Транспортная экология
ТРАНСПОРТНАЯ ЭКОЛОГИЯ
1. ПРИЧИНЫ ПОВЫШЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ АВТОМОБИЛЕЙ
Повышенный, выброс токсичных веществ на единицу транспортной работы или перевозку одного пассажира связан с нарушением оптимальных характеристик автомобилей и несовершенством системы управления транспортным процессом. Поэтому удельная величина выброса токсичных веществ при одних и тех же условиях эксплуатации изменяется в широких пределах
Основными Ва причинами повышенного содержания токсичных веществ в ОГ эксплуатирующихся автомобилей являются: нарушение состава горючей смеси на основных эксплуатационных режимах; ухудшение процесса воспламенения горючей смеси
Нарушение состава горючей смеси связано с изменением стабильности регулировочных характеристик двигателя и его систем. Выбросы СОх в ОГ достигают максимального значения при а=1.1 и уменьшаются при увеличении и уменьшении указанной величины. Выброс NOx уменьшается, с увеличением запаздывания зажигания и достигает максимума при наиболее богатой горючей смеси. При а=0,9 NOx снижается почти на 35тАФ45% Ва при запаздывании угла опережения на 18тАФ20В°, однако при этом удельный расход топлива возрастает до 12%. Содержание СН в ОГ снижают также путем уменьшения угла ВаВа опережения зажигания
Методы воздействия на состав ОГ автомобильных двигателей, предусматривают: улучшение качества протекания процесса и полноты сгорания топлива в цилиндрах двигателя; изменение соВнстава ОГ в выпускной системе двигателя; применение указанных методов одновременно
Уменьшение содержания токсичных веществ в ОГ путем опВнтимизации процесса сгорания является наиболее перспективным методом, так как продукты неполного сгорания СО и СН легче нейтрализуются на стадии их образования, чем в выпускной системе с применением пока еще ненадежно работающих и доВнрогостоящих нейтрализаторов
Загрязнение атмосферы городов зависит непосредственно от интенсивности автомобильного движения, организации дорожного движения, степени мастерства вождения, технического состояния транспортных средств и планово-предупредительной системы ТО и ТР автомобилей, а также применения антитоксичных устройств
Анализ транспортного процесса показывает, что при работе двигателя на холостом ходу степень концентрации СО превышает в 2,1, а на режимах принудительного холостого хода в 1,6тАФ1,9 раза установившиеся режимы. Вследствие этого в центральной части города степень концентрации в атмосфере СО в 3тАФ4 раза больше, чем на скоростных автомобильных магистралях, что приводит к увеличению выброса NOx в 1,45 раза. При равномерВнном движении автомобилей СН снижается в 1,7тАФ1,85 раза по сравнению с неустановившимися режимами движения автомобиВнлей. ВаВаВаВаВа
Неправильное управление водителем приводит к увеличению токсичных выбросов СО и СН на 25тАФ30% и N0x на 10тАФ15%
Применение антитоксичных устройств и обедненной регулировВнки карбюратора позволяет уменьшить выброс токсичных веществ на единицу пути (г/км), в том числе СО в 2,1, СН в 1,5 и NОх в2,6 раза (табл. 1)
Проблема разработки индустриальных методов и прогрессивной технологии в области технической эксплуатации автомобильного транспорта предусматривает решение широкого круга наВнучно-технических и организационно-технологических ВаВа вопросов, включающих: повышение профессионального уровня водительск o г o и технического персонала, ИТР; разработку прогрессивных
технологических методов контроля и регулировки автомобилей, со здание необходимой для этих целей контрольно-измерительной аппаратуры, оборудования и приборов; организацию постов контроля токсичности ОГ; нормирование контроля токсичности ОГ
