Р. Р. Басыров, А. Д. Галимянов, В. Н. Никишин комфортабельность автомобиля
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Рисунок 2.2 – Кривые «равного сгущения» при гармонической вибрации: 1 — порог ощущений; 2 — начало неприятных ощущений При раздельно-частотном анализе нормируемыми параметрами являются средние квадратические значения виброскорости V и их логарифмические уровни L v или виброускорения а z для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации — в октавных или третьоктавных полосах частот. При нормировании вибрации кривые «равного сгущения» впервые стали учитываться в стандарте ИСО 2631 — 78. Стандарт устанавливает допускаемые средние квадратические значения виброускорения в третьоктавных полосах частот в диапазоне среднегеометрических частот 1...80 Гц при различной продолжительности действия вибрации. Стандарт ИСО 2631 — 78 предусматривает оценку как гармонической, так и случайной вибрации. При этом направление общей вибрации принято оценивать вдоль осей ортогональной системы координат (х — продольная, у — поперечная, 1 — вертикальная). 34 Аналогичный подход к нормированию вибрации использован в ГОСТ 12.1.012—90, положения которого являются основой определения критерия и показателей плавности хода автомобилей и тракторов. В качестве критерия плавности хода введено понятие «безопасность», не допускающее нарушения здоровья водителя. Показатели плавности хода обычно назначают по выходной величине, которой является вертикальное виброускорение a z или вертикальная виброскорость V v , определяемые на сиденье водителя. Здесь необходимо отметить, что при оценке вибрационной нагрузки на человека предпочтительной выходной величиной является виброускорение. Среднее квадратическое значение a z называют «контролируемым параметром», а плавность хода машины определяют при постоянной вибрации в диапазоне частот 0,7...22,4 Гц. Значения весовых коэффициентов приведены в таблице 2.1. Согласно санитарным нормам, при длительности смены 8 ч и общей вибрации нормативное среднее квадратическое значение вертикального виброускорения составляет 0,56 м/с 2 , а его логарифмический уровень 115 дБ. При определении вибрационной нагрузки на человека с использованием спектра вибрации нормируемыми показателями являются среднее квадратическое значение виброускорения или его логарифмический уровень в третьоктавных и октавных полосах частот. Допускаемые значения спектральных показателей вибрационной нагрузки на человека приведены в таблице 2.1. В случае применения интегрального и раздельно- частотного методов оценки вибрационной нагрузки на человека можно прийти к различным результатам. В качестве приоритетного рекомендуется использовать метод раздельно- частотной (спектральной) оценки вибрационной нагрузки. 35 Таблица 2.1 Значение весового коэффициента zj k и его логарифмического уровня kzj L для вертикального виброускорения при общей вибрации Среднее геометрическое значение частоты третьоктавной и октавной полос cpj f , Гц Третьоктавная полоса частот Октавная полоса частот zj k kzj L zj k kzj L 0,80 0,45 _7 0,50 -6 1,00 0,50 -6 1,25 0,56 -5 1,60 0,63 -4 0,71 -3 2,00 0,71 -3 2,50 0,80 _2 3,15 0,90 -1 1,00 0 4,00 1,00 0 5,00 1,00 0 6,30 1,00 0 1,00 0 8,00 1,00 0 10,00 0,80 -2 12,50 0,63 -4 0,50 - 6 16,00 0,50 -6 20,00 0,40 -8 В настоящее время определены и используются в практике нормативные показатели плавности хода машин, такие как виброускорения и виброскорости в вертикальной и горизонтальной плоскостях, устанавливаемые дифференцированно для различных частот колебаний. Последние группируются в семь октавных полос со средней геометрической частотой от 1 до 63 Гц (таблица 2.3). 36 На ряде специальных колесных и гусеничных машин, эксплуатируемых в тяжелых дорожных условиях, где амплитуды микропрофиля значительные, трудно обеспечить значения показателей плавности хода, регламентируемые для транспортной техники. Поэтому для таких машин устанавливают нормативные показатели плавности хода на более низком уровне (таблица 2.4). Таблица 2.2 Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки для вертикального виброускорения Среднее геометрическое значение частоты третьоктавной и октавной полос cpj f , Гц Нормативное среднее квадратическое значе- ние виброускорения zj a , м/с 2 Нормативное значение логарифмического уровня виброускорения kzj L дБ Треть- октавная полоса частот Октавная полоса частот Треть- октавная полоса частот Октавная полоса частот 0,80 0,710 1,10 117 121 1,00 0,630 116 1,25 0,560 115 1,60 0,500 0,79 114 118 2,00 0,450 113 2,50 0,400 112 3,15 0,335 0,57 111 115 4,00 0,315 110 5,00 0,315 110 6,30 0,315 0,60 110 116 8,00 0,315 110 10,00 0,400 112 12,50 0,500 1,13 114 121 16,00 0,630 116 37 20,00 0,800 118 Нормы плавности хода для грузовых автомобилей, автобусов, легковых автомобилей, прицепов и полуприцепов определены для трех типов участков автополигона НАМИ: I — цементная динамометрическая дорога со среднеквадратическим значением высот неровностей 0,006 м; II — булыжная мощеная дорога без выбоин со среднеквадратическими значениями неровностей 0,011 м; III — булыжная дорога с выбоинами со среднеквадратическими значениями неровностей 0,029 м. Нормы плавности хода автомобилей, установленные ОСТ 37.001.291 — 84, приведены в таблицах 2.5 — 2.7. Т а б л и ц а 2 . 