ВВЕДЕНИЕ
Забота современного общества об улучшении качества жизни подразумевает улучшение окружающей среды и шум, вызываемый транспортом - одно из направлений работы.
Шум от дорожного движения является суммарным результатом:
шума работающего двигателя транспортного средства,
шума от контакта покрышек и поверхности дорожного покрытия.
Следовательно, вопрос о возможностях снижения шума должен рассматриваться в рамках работы экспертов, представляющих:
производителей транспортных средств,
производителей покрышек,
дорожных строителей,
нефтяную промышленность (производителей дорожных битумов и горючего).
Совместная работа экспертов разных отраслей по решению проблем снижения шума ставит целью:
Расширение сотрудничества производителей покрышек и транспортных средств для обеспечения более комплексного подхода в работе по снижению транспортного шума
Гармонизация различных методов измерений шума в Европейском масштабе.
Определение:
Комплексный подход - использование методов, позволяющих рассматривать предметы и явления во взаимной связи и в сочетаниях для получения более точного и верного представления о проблеме.
Задача нового комплексного подхода - подготовка технических норм и единых законодательных актов по:
современным методам определения шума, вызываемого взаимодействием дорожного покрытия и покрышки, а также, транспортным средством.
правилам, адресованным соответствующим участникам
рекомендациям по использованию соответствующих типов покрытия, таких как пористые асфальтобетоны, которые могли бы внести вклад в снижение шума от движения транспортных средств.
1. Измерение уровня шума и существующие правила
Взаимодействие покрышки и дороги производит шум, который воспринимается в различной степени внутри и снаружи автомобиля.
С точки зрения окружающей среды интерес вызывает шум снаружи автомобиля, который может определяться:
измерением общего показателя шума
измерением шума от движения отдельного автомобиля.
Общий показатель шума - постоянный шумовой уровень для определенного периода времени, который равен результату от реального процесса выделения шума.
Существует несколько основных методов измерения шума при движении автомобиля, но ни один из этих методов пока еще не стандартизирован.
Производители автомобилей измеряют общие уровни шума при ускорении движения автомобиля путем различных тестов.
Измерения шума двигателя необходимы для утверждения типа автомобиля, поскольку этого требует европейский стандарт для допуска продукции автомобилестроения на европейский рынок и жестокая конкуренция в отрасли.
Производители покрышек измеряют уровень шума от контакта покрышки и поверхности дороги для своих целей, проверяя общие эксплуатационные характеристики покрышки при различных условиях.
Дорожные строители определяют акустические свойства поверхностей дорожных покрытий, но своими методами, не дающими сопоставимых результатов, которые можно было бы увязать с шумом, производимым движущимся транспортным средством (с учетом типа покрышки и работы двигателей).
Таким образом, в рамках этих трех групп, результаты, выражаемые в физических единицах - децибелах (дБ), не могут быть использованы в одной общей математической модели, которая могла бы стать основой принятия решений.
2.
Шум, производимый транспортным средством
До сих пор для оценки шума, производимого таким источником как транспортное средство, использовался слишком обобщенный подход.
Фактически этот общий шум можно разложить между двумя основными источниками:
тяговой энергией транспортного средства (двигатель, карданный вал, зубчатые передачи),
контактом покрышки и покрытия.
У последних моделей тяжелых транспортных средств доминирующей частью общего шума является шум от контакта покрышки и покрытия. С 60-х годов производители двигателей грузовиков добились снижения в 15 раз шума тяговой энергии путем введения проектных усовершенствований.
Однако, если общий шум автотранспортного средства определяется стандартизированными методами, то стандарт, который подходил бы для измерения шума контакта покрышки и покрытия дороги как части общего шума, еще не существует.
3.Взаимодействие покрышка/дорога
Контакт движущейся покрышки и покрытия производит целый спектр звуковых волн, более или менее различимых, происходящих из-за эффекта качения колеса. Знание механизма возникновения и распространения этих звуковых волн позволяет снизить степень их воздействия на окружение.
Разработаны специальные методы измерения шума для сочетания: покрышка-автомобиль-покрытие.
Были идентифицированы составляющие источники шума и изучено влияние каждого из них на различных параметры, участвующие в генерировании и распространении шума.
Снижение уровня шума качения состоит в контроле процессов его генерирования, распространения и поглощения, которые зависят:
от транспортного средства (веса, количества колес, вибрации, формы кузова),
от покрышки (давление/распространение воздуха под поверхностью протектора, его рисунок, контактная площадь и сцепление поверхности покрышки с поверхностью дороги),
от условия качения (скорость, вращающий момент, температура окружающего воздуха),
от дороги (поверхностные характеристики покрытия, конструкция дорожной одежды, поперечный профиль).