Токсичность ОГ автомобилей оценивают по ездовым циклам, характеризующим движение автомобилей в реальных условиях эксплуатации. Однако реализация их в условиях АТП в ближайшие годы затрудняется из-за отсутствия необходимого оборудования и приборов, высокой трудоемкости и большой продолжительности проведения испытаний. Кроме того, испытания даже подготовленного автомобиля отличаются нестабильностью (до 40% и выше) результатов определения массы токсичных веществ в ОГ. Поэтому при проведении контрольных испытаний автомобиль особенно тщательно подготавливают к работе и правильному выполнению операций ездового цикла
Основные показатели ездового цикла, влияющие на стабильность выброса токсичных веществ, имеют погрешность измерения, %:
Автомобиль ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа .... ВаВаВаВа . ВаВаВаВа . . Ва 18
Водитель . ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа .. ВаВаВаВа . ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа . . 12
Окружающие условия . ВаВаВаВаВаВаВа .. ВаВаВаВаВаВаВаВа . . 8
Топливо . . ВаВаВаВа .. ВаВаВаВаВаВа . ВаВаВаВаВаВа . . ВаВаВаВа . . ВаВаВаВаВа . . 5
Динамометр ....... ВаВа .. ВаВаВаВа . ВаВа . ВаВа ... 3 Ва
Газоаналитическое оборудование .. 2 ВаВа
Для автомобилей, Ва находящихся в эксплуатации, нестабильность результатов определения токсичных веществ достигает ещё больших величин и в отдельных случаях отличается в 1,5тАФ2 раза,
Получение однозначных результатов требует строгого соблюдения методики проведения испытаний и высокой точности измерения выброса токсичных веществ в ОГ. Точность измерения объёмного содержания токсичных веществ в ОГ является наиболее ответственным моментом при оценке токсичности ОГ. Погрешность измерения СО на величину 0,1тАФ0,2% по объему приводит к ошибке 15тАФ20% при определении массы указанного компонента, выбрасываемого за ездовой цикл. Поэтому аппаратура для проведения газового анализа должна обладать высокой точностью быстротой и непрерывностью проведения газового анализа,
Принимая во внимание перечисленные особенности ездовых циклов, последние применяются в настоящее время при испытаниях в научных исследованиях и на заводах автомобильной промышленности
Упрощенный метод оценки токсичности ОГ автомобилей, находящихся в эксплуатации, для АТП основан на получении эквивалентных результатов при испытании автомобиля по ездовому циклу и на отдельных наиболее характерных эксплуатационных режимах его работы. ВаВаВаВа
Для решения проблемы рациональной организации движения, в том числе безостановочного движения автомобилей, предусматривают строительство пешеходных переходов и туннелей. ВаВаВа
Ва
Ва
Наличие средств регулирования на перегоне длиной 1 км неизбежно увеличивает выброс токсичных веществ с ОГ (табл. 2)
Выброс токсичных веществ автомобиля в различных условиях эксплуатации изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. В городских условиях эксплуатации при невысоких скоростях движения выброс СО в 1,46тАФ2,2 и СН в 2,1тАФ2,8 раза выше по сравнению со свободным движением. При повышении скоростей эта разница заметно уменьшается (рис. 1)
При увеличении скорости движения ВаВа грузового автомобиля (средней грузоподъемности с карбюраторным двигателем) с 20 до 60 км/ч количество токсичных веществ уменьшается: СО с 83 до 27 г/км, а СН с 10 до 5,8 г/км
Рис.1. Зависимость выброса токсичных веществ от скорости
движения автоВнмобиля ЗИЛ-130
ОФP - разрежение во впускном трубопроводе; q CO тАФ выброс СО, г/кг; q NOx тАФ выброс N0 x . г/кг;
q CH -выброс СН, г/км
Ва
2. Ва НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЯ.