3 Нормативные показатели плавности хода транспортных машин Параметр Средняя геометрическая частота колебаний, Гц 1 2 4 8 16 31,5 63 Виброскорость, м/с: вертикальная горизонтальная 0,200 0,063 0,071 0,035 0,025 0,032 0,013 0,032 0,011 0,032 0,011 0,032 0,011 0,032 Виброускорение, м/с 2 : вертикальное горизонтальное 1,10 0,39 0,79 0,42 0,57 0,80 0,60 1,62 1,14 3,20 2,26 6,38 4,49 12,76 Таблица 2.4 Нормативные показатели плавности хода для машин, работающих в тяжелых дорожных условиях Ускорения на рабочем месте водителя (оператора) Машина Транспортно- тяговая Тяговая Вертикальные: 38 средние квадратические максимальные от эпизодических толчков максимальные от поворотных толчков Горизонтальные средние квадратические 0,5 g 1,5 g 0,7 g 0,4 g 0,6 g 2,5 g 1,0 g 0,4 g Т Таблица 2.5 Предельные технические нормы плавности хода грузовых автомобилей Тип дороги Корректированные значения виброускорений на сиденьях, м/с 2 , не более Средние квадра- тические значения вертикальных горизонтальных продольных поперечных I II III 1,0 1,5 2,5 0,65 1,00 1,60 0,65 0,80 1,60 1,3 1,8 2,7 Таблица 2.6 Предельные технические нормы плавности хода автобусов Тип дороги Корректированные значения виброускорений на сиденьях автобусов, м/с 2 , не более городских остальных типов водителя пассажиров водителя и пассажиров 39 верти- кальных горизон- тальных верти- кальных горизон- тальных верти- кальных горизон- тальных I II 0,65 0,90 0,45 0,65 0,8 1,1 0,6 0,8 0,8 1,1 0,6 0,8 Таблица 2.7 Предельные технические нормы плавности хода легковых автомобилей Тип дороги Корректированные значения виброускорений на сиденьях водителя и пассажиров, м/с 2 , не более вертикальных горизонтальных I II III 0,8 2,0 0,6 0,8 1,3 Т а б л и ц а 2.8 Предельные параметры вибрации в различных направлениях на сиденье водителя (оператора) трактора Средние квадратические значения ускорений, м/с 2 , в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Класс трактора Гц 1 2 4 8 16 31,5 63 В вертикальном направлении 0,6 — 1,15 0,80 0,60 1,14 — — 0,9 ...1,4 — 1,30 0,60 0,50 0,40 — — 2 — 1,20 0,60 0,50 0,40 — — 3 (колесные) — 1,30 0,45 0,35 0,40 — — 3 и более — 0,55 0,60 0,90 1,00 1,9 — (гусеничные) 5 и более — 1,30 0,40 0,25 0,25 — — (колесные) 1 ,4 (хлопковод- — 0,79 0,57 0,60 1,14 — — ческие, свекло- водческие) Класс трактора Средние квадратические значения ускорений, м/с 2 , в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц 40 1 2 4 8 16 31,5 63 В горизонтальном направлении Все классы 0,316 0,423 0,80 1,62 3,20 6,38 12,76 Для тракторов нормирование вибрации регламентирует ГОСТ 12.2.019 — 86. Предельные нормы вибрации на сиденье водителя (оператора) в вертикальном и горизонтальном направлениях приведены в табл. 9.8. Для улучшения показателей плавности хода автомобилей и тракторов используют следующие мероприятия: • выбор компоновочной схемы автомобиля или колесного трактора, обеспечивающей независимость колебаний на передней и задней подвесках подрессоренной массы машины; • выбор оптимальной характеристики упругости подвески; • обеспечение оптимального соотношения жесткостей передней и задней подвесок автомобиля или колесного трактора; • уменьшение массы неподрессоренных частей; • подрессоривание кабины и сиденья водителя (оператора) трактора, грузового автомобиля и автопоезда. 41 Акустическая комфортабельность В кабине автомобиля и трактора возникают различные шумы, которые отрицательно сказываются на работоспособности водителя. Прежде всего страдает слуховая функция, но шумовые явления обладая кумулятивными свойствами (т.