При изучении различных уровней шума от контакта покрышка/покрытие выявлено, что шум качения:
значительно возрастает при увеличении скорости (3 дБ + 0.2/0.5 дБ для каждых 15 км/час),
при движении с постоянной скоростью около 60 км/час шум качения преобладает над шумом двигателя,
при измерении на границе покрытия варьируется от 3 дБ в зависимости от того, используются ли гладкие покрышки или средние (европейских типов) протекторные покрышки,
при измерении на поверхности покрышки, шум варьируется с 6 дБ в зависимости от проектных характеристик дороги (измерения проводились на типичных Европейских главных дорогах).
Для ограничения шума требуется изучить комплексную модель контакта покрышка/покрытие, принимая в расчет характеристики покрытия и покрышки.
4.Дорожное покрытие и слои износа
Цель покрытия - обеспечение движения транспортных средств с максимальной безопасностью, а именно покрытие должно:
выдерживать перемещающиеся нагрузки,
обеспечивать пользователям безопасность и комфорт при любой погоде, как в дневное, так и в ночное время.
Эта последняя двойная функция достигается в основном с помощью слоя износа, поскольку:
Безопасность пользователя определяется степенью противостояния заносу и шероховатостью поверхности покрытия, особенно важной в дождливую погоду.
Комфорт водителя определяется ровностью покрытия и шумом качения, который также создает неудобства жителям домов, находящихся вблизи дороги.
Пористый асфальтобетон представляет один из наиболее современных и экономичных материалов для покрытий. Это единственный тип слоя износа, который дает хороший результат по снижению шума, одновременно улучшая дорожную безопасность.
5.Возможности дальнейшего снижения шума
Комиссией Европейского Сообщества сформирована специальная рабочая группа с целью рассмотрения вопроса с точки зрения технического прогресса. Из отчета, подготовленного Рабочей группой следует следующее:
Группа рассмотрела категории дорожных транспортных средств, одну за другой, а также методы оценки уровней дискомфорта, который шум городского транспортного движения доставляет жителям.
Группа пришла к заключению, что применение Директивы от 1984 года способствовало тому, что использованы все возможные, на сегодняшний день, технические усовершенствования для снижения шумовой эмиссии всеми источниками, возникающими в процессе дорожного транспортного движения, за исключением одного - взаимодействия покрышки и поверхности дорожного покрытия.
Было выявлено следующее стартовое положение для начала решения проблемы:
Испытания и методы оценки уровней шума не установлены никакими правилами (т.е. трудно оценить объективно и сравнить уровни шума).
В ряде случаев, снижение уровней общего объема шума невозможно достичь путем технических решений (например, если увеличение шумовой эмиссии происходит в результате резкого торможения).
Различия между методами оценки уровней шума и условиями испытаний и реальными условиями транспортного движения не гарантируют эффекта от принятия мер по снижению дискомфорта от шума (меры, разработанные в условиях испытательного трека, могут не дать должного эффекта в реальной обстановке).
У тех, кто несет ответственность за состояние окружающей среды, отсутствуют соответствующие технологические и экономические инструменты, способствующие контролю и принятию мер для снижения шума (например, установленные законодательством уровни ограничений для шума от контакта покрышка/покрытие, достоверные замеры уровней для наложения штрафа за их превышение).
Группа рекомендовала действия в два этапа для дальнейшего снижения дискомфорта, вызываемого шумом городского транспортного движения.
Первый этап - выделить категории транспортных средств, где можно не учитывать шум от контакта покрышка/покрытие.
Второй этап - проводить дальнейшее исследование для разработки воспроизводимых методов определения результатов взаимодействия характеристик покрышки и дороги, имеющих отношение к появлению шума, для подготовки правил и требований для транспортных средств, покрышек и дорог.
Определение
Воспроизводимый метод - способ решения конкретных задач в некой области (установление уровней шумовой эмиссии от контакта покрышка/покрытие) путем определенной последовательности практических операций.
Четкое определение степеней влияния покрышки и дороги позволило бы распределить обязательства и ответственность между соответствующими отраслями (производители покрышек и дорожные организации).
Существующая система утверждения типа транспортного средства по шумовым характеристикам сейчас основывается на общем уровне шума транспортного средства. За него и несет ответственность производитель транспортных средств.
Однако производитель не должен нести ответственность за ту часть шумовой эмиссии, что от него не зависит. Еще в недалеком прошлом эта логичная связь не имела под собой технического обоснования.
Раздражение общественности, вызываемое шумом городского транспортного движения, связано с общим шумом. Общий шум составляется из шумовых эмиссий, производимых отдельными генераторами шумов. Поэтому для успеха решения проблемы в целом, должны быть разработаны условия испытаний и методы измерений для определения как общего шума, так и измерения отдельных его составляющих.
Определение:
Генератор шума - устройство, аппарат, машина, производящие звуковые сигналы (волновые колебания, импульсы).