Для автомобилей с бензиновыми двигателями характерна низкая концентрация свободного кислорода в ОГ при работе с коэффициентом избытка воздуха а 1. Именно режимы с а < 1 дают основную долю масВнсовых выбросов продуктов неполного сгорания топлива в испытаВнтельном цикле
Для эффективной нейтрализации СО и C n H m значение суммарВнного коэффициента избытка воздуха в нейтрализаторе а тИС =( G в+Gвдоп)/14.9Gт должно бьпь не менее чем 1,05, что достигается подачей в систеВнму выпуска перед нейтрализатором дополнительного воздуха ( gb в доп ) Одним из наиболее распространенных типов устройств, обеспечивающих подачу дополнительного воздуха, является нагнеВнтатель ротационного типа с приводом от коленчатого вала. В авВнтомобиле ГАЗ-24 с карбюратором, выполненным с предельными отВнклонениями в сторону обогащения смеси, производительность нагВннетателя, равная 60 м 3 /ч, обеспечивает условия для очистки ОГ по окиси углерода на 90тАФ95%, по углеводородам на 70тАФ85%. СистеВнма нейтрализации ОГ (СНОГ) в составе каталитического палладиевого нейтрализатора и ротационного нагнетателя обеспечивает выВнполнение самых жестких норм на выбросы окиси углерода и углеВнводородов
На двигателях, имеющих настроенную систему выпуска с инВндивидуальными выпускными патрубками на каждый цилиндр, можно применять бескомпрессорную подачу дополнительного воздуха с помощью малоинерционных обратных клапанов (пульсаров) ПульВнсары (рис. 3), устанавливаемые на выпускном трубопроводе двигатеВнля, срабатывают от импульсов разрежения, возникающих в пульсиВнрующем потоке ОГ двигателя за выпускными клапанами. ЛепестВнковый клапан пульсара открывается в момент разрежения Ва в потоке ОГ и пропускает в коллектор воздух, а при прохождении волны повышенного давления запирается. Следует отметить, что производительность пульсаров мало зависит от противодавления в системе выпуска, что немаловажно при установке нейтрализаторов последовательно со стандартным глушителем шума выпуска. УстаВнновка пульсаров практически не влияет на топливно-скоростные характеристики автомобиля. ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа
Ва
Ва
Рис. 3 Схема пульсара
1 тАФ перфорированная ВаВа пластина, 2 тАФ эластичная мембрана, 3 тАФ упор обтекатель
Ва
Нейтрализаторы бензиновых двигателей работают в диапазоне температур ОГ от 120В°С на холостом ходу, до 600 В°С на форсированных режимах. Каждый Ва процент поВнвышения объемных концентрации СО или С n H m в Ва ОГ повышает темпеВнратуру реакции на катализаторе примерно на 100В°С. Верхний диаВнпазон температур в реакторе при мощностном обогащении смеси моВнжет достигать 800 ВаВа 900 В°С, а при возникновении неисправностей Ва в системе питания и зажигания тАФ 1000 ВаВа 1100В°С. Это аварийный реВнжим, который может привести к спеканию катализатора, прогару реакВнтора и корпуса нейтрализатора
Для прекращения подачи дополВннительного воздуха в реактор на аварийных по температуре режиВнмах, а также на принудительном холостом ходу во избежание возникВнновения ВлхлопковВ» в нейтрализаторе применяется Ва система контроля и автоматического управления. Ва Она включает в себя датчик температуры (термопару), установленный в реакторе, электронный блок управления, трехходовой электромагнитный клаВнпан и клапан отсечки воздуха. Электронный блок подает управляюВнщий сигнал на трехходовой клапан при достижении определенного поВнрога температур Ва (около 850 В°С). Клапан срабатывает также от макВнсимального разрежения во впускном трубопроводе двигателя при его работе на принудительном холостом ходу. В обоих случаях он, воздейВнствуя на клапан отсечки воздуха, предотвращает подачу воздуха в нейВнтрализатор. Такая система применяется с любым типом воздухоподающих устройств тАФ нагнетателем, эжектором или пульсарами
Электронный блок управляет сигнальной лампочкой на щитке приборов водителя - в кабине автомобиля. В диапазоне температур 300тАФ850 В°С лампочВнка не горит тАФ нейтрализатор работает нормально При температуре ниже 300 В°С лампочка Ва загорается, а при температуре выше 850 В°С горит прерывисВнто В первом случае тАУ она сигнализирует о том, что нейтрализатор не выходит на активный режим из-за отсутствия подачи воздуха или потери активности катализатора, во втором тАФ о возникновении неисправностей в двигателе. В любом случае необходимо прекратить эксплуатацию СНОГ до выяснения и устранения неисправностей
Ва
Токсичность отработавших газов и способы её снижения у современных автомобилей
