Gürültü Kaynağı Tanılama Testi

Şekil 4. Arka Plan Gürültüsü İzgesel Çözümlemesi

Şekil 5. 1 Numaralı Noktadaki İzgesel Çözümleme

(3)

hesaplanmıştır) bu gürültünün kaynağı olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca, fan gürültüsünün 2. ve 3. harmonikleri de d ö r t n o k t a d a n a l ı n a n i z g e s e l çözümlemelerde görülmektedir. (649.4 Hz ve 971.6 Hz)

F a n g ü r ü l t ü s ü d ı ş ı n d a i z g e s e l çözümlemelerden tespit edilen gürültü kaynakları ve ilgili frekansları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• M o t o r a t e ş l e m e f r e k a n s ı v e harmonikleri: 36.5 Hz, 72.9 Hz ve 109.0 Hz

• Hidrolik pompa çalışma frekansı: 300.0 Hz

Ekskavatörün çevreye yaydığı gürültü düzeyini düşürmek için yukarıda belirtilen gürültü kaynaklarında değişik-likler yapılmıştır. Bu değişikdeğişik-liklerin sonuçlarını görebilmek için ISO 6393 [2] testi tekrarlanmıştır.

En yüksek ses basıncı düzeyi yaratan radyatör fanı ve davlumbazı dikkate alınmıştır. Radyatör fanı gürültü düzeyi daha düşük olan başka bir fan ile değiştirilmiştir. Bu değişiklikle beraber f a n d a v l u m b a z ı n d a d a ç e ş i t l i alternatifler denenmiştir. Her bir alternatif için ISO 6393 [2] testindeki 1,2,3 ve 4 numaralı noktalardan A-ağırlıklı ses düzeyi ölçümleri alınmış ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Bu alternatiflerin arasından en düşük ses düzeyinin ölçüldüğü seçilmiştir. Seçilen alternatif makinanın çevreye yaydığı gürültü düzeyinin 2 dBA kadar azalmasını sağlamıştır.

Ekskavatör fan ve davlumbazında yapılan değişikliklerin soğutma sistemi p e r f o r m a n s ı n a o l a n e t k i l e r i n i n belirlenmesi için soğutma sistemi performans testleri yapılmıştır.

M a k i n a n ı n s o ğ u t m a sisteminde belirli noktalara (motor suyu radyatörü giriş ve çıkış, hidrolik yağ radyatörü giriş ve çıkış, intercooler giriş v e ç ı k ı ş ) ı s ı l ç i f t l e r ( t h e r m o c o u p l e ) y e r l e ş t i r i l m i ş t i r. M o t o r üzerindeki termostat çıkartıl-mıştır. Sıcaklık değerleri sabitleninceye kadar kazı y a p ı l m ı ş t ı r . K a z m a , ulaşılabilecek maksimum derinliğe kadar yapılmıştır. Gölgedeki hava sıcaklığı kaydedilmiştir. Makinanın çalışabileceği maksimum ortam sıcaklığı, elde edilen değerlerden hesaplanmıştır.

İzin verilen minimum ortam sıcaklığı değeri ile karşılaştırılmıştır.

Sonuç olarak, makinanın çevreye yaydığı gürültü düzeyi soğutma sistemi performansı da göz önüne alınarak 2 dBA düşürülmüştür.

Geliştirilen çözüm sürecinde kazıcı yükleyici makinaların çevreye yaydığı g ü r ü l t ü d ü z e y i , I S O 6 3 9 3 [ 2 ] standardında belirtildiği gibi bulunur. Şekil 9 ve 10'da belirtilen 6 noktadan 3'er dakikalık A-ağırlıklı ses düzeyi ölçümleri alınır. Ölçümler yapılmadan önce her noktada arka plan

gürültüsü ölçülür. Ölçümler makina yüksüz iken; motor, maksimum net gücün elde edildiği devirde çalışırken alınır. Alınan bu veriler k u l l a n ı l a r a k m a k i n a n ı n çevreye yaydığı ses gücü düzeyi standartta belirtildiği gibi hesaplanır. Hesaplanan ses gücü düzeyi direktif

200/14/EC'deki [1] limit değeri ile karşılaştırılır. Şu an limit değerlerine yakın olan kazıcı yükleyici dış ortam gürültü düzeyinin düşürülmesi için yapılan çalışmalar aşağıdaki başlıklar altında toplanabilir:

1. Gürültü Kaynağı Tanılama Testleri • İzgesel Çözümleme Testleri • Gürültü-Titreşim Eşevresellik

İlişki Testleri 2. Çözüm Yöntemleri

Makinanın çevreye yaydığı gürültünün m a k i n a n ı n h a n g i b ö l g e s i n d e n kaynaklandığını tespit ederek, belirlen-miş olan bu gürültü kaynaklarının gürültü düzeylerini düşürme çalışmalarına başlayabilmek için yapılan bir dizi testten ve değerlendirmeden oluşur.

