Р. Р. Басыров, А. Д. Галимянов, В. Н. Никишин комфортабельность автомобиля
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
МИКРОКЛИМАТ РАБОЧЕГО МЕСТА ВОДИТЕЛЯ Микроклиматические условия воздушной среды салона автомобиля Современные требования к безопасности движения ставят новые задачи перед автомобильной промышленностью. Это разработка и создание экономичных, экологичных и эргономичных автомобилей, удовлетворяющих запросам потребителя. Вопросы безопасности движения автомобиля являются основополагающими при разработке новых конструкций узлов и систем, в том числе и систем, обеспечивающих требуемые параметры воздушной среды. Температура воздуха в салоне находится в прямой зависимости от температур наружного воздуха, температуры двигателя, теплоизоляции кузова и типа системы вентиляции и отопления. Безопасность движения автомобиля в значительной степени зависит от надежной и эффективной защиты стекол от запотевания и обмерзания, что достигается их равномерным обдувом теплым воздухом, а комфорт водителя и пассажиров в значительной степени зависят от хорошо работающей и правильно скомпонованной системы вентиляции и отопления салона. Система обеспечения комфортных условий (СОКУ) включает в себя приточную и вытяжную вентиляцию, отопитель с радиатором и вентилятором, панель приборов с распределительными воздуховодами и направляющими дефлекторами, блоком управления и дополнительным оборудованием, работающим независимо от штатной системы вентиляции и отопления (СОВ) салона автомобиля. 49 В соответствии с ГОСТ 121005-88 метеоусловия нормируются в зависимости от периода года (холодный со средней температурой наружного воздуха менее плюс 10ºС градусов и теплый период со средней температурой более 10ºС). Наиболее благоприятная температура в салоне плюс 18 - 24ºС, влажность от 30 до 70%, при плюс 10 С начинается переохлаждение тела; при плюс 25 С наступает физическое утомление, замедляется реакция [33]. Под микроклиматическими условиями воздушной среды салона автомобиля понимают сочетание температуры, относительной влажности, скорости движения и запыленности воздуха. Перечисленные параметры оказывают огромное влияние на функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье [38]. Замечено, что температура воздуха в салоне автомобиля влияет на число дорожно-транспортных происшествий (рисунок 3.1) [4]. 100 120 140 160 0 10 15 20 25 30 Температура, 0 С Ч ис ло а ва ри й, % Рисунок 3.1 - Зависимость между температурой воздуха в салоне и числом аварий Из рисунка видно, что в случае повышения или понижения температуры в салоне возрастает число аварий. Для обеспечения стабильного микроклимата в салоне 50 автомобиля при разных климатических условиях можно достигнуть только за счет нормально функционирующих СОВ. СОКУ выполняет важную функцию повышения активной безопасности автомобиля. Во-первых, в комфортных условиях повышается работоспособность водителя и концентрация внимания на быстро изменяющиеся условия движения. Во-вторых, целенаправленное распределение воздушных потоков из элементов СОВ позволяет избежать конденсации влаги на стеклах автомобиля, и тем самым обеспечивается хорошая видимость [1, 8]. Существенно повышается роль надежности и эффективности работы СОКУ как характеристики безопасности движения автомобиля. Сложность эксплуатации автомобиля усугубляется неудовлетворительными дорожными условиями, что приводит к возможности ограничения видимости, повышенной вибрации и снижения надежности узлов и блоков конструкции автомобиля. Показатели качества воздушной среды салона автомобиля напрямую зависят от вида СОВ. Повысить производительность системы в период эксплуатации довольно сложно, поэтому ответственность ложится на производителей автомобилей. 51 Конструктивные элементы систем обеспечения комфортной среды в салоне автомобиля Температурные условия и подвижность воздуха в кабинах автомобилей и тракторов обеспечиваются системами отопления, вентиляции и кондиционирования. В настоящее время существуют различные системы вентиляции и отопления кабин и салонов автомобилей и кабин тракторов, отличающиеся компоновкой и конструкцией отдельных узлов. Наиболее экономичной и широко применяемой на современных автомобилях является система отопления, использующая теплоту водяного охлаждения двигателя. Совмещение систем отопления и общеобменной вентиляций кабины позволяет повысить экономичность всего комплекса устройств обеспечения микроклимата в кабине в течение года. Системы отопления и вентиляции отличаются в основном расположением воздухозаборника на наружной поверхности автомобиля, типом применяемого вентилятора и его расположением относительно радиатора отопителя (на входе или на выходе из радиатора), типом применяемого радиатора (трубчато-пластинчатый, трубчато-ленточный, с интенсифицированной поверхностью, матричный и др.), методом управления работой отопителя, наличием или отсутствием обводного воздушного канала, рецир- куляционного канала и т.