Экологические требования к автомобилю и его двигателю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая чистота выхлопа закладывается в конструкцию двигателя и автомобиля в целом еще при проектировании. Далее в эксВнплуатации характеристики токсичности должны оставаться стабильными. Регулировка токсичности у двигателей совреВнменных автомобилей в большинстве случаев или не требуется или сильно ограничена. В то же время у двигателей автоВнмобилей прошлых лет выпуска, особенно с карбюраторами, токсичность выхлопа напрямую связана с техническим состоВнянием системы питания и зажигания и их регулировкой. ПоВнэтому в настоящее время ремонт двигателя, какой бы сложВнный он ни был, не может считаться квалифицированным и каВнчественным, если токсичность выхлопа двигателя после реВнмонта превышает установленные допустимые пределы
Основная доля вредных веществ, содержащихся в отработавших газах двигателей и загрязняющих окружающую среду, состоит из окиси углерода СО, окислов азота NOx , углеводородов CnHm (или просто СН). а также углерода С (сажи) у дизелей. Из перечисленных веществ СО, СН и С являВнются продуктами неполного сгорания топлива. Количество NOx в выхлопных газах связано, в основном, с высокой темВнпературой сгорания. Окислы азота образуются в двигателе при взаимодействии кислорода и азота, содержащихся в возВндухе. Чем выше температура сгорания, тем больше образуетВнся NOx. На температуру сгорания влияют конструктивные факторы (например, степень сжатия) и режим работы двигаВнтеля (состав смеси, нагрузка). У бензинового двигателя наиВнбольшее влияние на образование вредных веществ оказываВнет состав смеси. При а = 1.0-1.10 концентрация NOx в выВнхлопных газах максимальна, а выбросы СО и СН близки к миВннимальным (рис.4)
Ва
Ва
Рис. 4. Состав отработавших газов бензинового двигателя в зависимости от состава топливовоздушной смеси:
а тАФ без нейтрализатора б тАФ с трехкомпонентным нейтрализатором
Ва
Уменьшение количества и изменение качественного соВнстава вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среВнду с отработавшими газами, достигается целым комплексом мероприятий. Среди них следует отметить ряд конструктивВнных разработок - специальные конструкции камер сгорания для работы на бедных смесях, в том числе с различными тиВнпами форкамер, рециркуляция отработавших газов, т.е. подаВнча их части на вход в двигатель, системы регулирования фаз газораспределения, уменьшающие перекрытие клапанов на пониженных режимах и т.д. Однако даже при использовании в конструкции двигателей всех самых передовых решений удовлетворить нормам токсичности, установленным, наприВнмер, в США, Японии и странах Европы, не удается. ВследстВнвие этого современные автомобили с бензиновыми двигатеВнлями снабжаются каталитическими нейтрализаторами
Нейтрализатор состоит из носителя, заключенного в корВнпус. Носитель представляет собой керамический материал (сотовой конструкции или в виде шариков), покрытый тонким слоем катализатора из благородных металлов, например, платины, палладия, родия. При температуре поверхности каВнтализатора свыше 250-300В°С содержащиеся в отработавших газах окислы углерода СО эффективно окисляются, а их конВнцентрация в выхлопных газах снижается во много раз. ОкисВнление углеводородов СН происходит при более высокой темВнпературе ( 400В° C ). Окисление СО и СН происходит в присутстВнвии свободного кислорода воздуха, небольшое количество коВнторого образуется в результате сгорания:
2СО + О 2 -> 2С0 2
СmН n + ( m + n /4) O 2 -> mCO 2 + (n/2)Н 2 О
Такие реакции могут происходить в широком диапазоне изменения состава смеси - необходимо только, чтобы отрабоВнтавшие газы имели коэффициент, а более 1,0, что достигается работой двигателя на обедненной смеси или подачей в систеВнму выпуска дополнительного воздуха
Подобные нейтрализаторы получили широкое распростраВннение на автомобилях с начала 80-х годов, в том числе, с карВнбюраторной системой подачи топлива. Однако последоваВнтельное ужесточение норм токсичности потребовало создаВнния нейтрализаторов, снижающих не только концентрацию
Рис. 5. Токсичность выхлопа и дымность (К) дизелей с разделенной камерой сгорания:
а тАФ по частоте вращения (----) тАФ для двигателя с неразделенной камерой, б тАФ по составу смеси (нагрузке) в тАФ по углу опережения впрыска (Вйвп)
СО и СН, но и одновременно окислов азота NОх. Такие нейтВнрализаторы называются трехкомпонентными
Основная проблема заключена в том, что в отличие от указанных выше реакций окисления уменьшение концентраВнций NOx является реакциями восстановления:
2 NO + 2СО -> N 2 + 2СO 2 ;