В случае современных, с акустической точки зрения транспортных средств, шум контакта покрышка/покрытие постепенно выходит на передний план.
6.Определение и оценка шума качения при взаимодействии покрышки и покрытия дороги
Шум качения можно подразделить на два составляющих шума - внутренний и внешний шум.
Внутренний шум создает дискомфорт для водителя и пассажиров внутри транспортного средства. Существует взаимодействие между транспортным средством и покрышкой, поэтому требуется понять как воздушную, так и структурную передачу звуковых волн через кузов транспортного средства.
В контексте окружающей среды мы рассматриваем проблемы внешнего шума как части общего дискомфорта, вызываемого шумом транспортного движения.
Оценка внешнего шума в настоящее время основывается на измерениях на обочине дороги общего уровня шума в дБ.
При проведении исследований по снижению шума качения используются измерения на обочине для определения улучшений в общем.
Используется микрофон, устанавливаемый в 7.5 м от оси дороги на высоте 1.2 м.
Шум качения должен определяться следующим образом: транспортное средство скатывается под уклон на заданной скорости с выключенным двигателем и сцеплением.
Скорость качения задается точной установкой условий качения (масса транспортного средства, угол скатывания).
Основные параметры, влияющие на уровень шума по результатам испытаний:
дорога: дорога играет роль в:
1. процессе генерации шума (гранулометрия поверхности покрытия)
2. его распространении (свойств акустического поглощения)
транспортное средство:
1. покрышки (масса транспортного средства, давление воздуха в камере, размеры). Размеры покрышки значительно влияют на генерацию шума (чем больше покрышка, тем она "шумнее")
2. количество "источников шума от покрышки"
3. эффекты дифракции (рассеивания звуковых волн) происходящие из-за формы кузова транспортного средства
условия качения:
шум возрастает с увеличением скорости
шум снижается с ростом температуры
шум изменяется при заданной скорости под воздействием вращающего момента
7.Базовый исследовательский подход к снижению шума качения
Снижение шума качения для производителей покрышек - трудная задача.
Поэтому, для получения ясного понимания различных физических явлений, участвующих в генерации и распространении шума, требуется фундаментальный исследовательский подход.
Одновременно с долгосрочным научным подходом, необходимо иметь быстрые результаты от исследований, чтобы обеспечить проведение, шаг за шагом, совершенствование дизайна покрышек с коммерческой целью.
Для снижения шума качения необходимо установить контроль над источниками и осознать комплексно окружающую среду, включая: дорогу, транспортное средство, условия качения.
Для этого надо изучить акустический механизм как генерации, так и распространения шума от движущегося источника в сторону от дороги и затем использовать полученные результаты для определения шумовых критериев.
Процесс имеет три фазы:
фаза 1 - Выяснение:
Проблема анализируется экспериментально и теоретически для того, чтобы понять генерацию и распространение.
фаза 2 - Прогноз:
После того, как проблема понята, надо суметь смоделировать ситуацию для того, чтобы прогнозировать дискомфорт в заданной ситуации, т.е. от глобального уровня шума вдоль дороги подойти к определимой комбинации шумов "покрышка+дорога+транспортное средство" при определенных условиях качения.
фаза 3 - Поправка:
После того, как дискомфорт становится прогнозируемым, полученные знания могут быть использованы для достижения цели - улучшить концепцию покрышки для получения оптимального варианта желаемых эксплуатационных характеристик.
8.Пути распространения шума в автомобиле.
Воздушный шум от первичных источников проникает в салон а/м через неплотности кузова (дверные проемы, технологические отверстия переднего пола), а также остекление а/м. Чем толще стекло и панели кузова, тем выше их звукоизоляционные свойства. Воздушный шум от первичных источников тем ниже, чем оптимальнее конструкция самих источников: двигателя, трансмиссии, системы выхлопа, шин (высота и рисунок протектора). Структурный шум проникает в а/м через элементы подвески к кузову силового агрегата, трансмиссии, системы выхлопа, ходовой части. Вибрация, передаваемая через элементы подвески, заставляет колебаться все без исключения панели кузова, которые в свою очередь излучают структурный шум. Кроме того, звук, излучаемый элементами системы выхлопа (трубами, резонатором, глушителем), приводит к дополнительному возбуждению пола а/м, что вносит ощутимый вклад в общий уровень внутреннего шума. В общий уровень шума в салоне а/м немалую долю вносит отраженный звук. Отраженный звук - звук, получающийся при отражении звуковых потоков, издаваемых первичными источниками, от дорожного покрытия.
9.Методы борьбы с шумом.