д. Забор воздуха снаружи кабины в отопитель производится в месте минимальной запыленности воздуха и максимального динамического давления, возникающего при движении автомобиля. В грузовых автомобилях и тракторах воздухозаборник располагают на крыше кабины. В воздухозаборнике устанавливают водоотражательные перегородки, жалюзи и крышки, приводимые в действие из- нутри кабины. Для обеспечения подачи воздуха в кабину и преодоления аэродинамического сопротивления радиатора и 52 воздуховодов используется вентилятор осевого, радиального, диаметрального, диагонального или другого типа. В настоящее время наибольшее распространение получил двухконсольный радиальный вентилятор, так как он имеет относительно малые размеры при большой произ- водительности. Для привода вентилятора применяют электродвигатели постоянного тока. Частоту вращения электродвигателя и соответственно рабочего колеса вентилятора регулируют двух- или трехступенчатым переменным резистором, включенным в цепь питания электродвигателя. От конструктивного и технологического исполнения теплопередающей поверхности радиатора зависят производительность теплоты отопителя и его аэродинамическое сопротивление. Для повышения эффективности теплоотдачи от радиатора усложняют форму его каналов, по которым движется воздух, применяют раз- личные турбулизаторы. Решающую роль в эффективном равномерном распределении температур и скоростей воздуха в кабине играет воздухораспределитель. Насадки воздухораспределителя выполняют различной формы: прямоугольной, круглой, овальной и т.д. Их размещают перед стеклом ветрового окна, вблизи стекол дверей, в центре панели приборов, у ног водителя и в других местах, определяемых требованиями к распределению приточных воздушных потоков в кабине. В насадках устанавливают различные заслонки, поворотные жалюзи, управляющие пластины и т.д. Привод к заслонкам и поворотным жалюзи чаще всего располагают непосредственно в корпусе воздухораспределителя. Воздуховоды к воздухораспределителю изготавливают из тонколистовой стали, резиновых шлангов, гофрированных пластмассовых труб и т. д. В некоторых автомобилях в 53 качестве воздуховодов используют детали кабины, полость щитка приборов. Однако такое выполнение воздуховодов является нерациональным, так как не обеспечивается герметичность и увеличивается расход воздуха. Безопасность движения автомобиля и качество выполнения технологического процесса тракторным агрегатом в значительной степени зависят от надежной и эффективной защиты ветрового стекла от запотевания и обмерзания, что достигается равномерным его обдувом теплым воздухом и подогревом до температуры выше точки росы. Такая защита стекла конструктивно проста, не ухудшает его оптических свойств, но требует увеличения производительности системы вентиляции и высокой теплоемкости стекла. Эффективность струйной защиты стекла от запотевания определяется температурой и скоростью воздуха на выходе из насадки, расположенной перед кромкой стекла. Чем выше скорость воздуха на выходе из насадки, тем меньше температура в зоне стекла отличается от температуры на выходе из насадки. Компоновка системы вентиляции и отопления зависит от конструкций автомобиля (трактора), кабины, отдельных узлов и их размещения. В отличие от автомобильных систем отопления и вентиляции в тракторах большее внимание уделяется очистке поступающего в кабину воздуха. Это связано с тем, что при выполнении тракторным агрегатом технологического процесса (обработка почвы) вокруг кабины трактора создается облако пыли. При пахоте, посеве озимых и яровых культур, культивации и бороновании около кабины сель- скохозяйственных тракторов весной и осенью преобладает пыль минерального происхождения с частицами размером 1...5 мкм и с концентрацией вблизи от очага образования до 1400 мг/м 3 . При этом на транспортных работах запыленность воздуха около кабины трактора значительно ниже. 54 Экспериментальные исследования, выполненные ФГУП НАТИ на