2 NO + 2Н 2 -> N 2 + 2Н 2 O ;
2NO + 5Н 2 -> 2NНз + 2Н 2 O (при а < 1)
Для одновременного уменьшения выбросов СО, СН и NOx необходимо поддерживать определенный состав смеси в циВнлиндрах двигателя (а около 1,0) с очень высокой точностью - порядка В±1% (рис.4). Чтобы обеспечить такую точность поддержания состава смеси, на современных двигателях усВнтанавливают электронные системы управления подачей топВнлива и снижения токсичности с обратной связью по сигналу датчика концентрации кислорода. Именно ужесточением норм токсичности (а не требованиями экономичности или мощности) объясняется повсеместное внедрение на автомоВнбилях сложных электронных систем топливоподачи. СложВнность этих систем со временем, вероятно, будет увеличиватьВнся вместе с дальнейшим ужесточением норм токсичности
Следует отметить высокую чувствительность каталитичесВнкого нейтрализатора к качеству применяемого топлива. В чаВнстности, использование этилированного бензина приводит к так называемому "отравлению" катализатора с разрушением покрытия и даже самой керамической основы катализатора
Помимо нейтрализатора, на многих японских и американВнских двигателях устанавливают так называемые термические реакторы. Такие устройства позволяют при подмешивании к отработавшим газам воздуха доокислить СО и СН, снижая их концентрацию за счет реакции с кислородом воздуха при выВнсокой температуре (свыше 500В°С). Реакторы особенно эфВнфективны на режимах богатой смеси при больших нагрузках, не выходят из строя со временем, однако не дают полного окисления СО и СН, поэтому применяются как дополнительВнные устройства перед нейтрализатором
Рециркуляция отработавших газов применяется на двигаВнтелях не менее широко. Основная задача рециркуляции - сниВнжение выбросов NOx. Это особенно важно, когда в нейтралиВнзаторе не обеспечено точное поддержание состава смеси (подобная ситуация характерна для карбюраторной системы питания). Рециркуляция предполагает отбор выхлопных газов в количестве до 10-12% и подачу их на вход двигателя на реВнжимах средних и полных нагрузок
Поскольку каждая из рассмотренных систем выполняет свою задачу, на практике, особенно на японских автомобилях, они нередко встречаются одновременно - термический реакВнтор, система рециркуляции и каталитический нейтрализатор. Это предполагает существенное усложнение функций системы управления. На двигателях японских автомобилей прошлых лет выпуска с карбюраторами это выражалось в значительном чисВнле пневмоклапанов и шлангов в системе управления двигателя
В отличие от бензиновых двигателей дизели имеют сущеВнственно более низкий уровень выбросов СО, NOx и СН. НаиВнболее низкий уровень выбросов СО и СН достигается обычно на режимах средних нагрузок (рис. 5). Большие различия в уровне и характере изменения выбросов в зависимости от состава смеси у дизелей по сравнению с бензиновыми двигаВнтелями связаны с иной природой процесса сгорания - у бенВнзинового двигателя с помощью свечи поджигается хорошо пеВнремешанная смесь воздуха и паров топлива, а в дизеле проВнисходит самовоспламенение в факеле распыляемого топлива в зонах с концентрацией топлива около а = 1
В выхлопных газах дизеля присутствуют, иногда в больших количествах, частицы углерода (сажа). Это происходит из-за наличия зон богатой смеси в струе распыляемого топлива. Сажевыделение дизеля создает характерный черный дым выхлоВнпа и так же, как и другие вещества, ограничивается нормами токсичности. Снижение сажевыделения достигается более ранним впрыском (ограниченным, правда, "жесткостью" сгораВнния и повышением нагрузок на детали) и ограничением подачи насоса. Среди конструктивных мероприятий следует отметить увеличение скорости впрыска и качества распыливания топлиВнва за счет увеличения давления подачи, а также электронное регулирование подачи. Дымление двигателя резко возрастает при приближении состава смеси к стехиометрическому (а = 1), поэтому дизели, несмотря на то, что вблизи а = 1 мощность и крутящий момент максимальны, имеют ограничение Ва по преВнделу дымления. Сравнительно низкий уровень СО, СН и NOx в отработавших газах дизеля не требовал в прошлом установки специальных устройств для снижения токсичности. Однако в последние годы ужесточение норм токсичности коснулось и диВнзелей - на многих моделях автомобилей с дизельными двигатеВнлями уже появились системы снижения токсичности выхлопа, включающие рециркуляцию выхлопных газов, каталитический нейтрализатор и специальный сажевый фильтр
Ва
Ва 3. НОРМИРОВАНИЕ ШУМА АВТОМОБИЛЕЙ.
Ва
3.1.1. Внешний и внутренний шум.