е. свойствами накапливаться в организме), угнетают нервную систему, при этом изменяются психофизиологические функции, значительно снижается скорость и точность движений. Шум вызывает отрицательные эмоции, по; его влиянием у водителя появляются рассеянность, апатия, нарушение памяти. Воздействие шума на человека может быть подразделено в зависимости от интенсивности и спектра шума на следующие группы: • очень сильный шум с уровнями 120...140 дБ и выше независимо от спектра способен вызывать механические повреждение органов слуха и быть причиной тяжелых поражений организма; • сильный шум с уровнями 100...120 дБ на низких частотах выше 90 дБ на средних и выше 75...85 дБ на высоких частотах - вызывает необратимые изменения в органах слуха, а при длительном воздействии может быть причиной ряда заболеваний и в первую очередь — нервной системы; • шум более низких уровней 60...75 дБ на средних и высоких частотах — оказывает вредное воздействие на нервную систему человека, занятого работой, требующей сосредоточенного внимания, к которой относится работа водителя автомобиля. Санитарные нормы подразделяют шумы на три класса и устанавливают для них допустимый уровень: 1 класс — низкочастотные шумы (наибольшие составляющие в спектре расположены ниже частоты 350 Гц, выше которой уровни понижаются) с допустимым уровнем 90...100 дБ; 42 2 класс — среднечастотные шумы (наибольшие уровни в спектре расположены ниже частоты 800 Гц, выше которой уровни понижаются) с допустимым уровнем 85...90 дБ; 3 класс — высокочастотные шумы (наибольшие уровни в спектре расположены выше частоты 800 Гц) с допустимым уровнем 75...85дБ. Таким образом, шум называют низкочастотным при частоте колебаний не более 400 Гц, среднечастотным — 400... 1000 Гц, высокочастотным — более 1000 Гц. При этом по частоте спектра шум классифицируют на широкополосный, включающий почти все частоты звукового давления (уровень измеряется в дБА), и узкополосный (уровень измеряется в дБ). Хотя частота акустических звуковых колебаний находится в пределах 20...20000 Гц, ее нормирование в дБ осуществляется в октавных полосах с частотой 63...8000 Гц постоянного шума. Характеристикой же непостоянного и широкополосного шума является эквивалентный по энергии и восприятию ухом человека уровень звука в дБА. В табл. 9.9 приведены нормируемые параметры звука в кабинах тракторов в соответствии с ГОСТ 12.2.120—88 и ГОСТ 12.1.003—83. Допустимые уровни внутреннего шума для автотранспортных средств по ГОСТ Р 51616 — 2000 приведены в табл. 9.10. Следует отметить, что допустимые уровни внутреннего шума в кабине или салоне установлены безотносительно к тому, имеется ли здесь один источник шума или их несколько. Очевидно, что если звуковая мощность, излучаемая одним источником, удовлетворяет предельно допустимому уровню звукового давления на рабочем месте, то при установке нескольких таких источников указанный предельно допустимый уровень будет превышен из-за 43 сложения их воздействия. В результате общий уровень шума определяется по закону энергетического суммирования. Общий шум движущегося автомобиля или трактора складывается из шума, создаваемого двигателем, агрегатами, кузовом автомобиля и его составными частями, шумом вспомогательного оборудования и качения шин, а также шумом от потока воздуха. Шум в конкретном источнике порождается определенными физическими явлениями, среди которых в автомобиле наиболее характерными являются: ударное взаимодействие тел; трение поверхностей; вынужденные колебания твердых тел; вибрация деталей и узлов; пульсация давления в пневматических и гидравлических системах. В целом источники шума автомобиля (трактора) можно разделить на следующие: • механические — двигатель внутреннего сгорания, корпусные детали, трансмиссия, подвеска, панели, шины, гусеницы, система выпуска; • гидромеханические — гидротраснформаторы, гидромуфты, гидронасосы, гидромоторы; • электромагнитные — генераторы, электромоторы; • аэродинамические — система впуска и выпуска двигателя внутреннего сгорания, вентиляторы. Шум имеет сложную структуру и складывается из шума отдельных источников. Наиболее интенсивными источниками шума являются: структурный шум двигателя (механический и шум процесса сгорания), шум впуска и его системы, шум выпуска и его системы, шум вентилятора системы охлаждения, шум трансмиссии, шум качения шин (шум шин), шум кузова. Многолетними исследованиями установлено, что к основным источникам шумообразования в автомобиле (тракторе) следует отнести двигатель внутреннего сгорания, элементы трансмиссии, шины, аэродинамический шум. Вторичным источником шума являются панели кузова. К 44 дополнительным источникам относятся шумы навесных агрегатов двигателя, некоторых элементов трансмиссии, электродвигателей, отопителей, обдува стекол, хлопание дверей и т. п. Перечисленные источники генерируют механические и акустические колебания, разные по частоте и интенсивности. Характер спектра частот возмущений весьма сложен для анализа ввиду наложения и взаимосвязанности по частотам рабочих процессов и возмущений от элементов трансмиссии, ходовой части, аэродинамических процессов и т.