Yapılan İyileştirmeler ve Sonrasında Yapılan Testler:

Yapılan İyileştirmelerin Diğer Performans Parametrelerine Etkisi:

Gürültü Kaynağı Tanılama Testleri:

KAZICI-YÜKLEYİCİLERDE

GÜRÜLTÜ KONTROLÜ

ÇALIŞMALARI

Şekil 9. ISO 6393 Ölçüm Noktaları

(4)

İzgesel Çözümleme:

G ü r ü l t ü - Ti t re ş i m E ş e v re s e l l i k Testleri:

Gürültü kaynaklarını belirlemek için makinanın dört tarafından (ön, arka, sağ ve sol) makinanın çevreye yaydığı gürültünün izgesel çözümlemesi yapılır. Ölçüm noktalarından (Şekil 11) makina maksimum net gücü verdiği devirde çalıştırılırken 30'ar saniyelik veriler alınır.

Şekil 9, 10 ve 11'deki ölçüler mm cinsindendir.

Ölçüm noktalarının yerden yüksekliği 1.2 m'dir.

Alınan bu verilerin ses basıncı düzeyi frekans ekseninde incelenip belirlenen tepe noktalarında frekans değerleri kaydedilir. Ölçümlere başlamadan önce arka plan gürültüsünün de izgesel çözümlemesi kaydedilir. 4 noktanın ve arka plan gürültüsünün izgesel çözümlemesi aşağıda gösterilmiştir.

Alınan bu ölçümlere ve hesaplanan gürültü kaynakları frekanslarına göre gürültü kaynakları tespit edilmiştir. Dört noktadan alınan ölçümlerin hepsinde de görülen en yüksek tepelerden biri 415.67 Hz'dedir. Bu frekansa karşılık gelen gürültü kaynağı

araştırıldığında, radyatör fanının kanat geçiş frekansının 415.7 Hz olduğu görülmektedir. Radyatör fanı dışında motor ateşleme frekansı 67.8 Hz, başka bir gürültü kaynağı olarak tespit edilmiştir.İzgesel çözümleme testleri farklı motor hızları için tekrarlanmıştır. Elde edilen izgesel çözümlemeler yorumlanarak gürültü kaynakları şu gruplara ayrılmıştır: Titreşim ilintili gürültü kaynakları, akışkan ilintili gürültü kaynakları ve motor devri ilintili gürültü kaynakları.

İzgesel çözümlemelerde tanılanamayan kaynakları tespit edebilmek için yapılan testlerdir. Bu testlerde sabit bir mikrofon (Şekil 16) ve aday gürültü kaynakları olarak düşünülen m a k i n a p a r ç a l a r ı ü z e r i n e yerleştirilen bir ivme ölçer kullanılır. Alınan ivme ve ses basıncı veri kayıtları arasındaki eşevresellik ilişkisi fonksiyonu (1) bulunur. İvme ölçerden alınan ivme verilerinin mikrofondan alınan ses basıncı verileri ile ilişkisinin daha i y i a n l a ş ı l a b i l m e s i i ç i n , eşevresellik fonksiyonu ile ses basıncı verisi çarpılarak eşevresel gürültü gücü (2) elde edilir. Elde edilen eşevresellik fonksiyonu, eşevresel gürültü gücü ve ses basıncı grafikleri frekans alanında incelenerek gürültü kaynakları tanılanmaya çalışılır. Burada

(1)

E ş e v r e s e l l i k f o n k s i y o n u , İ v m e v e r i s i g ü ç i z g e s i yoğunluğu, Ses basıncı güç izgesi yoğunluğu

Şekil 12. Arka Plan Gürültüsü İzgesel Çözümlemesi

Şekil 15. 2 Numaralı Noktadaki İzgesel Çözümleme yy xx 2 xy 2 xy

S

.

S

?

: 2 xy ? : S_xx : S_yy

(5)

Eşevresel gürültü gücü (2) şeklinde tanımlıdır.

Şekil 16'daki ölçüler mm cinsindendir. Gürültü-titreşim eşevresellik ilişkisi tespiti çalışmaları sonucunda, makina üzerindeki plakaların titreşiminin motor devri ile ilintisi olmayan farklı bir gürültü kaynağı olduğu tespit edilmiştir.

Makinanın çevreye yaydığı gürültü düzeyinin azaltılmasında gürültü kaynaklarının çeşitlerine, yapılarına ve gürültü yayma mekanizmalarına göre çözüm yöntemleri geliştirilmeye ç a l ı ş ı l m ı ş t ı r. Ti t r e ş i m k a y n a k l ı gürültünün azaltılmasında uygulanacak çözüm yöntemleri şunlardır:Titreşen y ü z e y l e r i n a n a y a p ı d a n ç e ş i t l i sönümleyicilerle yalıtılması, yüzey plakalarının tasarımının(geometrik, d i r e n g e n l i k / k a t ı l ı k v e k ü t l e özelliklerinin) geliştirilerek yaydıkları gürültü düzeyinin azaltılması. Hava akışı kaynaklı gürültüyü azaltmak için uygulanacak çözüm yöntemi ise k u l l a n ı l a n r a d y a t ö r f a n ı n ı n v e davlumbazının aerodinamik ve akustik açılardan daha uygun alternatifleri ile değiştirilmesidir. Dönel parçalardan kaynaklanan gürültünün azaltılmasında uygulanacak çözüm yöntemi, motor kaputunun uygun malzeme ile yalıtılması ve titreşim kontrolünün yapılmasıdır.