Различают шум внешний, оказывающий воздействие на окружающих, так и шум внутренний, оказывающий воздействие на водителя и пассажиров. Значение показателей шума для транспортных средств нормируется ГОСТ, международными стандартами. Так нормативы для легковых автомобилей:
По внешнему шуму - 74 дБ (Евростандарт)
По внутреннему шуму - 78 дБ (ГОСТ 27435)
3.1.2. Шум и вибрация.
По природе происхождения шумы делятся на воздушные и структурные. Средой распространения воздушного шума является воздух. Средой распространения структурного шума является твердое тело. Применительно к а/м это выглядит так. Работающий двигатель через элементы крепления передает вибрацию на кузов, панели которого в зависимости от степени вибрации издают звук - структурный шум
3.1.3. Источники шума на автомобиле.
Их условно можно разделить на две группы:
первичные: Двигатель; Трансмиссия; Система выпуска отработанных газов; Шины; Потоки воздуха, обтекающие автомобиль при движении
б) вторичные: Металлические панели кузова (пол, крыша, крылья, двери, арки колесных ниш и т.д.); Крупногабаритные пластмассовые детали интерьера а/м (панель приборов, формованные накладки дверей, декоративный кожух переднего пола под рукоятку КПП, накладки стоек);
Мелкие металлические конструкции (тяги привода замков, стеклоподъемников и т.п.)
3.1.4. 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
3.2. 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
3.3. Практические приемы борьбы с шумом.
3. 1. Автомобиль - как источник шума
3.3.1. Предварительная оценка шумовых характеристик а/м.
Производится на обкатанном, не менее 3000 км , технически исправном а/м по ГОСТ 27435. В результате оценки будет установлен уровень общего шума внутри а/м и снаружи. Однако этих оценочных показателей будет недостаточно для того, чтобы правильно выбрать марку материала и место его установки. Для правильного выбора приемов и методов необходимо знать:
критические точки на кузове а/м, т.е. места кузова, подверженные наибольшей частоте и амплитуде колебаний, вызванных передаваемой от источников вибрацией;
доли вклада в общий уровень шума внутри а/м шумов воздушного и структурного;
основные пути распространения воздушного и структурного шумов;
частотную характеристику шума внутри салона и вибрации на панелях кузова, особенно в критических точках и т.п
Создание бесшумного автомобиля невозможно так же, как неВнвозможно построение вечного двигателя. Однако вполне законна постановка задачи о создании автомобиля, обладающего миниВнмальным акустическим излучением. Естественно, что приближеВнние конструкции автомобиля по качеству к конструкции с миниВнмальным акустическим излучением возможно при использовании, прежде всего средств, которые представляет акустика в распоВнряжение инженера-исследователя и конструктора
Следует рассмотреть прежде всего использование виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения. Это первая совокупность методов и средств, разумное использоВнвание которых приводит к снижению шума автомобиля. Другая совокупность методов и средств, которую необходимо использоВнвать с целью снижения шума, базируется на организации рабоВнчих процессов автомобиля и разработке конструкции, обеспечиВнвающих минимальное акустическое излучение и основанных на соответствующих критериях минимизации
Виброизоляция (ВИ) и вибропоглощение (ВП). Передача звуковой энергии от места ее возникновения до элементов, котоВнрые ее излучают, происходит прежде всего через детали двигаВнтеля или агрегаты автомобиля с последующей передачей панеВнлям 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 (виброизоляВнция), во-вторых, поглощают энергию колебательного движения на пути ее распространения (вибропоглощение)
Колебательная энергия в звуковом диапазоне частот передаВнется по элементам конструкции в виде упругих продольных, изгибных и сдвиговых (крутильных) волн. В диапазоне рабочих нагрузок деформация твердого тела прямо пропорциональна наВнпряжению (линейность процесса деформации). Свойства волн и их характеристики при распространении по стержням, пластинам при различных способах закрепления (граничные условия) опиВнсаны достаточно полно в литературных источниках. ОстаВнновимся 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 мощВнность, передаваемая от источника возбуждения в конструкцию я распространяющаяся по ней в виде вибрации. Величина колеВнбательной мощности, передаваемой на структуру, зависит от ее механического сопротивления по отношению к возбуждающему усилию
