111244 Tutkimus

Kallioporauksen ja rikotuksen äänentuottomekanismit (KAPRI)

Kallioporauksen ja rikotuksen äänentuottomekanismit (KAPRI)

29.11.2011

KAPRI-hankkeessa tutkitaan kallioporalaitteiden ja rikotusvasaroiden äänentuoton mekanismeja. Näiden meluisten laitteiden läheisyydessä työskentely aiheuttaa työntekijöille merkittävän melukuormituksen, joka alentaa työturvallisuutta ja -tehokkuutta ja voi pitkään jatkuessaan johtaa kuulovaurioon. Projektin alussa suunnitellaan ja rakennetaan mittalaitteisto, jolla tutkitaan poralaitteiden osien äänentuottoa. Mittaukset suoritetaan Aalto-yliopiston signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitoksen akustisissa mittaustiloissa. Mikrofoneilla ja muilla antureilla saadun mittausaineiston perusteella laaditaan laskennallinen malli, jonka avulla voidaan tarkastella valitun herätteen aiheuttamaa värähtelyä ja äänentuottoa halutussa pisteessä tutkittavaa kappaletta. Laskennallisen mallin laatimisessa hyödynnetään tietämystä äänilähteiden fysikaalisista malleista, etenkin soitinmallinnuksessa käytetyistä teknologioista. Tutkimuksen tavoitteena on saavuttaa ymmärrys porauksessa ja rikotuksessa käytettävien rakenteiden värähtelyilmiöistä ja äänentuottomekanismeista. Laskennallista mallia voidaan hyödyntää melupäästöltään vähäisempien laitteenosien ja laitteiden suunnitteluprosessissa.

Hankkeen vastuuhenkilö
Vesa Välimäki

Aineistoa Materials-välilehdellä.

Uutta tietoa kallioporauksen äänentuottomekanismeista

5.3.2014

Kallioporauksen ja rikotuksen äänentuottomekanismeista on saatu paljon uutta osaamista ja ymmärrystä.

Kallioporalaitteiden ja rikotusvasaroiden äänentuottomekanismeja tutki Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulun signaalikäsittelyn ja akustiikan laitos.

Tavoitteena oli saavuttaa ymmärrys porauksessa ja rikotuksessa käytettävien rakenteiden värähtelyilmiöistä ja äänentuottomekanismeista. Laskennallisia malleja voidaan jatkossa hyödyntää entistä hiljaisempien laitteenosien ja laitteiden suunnitteluprosessissa. Pitkän tähtäimen tavoitteena on oppia vähentämään kallioporauksen melupäästöjä, jotka alentavat työturvallisuutta ja -tehokkuutta ja voivat pitkään jatkuessaan johtaa kuulovaurioon.

Työsuojelurahasto tuki hanketta tutkimus- ja kehitysmäärärahalla.

Mittalaitteisto äänentuoton tutkimukseen

Projektin aluksi tehtiin kirjallisuusselvitys, jossa tutustuttiin porausmelun syntyyn ja laskennalliseen mallintamiseen liittyviin julkaisuihin.

Lisäksi suunniteltiin ja rakennettiin mittalaitteisto poran osien äänentuoton tutkimukseen. Mittaukset toteutettiin Aalto-yliopiston signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitoksen akustisissa mittaustiloissa. Mikrofoneilla ja muilla antureilla saadun mittausaineiston perusteella laadittiin laskennallinen malli, jonka avulla voidaan tarkastella valitun herätteen aiheuttamaa värähtelyä ja äänentuottoa tutkittavan kappaleen tietyssä pisteessä.

Laskennallisen mallin laatimisessa hyödynnettiin tietämystä äänilähteiden fysikaalisista malleista, etenkin soitinmallinnuksessa käytetyistä teknologioista.