д., а также ввиду того, что многие источники являются одновременно возбудителями механических и акустических колебаний. В спектрах вибрации основных агрегатов трансмиссии и шума проявляются, главным образом, гармонические составляющие от основных источников возбуждения (двигателя и трансмиссии). Динамическое взаимодействие частей агрегатов автомобиле (трактора) порождает колебательную энергию, которая, распространяясь от источников колебаний, создает звуковое поле автомобиля, трактора, т.е. шум автомобиля, трактора. В соответствии с этим для снижения интенсивности шума можно наметить следующие пути: • снижение виброактивности агрегатов, т. е. уменьшение уровня колебательной энергии, генерируемой в источнике; • принятие мер для снижения интенсивности колебаний на пути их распространения; • воздействие на процесс излучения и передачи вибраций при соединенным деталям, т.е. уменьшение их виброакустической активности. Уменьшение виброактивности источника достигается улучшением кинематических свойств систем автомобиля, трактора, выбором параметров механических систем таким образом, чтобы v резонансные частоты были максимально 45 удалены от частотного диапазона, содержащего рабочие частоты агрегатов, а также снижением до минимума уровней колебаний в опорных точках и минимизации амплитуд вынужденных колебаний. Снижение шума может быть достигнуто созданием малошумного процесса сгорания, улучшением виброакустических характеристик корпусных деталей, агрегатов, введением в их конструкцию демпфирования, усовершенствованием конструкции и качества изготовления подвижных деталей, повышением акустической эффективности глушителей шума впуска и выпуска и т.д. Борьба с шумом и вибрациями при их распространении в процессе излучения и передачи колебательной энергии присоединенным деталям и агрегатам может производиться «отстройкой» системы несущих элементов от резонансных состояний путем виброизоляции, вибродемпфирования и виброгашения. Виброизоляция — выбор таких параметров механических систем, которые обеспечивают локализацию вибраций в определенной зоне автомобиля, трактора без дальнейшего ее распространения. Вибродемпфирование — использование систем, с помощью которых осуществляется активное рассеивание энергии колебаний вибрирующих поверхностей, а также применение материалов с большим декрементом затухания. Виброгашение — применение в агрегатах, настроенных на определенную частоту и форму колебаний, систем, действующих в противофазе. Подавление шума в самом источнике его возникновения является активным способом шумоглушения и наиболее радикальным средством борьбы с шумами. Однако во многих случаях этот метод по тем или иным причинам не удается применить. Тогда приходится прибегать к пассивным методам защиты от шума — это вибро- 46 демпфирование поверхностей, звукопоглощение, звукоизоляция. Под звукоизоляцией понимается снижение звука (шума), поступающего к приемнику, вследствие отражения от препятствий на пути передачи. Звукоизолирующий эффект возникает всегда при прохождении 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 больше звуковой энергии поглощается преградой, тем выше ее звукопоглощающая способность. Шум, вызванный средними и высокочастотными колебаниями, передается в салон в основном по воздуху. Для уменьшения этой передачи следует особое внимание уделить герметизации салона, выявлению и устранению акустических дыр (акустических отверстий). Акустическими дырами могут быть сквозные и несквозные щели, технологические отверстия, участки с низкой звукоизоляцией, значительно ухудшающие общую звукоизоляцию конструкции. С точки зрения особенностей передачи звуковой энергии различают большие и малые акустические отверстия. Большое акустическое отверстие характеризуется большим в сравнении с единицей отношением линейных размеров отверстия к длине падающей на отверстие звуковой волны. Практически можно считать, что звуковые волны проходят через большое акустическое отверстие по законам геометрической акустики и прошедшая через отверстие звуковая энергия пропорциональна его площади. Для каждой категории отверстий имеется один или несколько эффективных методов их устранения. Для определения эффективных путей снижения шума необходимо знать наиболее интенсивные источники шума, провести их разделение, а также определить необходимость и величины снижения уровней каждого из них. 47 Имея результаты разделения источников и их уровни, можно определить очередность доводки автомобиля или трактора по шуму. |