İş makinalarında operatör kabinleri içindeki gürültü düzeylerinin limitleri E N 4 7 4 - 1 [ 3 ] s t a n d a r d ı n d a belirtilmiştir. Bu standarda göre operatörün etkisinde kaldığı gürültü düzeyi 85 dBA'yı aşmamalıdır. Operatörün kulak konumundaki gürültü düzeyi ISO 6394 [4] standardında belirlenen şekilde ölçülmelidir. Sözü edilen standarda g ö r e m a k i n a I S O 6 3 9 3 [ 2 ] standartında belirtilen şekilde konumlandırılmalıdır. Ölçümlere başlanmadan önce arka plan gürültü düzeyi kaydedilmelidir. Ölçüm alanı asfalt veya beton zemine sahip olmalı, rüzgar hızı 5 m/s'yi geçmemelidir. Ölçümler makina yüksüz iken; motor, maksimum net gücün elde edildiği devirde çalışırken ve kabin içi havalandırma fanı en yüksek devirde çalıştırılırken alınır. Operatörün sağ ve sol tarafından, standartta belirtilen noktalardan, A-ağırlıklı ses düzeyleri ölçülmelidir. Hangi tarafta daha yüksek ses düzeyi ölçüldüyse o taraftan 3 kez daha 1'er dakikalık A-ağırlıklı ses düzeyi ölçümü alınmalıdır. Kaydedilen A-ağırlıklı ses düzeyi ölçümleri kullanılarak standartta belirtilen A-a ğ ı r l ı k l ı e ş d e ğ e r s e s d ü z e y i hesaplanmalıdır.

Kazıcı-yükleyici makinalarda yapılan ilk kabin içi ölçümlerin sonucunda, operatör kulağına gelen gürültü düzeyinin EN 474-1 [3] standardında belirtilen limit değerlerin üzerinde olduğu görülmüştür. Gürültü kaynağını t a n ı l a m a k i ç i n , I S O 6 3 9 4 [ 4 ] s t a n d a r d ı n d a b e l i r t i l e n ö l ç ü m noktasında kabin için gürültüsünün izgesel çözümlemesi yapılmıştır. Bu ç ö z ü m - l e m e y e g ö r e k a b i n i ç i havalandırma fanı gürültü kaynağı

olarak tespit edilmiştir. EN 474-1 [3] standardında belirtilen limitin altına inebilmek için kabin havalandırma fanı ve fanın konumlandırıldığı bölge d e ğ i ş t i r i l m i ş t i r. B u d e ğ i ş i k l i k sonrasında ISO 6394 [4] standardına göre operatör konumundaki gürültü düzeyi bir kez daha ölçülmüştür. Yapılan d e ğ i ş i k l i k s o n u c u n d a o p e r a t ö r konumundaki gürültü düzeyinin 2 dBA azaldığı gözlenmiştir.

Directive 2000/14/EC of the European Parliament and of the concil of 8 May 2000 on the approximation of the laws of the Member States relating to the Noise Emission in the Environment for useıutdoors

ISO 6393 Measurement of Exterior Noise Emitted by Earth Moving Machinery: Stationary Test Conditions EN 474-1 Earth Moving Machinery-Safety : Part 1 General Requirements ISO 6394 Measurement at Operator's Position of Noise Emitted by Earth Moving Machinery: Stationary Test Conditions

Transient Noise Source Identification By Multi-Channel Digital Signal Processing And Finite Element Modelling by, PhD Thesis, North Carolina State University, Raleigh, 1983. Noise And Vibration Control, McGraw-Hill Book Company, New York, 1971

Mechanical Vibration And Shock Measurements, Brüel & Kjaer, Naerum, Denmark, 1973

"Engineering Noise Control", Unwin Hyman, 1988 Çözüm Yöntemleri: K a b i n İ ç i G ü r ü l t ü K o n t r o l ü Çalışmaları:

KAYNAKÇA

1. 2. 3. 4. 5. Çalışkan, M., 6. Beranek, L.L. ed., 7. Broch, J.T.,

8. D.A. Bies, and C.H. Hansen, : S . _yy 2 xy ?

Şekil 16. Titreşim-Gürültü Eşevresellik İlişkisi Tespiti için Gürültü Ölçüm Noktaları

Arka

Sağ Sol