Testeissä ymmärrystä melun synnystä

Hankkeessa syntyi laajasti osaamista ja ymmärrystä porauksen äänentuottomekanismeista. Loppuraporttiin sisällytetty kirjallisuuskatsaus auttaa jatkossa alaan perehtymisessä. Monia porakankien ja rikotusvasaroitten värähtelyyn ja äänentuottoon liittyviä ilmiöitä voitiin todentaa moderneilla mittalaitteilla laboratorio-olosuhteissa, kuten poikittaisen ja pitkittäisen värähtelyn amplitudisuhteet ja niiden tuottaman äänen osuus melun kokonaistehossa.

Matlab-ohjelmalla toteutetut yksinkertaistetut mallit metallikappaleiden värähtelystä auttavat ymmärtämään, millaista värähtelyä tietty heräte aiheuttaa. Eri herätteitä, yksittäisiä tai toistuvia, voidaan testata. Tällaiset testit voivat auttaa ymmärtämään paremmin porauksen melun syntyä eri käytännön tilanteissa.

Myös kallionporauksen akustista ympäristöä, kallioon louhittua tunnelia, tutkittiin ja sen akustiikkaa mallinnettiin laskennallisesti. Tämä toi merkittävää tietoa äänikentän synnystä ja melun etenemisestä porauksen aikana.

Jatkotutkimuksella kohti hiljaisempia koneenosia

Kehittämisideoita saatiin paljon. Osa niistä liittyy porakankien ja rikotusvasaroiden suunnitteluun.

Venymäliuskoilla tehtäviä mittauksia opittiin tässä hankkeessa tekemään huolellisesti. Tätä osaamista voidaan käyttää jatkossa hyväksi porauksen seuraamisessa. Porakankien ja luolan laskennallisia malleja voidaan käyttää hyväksi myös poraustapahtuman ääniympäristön mallintamisessa, mitä voidaan soveltaa porakoneen koulutussimulaattorien äänimaailman parantamisessa.

Jatkotutkimusta on syytä tehdä erityisesti hiljaisempien koneenosien kehittämiseksi. Porakankien ja rikotusvasaroitten uudet rakenteet ja materiaalit voivat vähentää melupäästöä merkittävästi, mutta haasteet ovat vaikeita.

Kallioporauksessa kanki ja kruunu joutuvat suurien voimien alaisiksi ja kuluvat voimakkaasti. Siksi monia muotoiluun liittyviä, melunvaimennukseen tähtääviä yksityiskohtia ei voi käytännössä toteuttaa, sillä ne eivät ole riittävän kestäviä.

Muita jatkotutkimusmahdollisuuksia ovat porauksen monitorointi mittauksilla ja poralaitesimulaattorin äänimaailman jatkokehittäminen.

Toimittaja
Leena Huovila

Aineistoa Materials-välilehdellä.

Kallioporauksen ja rikotuksen äänentuottomekanismit (KAPRI)

Sami Oksanen. 2014. KAPRI Final Report. The Finnish Work Environment Fund Project no. 111244. Aalto University Department of Signal Processing and Acoustics. Science + Technology 1/2014. ISBN 978-952-60-5525-1 ISBN 978-952-60-5526-8 (pdf) ISSN-L 1799-4896 ISSN 1799 4896 (prontide) ISSN 1799-490X (pdf) http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-5526-8

111244-loppuraportti-Aalto_ST_2014_001.pdf (4380.1 kt)

Hanketiedot

  • HakijaAalto-yliopisto Sähkötekniikan korkeakoulu Signaalikäsittelyn ja akusti
  • ToteuttajaAalto-yliopisto Sähkötekniikan korkeakoulu Signaalikäsittelyn ja akustiikan laitos
  • Lisätietoja
  • Vesa Välimäki
    09 4702 5749
    vesa.valimaki@tkk.fi
    09 460 224
  • Toteutusaika
  • 1.1.2012 - 31.12.2012
  • Arvioitu valmistumisaika
  • 31.3.2013
  • Työsuojelurahaston päätös
  • 14.11.2011
    42 000 euroa
  • Kokonaiskustannukset
  • 85 090 euroa
  • Tulokset valmistuneet 6.2.2014

Aiheluokitus