Разделяются на конструктивный и пассивный. Конструктивный метод: Применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии; Правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового агрегата, трансмиссии, ходовой части, системы выхлопа; Правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее подвески к кузову; Правильное моделирование конструкции кузова и его жесткости; Выбор прогрессивных конструкций уплотнителей окон и дверных проемов и т.д. Пассивный метод: ПРИМЕНЕНИЕ ШУМОИЗОЛЯЦИОННЫХ И ПРОКЛАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Применение защитных кожухов.
10.Предварительная оценка шумовых характеристик а/м.
Создание бесшумного автомобиля невозможно так же, как невозможно построение вечного двигателя. Однако вполне законна постановка задачи о создании автомобиля, обладающего минимальным акустическим излучением. Естественно, что приближение конструкции автомобиля по качеству к конструкции с минимальным акустическим излучением возможно при использовании, прежде всего средств, которые представляет акустика в распоряжение инженера-исследователя и конструктора. Следует рассмотреть прежде всего использование виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения. Это первая совокупность методов и средств, разумное использование которых приводит к снижению шума автомобиля. Другая совокупность методов и средств, которую необходимо использовать с целью снижения шума, базируется на организации рабочих процессов автомобиля и разработке конструкции, обеспечивающих минимальное акустическое излучение и основанных на соответствующих критериях минимизации. Виброизоляция (ВИ) и вибропоглощение (ВП). Передача звуковой энергии от места ее возникновения до элементов, которые ее излучают, происходит прежде всего через детали двигателя или агрегаты автомобиля с последующей передачей панелям кузова, которые колеблются под действием этой энергии и создают шум. Средства, применяемые в автомобиле для снижения уровня звуковой вибрации, во-первых, препятствуют распространению энергии колебательного движения по конструкции (виброизоляция), во-вторых, поглощают энергию колебательного движения на пути ее распространения (вибропоглощение). Колебательная энергия в звуковом диапазоне частот передается по элементам конструкции в виде упругих продольных, изгибных и сдвиговых (крутильных) волн. В диапазоне рабочих нагрузок деформация твердого тела прямо пропорциональна напряжению (линейность процесса деформации). Свойства волн и их характеристики при распространении по стержням, пластинам при различных способах закрепления (граничные условия) описаны достаточно полно в литературных источниках. Остановимся лишь на определении механического сопротивления конструкции (импеданса), так как в автомобиле и его агрегатах очень широко распространено возбуждение конструкции силой, приложенной в точке или по линии поверхности. В такого рода задачах искомой величиной часто является колебательная мощность, передаваемая от источника возбуждения в конструкцию я распространяющаяся по ней в виде вибрации. Величина колебательной мощности, передаваемой на структуру, зависит от ее механического сопротивления по отношению к возбуждающему усилию.
При анализе виброизолирующих свойств кузова автомобиля, т. е. при изучении распространения по нему вибрации, его можно рассматривать как совокупность соединенных между собой пластин и стержней. Собственно характер распространения вибраций по кузову определяется виброизолирующими свойствами этих соединений. Принимая во внимание, что при изготовлении кузова используется главным образом сварка, можно считать, что в подавляющем числе случаев эти соединения жесткие. Агрегаты автомобиля с кузовом и между собой соединяются, как правило, с помощью шарниров. Такие соединения обладают большей виброизоляцией, чем жесткие.
Под препятствием и его виброизолирующими свойствами имеют в виду местное скачкообразное изменение массы, которое может быть вызвано или простым логическим изменением конструкции или специальным размещением виброзадерживающей массы в конструкции, к которой можно отнести ребра жесткости.
Широкое применение виброзадерживающих масс в конструкции автомобиля сдерживается повышенными расходами металла. Опыт использования виброзадерживающих масс в смежных областях техники (судостроение, тракторостроение) показывает, что их эффективность тем выше, чем больше масса, приходящаяся на единицу длины соединения.
Ребра жесткости также обеспечивают эффект задерживания энергии, однако в очень узком диапазоне частот (ребра жесткости обладают ярко выраженной дискретностью действия).
Вибропоглощение в колебательных системах частично происходит вследствие потерь, которые прежде всего принято характеризовать с помощью коэффициента потерь энергии. Обычно на резонансе системы величина колебательного смещения обратно пропорциональна коэффициенту потерь. Вне резонанса эти величины мало зависят одна от другой. Конструкция будет обладать большими вибропоглощающими свойствами, если для ее изготовления использовать материал с большим внутренним трением или применять специальные покрытия, обладающие более высоким коэффициентом потерь.
Список использованной литературы.
1. Голубев, Новиков «Окружающая среда и транспорт»
2. Болпас, Савич «Транспорт и окружающая среда»
3. Луканин В.Н, и др. «Снижение шума автомобилей».
4. Фоменко А.Я. «Снижение автотранспортного шума в городах».
5. Малов Р.В. и др. «Автомобильный транспорт и защита окружающей среды».
|