ВаВаВа 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 вибВнраций по кузову определяется виброизолирующими свойствами этих соединений
Принимая во внимание, что при изготовлении кузова испольВнзуется главным образом сварка, можно считать, что в подавляюВнщем числе случаев эти соединения жесткие. Агрегаты автомобиля с кузовом и между собой соединяются, как правило, с помощью шарниров. Такие соединения обладают большей Ва виброизоляцией, чем жесткие
Таким образом, изучая виброизолирующие свойства констВнрукции автомобиля, все многообразие различных форм соединеВнний сводят к некоторым простейшим (рис. 6) формам соединеВнний пластин или стержней
Рис. 6. Схемы соединения элементов конструкции
атАФжесткие; бтАФшарнирные, в, г тАФ с виброзадерживающей массой, гтАФс повышенВнной жесткостью; бтАФс ребрами жесткости
Под препятствием и его виброизолирующими свойствами имеют в виду местное скачкообразное изменение массы, которое может быть вызвано или Ва простым логическим изменением конструкции или специальным размещением виброзадерживающей массы в конструкции, к которой можно отнести ребра жесткости
Широкое применение виброзадерживающих масс в конструкции автомоВнбиля 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)
ВаВа Вибропоглощение в колебательных системах частично происВнходит вследствие потерь, которые, прежде всего, принято харакВнтеризовать с помощью коэффициента потерь энергии
Обычно на резонансе системы величина колебательного смеВнщения обратно пропорциональна коэффициенту потерь. Вне реВнзонанса эти величины мало зависят одна от другой. КонструкВнция будет обладать большими вибропоглощающими свойствами, если для ее изготовления использовать материал с большим внутренним трением или применять специальные покрытия, обладающие более высоким коэффициентом потерь.
Часто используют вибропоглощающие конструкции типа ВлсэндвичВ»тАФ несколько несущих и вибропоглощающих слоев. В действительных конструкВнциях при нанесении вибропоглощающих покрытий или при установке иных вибропоглотителей и антивибрационных устройств обычно меняется не велиВнчина Е, а только . Поэтому общий эффект вибропоглощения данной констВнрукции принято оценивать величиной ВП= , где Ва и тАФкоэффициенты потерь до и после нанесения вибропоглощающего покрытия или установки антивибрационного устройства
Звукоизоляция (ЗИ) и звукопоглощение (ЗП). Под звукоВнизоляцией понимается снижение звука (шума), поступающего к приемнику, вследствие отражения от препятствий на пути переВндачи. Звукоизолирующий эффект возникает всегда при прохожВндении звуковой волны через границу раздела двух разных сред. Чем больше энергия отраженных волн, тем меньше энергия прошедших и, следовательно, тем больше звукоизолирующая способность границы раздела сред. Чем большая часть звуковой энергии поглощается преградой, тем больше ее звукопоглощаюВнщая способность
ВаВаВа При изоляции звука и вибрации не происходит необратиВнмого рассеяния энергии колебательного движения упругой среВнды и превращения ее в теплоту. В существующих конструкциВнях всегда необходимо виброзвукоизолирующие конструкции доВнполнять виброзвукопоглощающими устройствами для перевода механической энергии в тепловую. ВИ и ЗИ неэффективны при отсутствии ВП и ЗП. Этот вывод, пожалуй, однозначен примеВннительно к большинству технических задач. Однако дополниВнтельного анализа требуют явления, происходящие в конструкВнции автомобиля и связанные с изоляцией крупных панелей куВнзова или самого кузова, которые могут быть хорошими излучаВнтелями звуковой энергии, при относительно небольших по разВнмерам источниках энергии колебательного движения. В таких случаях ВИ и ЗИ в чистом виде могут дать существенный поВнложительный эффект. Для обозначения всей совокупности меВнроприятий с использованием средств ВИ и ЗИ, а также ВП и ЗП применяют понятие ВлшумоглушениеВ»
Список использованной литературы
Ва
Жигалин О.И. , Лупачёв П.Д. ВлСнижение токсичности в автомобильных двигателяхВ»
Ва
Малов Р.В. и др. ВлАвтомобильный транспорт и защита окружающей средыВ»
Ва
Ва Луканин В.Н, и др. ВлСнижение шума автомобилейВ»
Ва
Фоменко А.Я. ВлСнижение автотранспортного шума в городахВ»
Ва
Ва Особенности технического устройства двигателей автомобилей Вл TOYOTA В», Ва и их характеристики
Ва
Ва Ва
Вместе с этим смотрят:
ТУ-160 (Вл160В», ВлКВ», Вл70В») ВлBlack jackВ»Усилитель звуковой частотыУстройства защиты громкоговорителейУстройство дублирования звонков телефонного аппарата