тракторе Т-150К, показали, что запыленность воздуха на уровне нижней части кабины с ее боковых сторон достигает 185 мг/м 3 , спереди — 180 мг/м 3 , а сзади — 280 мг/м 3 . Запыленность воздуха на уровне крыши кабины составляет уже 48 мг/м 3 , а на расстоянии 0,5 м от верха крыши кабины 36 мг/м 3 В качестве расчетной при выборе и оценке эффективности работы устройства для очистки обрабатываемого воздуха от пыли в системе отопления и вентиляции кабины можно принять начальную концентрацию пыли 50…150 мг/м 3 при ее дисперсном составе, ха- рактеризующемся размером частиц пыли 5 мкм и менее. При этом отметим, что частицы такой высокодисперсной пыли, являясь носителями остаточных в почве вредных примесей (гербицидов, пестицидов, минеральных удобрений и др.), способны проникать глубоко в легкие человека и накапливаться в них с вытекающими отсюда негативными для него последствиями. Другие вредные примеси в обрабатываемом воздухе, например, оксид углерода, имеют место или при неудачном расположении среза выхлопной трубы двигателя относительно воздухозаборника устройства кондиционирования воздуха и утечках выхлопных газов в тракте, или при выполнении специальных технологических операций. Снижение концентрации оксида углерода в воздухе кабины, в первую очередь, обеспечивается известными конструктивными мерами, а для защиты от других агрессивных веществ необходимы специальные меры. В настоящее время получили распространение кондиционеры — устройства для искусственного охлаждения воздуха, поступающего в кабину (кузов). По принципу действия кондиционеры подразделяются на компрессионные, 55 с воздушной холодильной машиной, термоэлектрические и испарительные. Автоматическое управление режимом работы отопителя некоторых автомобилей (тракторов) производится изменением расхода воды или воздуха через радиатор отопителя. При автоматическом регулировании за счет изменения расхода воздуха параллельно радиатору выполняют обводной воздушный канал, в котором уста- навливают заслонку с приводом от электродвигателя. Как уже отмечалось, важное место в системе вентиляции кабины (кузова) автомобиля и особенно трактора из-за особенностей условий работы занимает очистка вентиляционного воздуха от пыли. Самым распространенным способом является очистка вентиляционного воздуха при помощи фильтров из картона, синтетических волокнистых материалов, модифицированного пенополиуретана и др. Однако для эффективного использования таких фильтров, отличающихся небольшой пылеемкостью, с меньшим числом технических обслуживании необходимо снижать концентрацию пыли на входе в фильтр. Для предварительной очистки воздуха на входе в фильтр устанавливают пылеотделители инерционного типа с непрерывным удалением уловленной пыли. Основные принципы обеспыливания вентиляционного воздуха основаны на использовании одного или нескольких механизмов осаждения частиц пыли из воздуха: инерционный эффект отделения и эффекты зацепления и осаждения. Инерционное осаждение осуществляется при криволинейном движении запыленного воздуха под действием центробежных и кориолисовых сил. На поверхность осаждения отбрасываются такие частицы, у которых масса или скорость значительны и они не могут следовать вместе с воздухом по линии потока, огибающей препятствие. Инерционное осаждение проявляется и тогда, когда препятствиями являются элементы заполнения 56 фильтров из волокнистых материалов, торцы плоских листов инерционных жалюзийных решеток и т.д. При движении запыленного воздуха через пористую перегородку частицы, взвешенные в воздухе, задерживаются на ней, а воздух полностью проходит через нее. Исследования процесса фильтрации направлены на установление зависимости эффективности пылеулавливания и аэродинамического сопротивления от структурных характеристик пористых перегородок, свойств пыли и режима течения воздуха. Процесс очистки воздуха в волокнистых фильтрах происходит в две стадии. На первой стадии частицы осаждаются в чистом фильтре без структурных изменений пористой перегородки. При этом изменения пылевого слоя по толщине и составу не существенны и ими можно пренебречь. На второй стадии происходят непрерывные структурные изменения пылевого слоя и дальнейшее осаждение частиц в значительном количестве. При этом изменяется эффективность пылеулавливания фильтра и его аэродинамическое сопротивление, что осложняет расчет процесса фильтрации. Вторая стадия — сложная и мало изученная, в условиях эксплуатации именно она определяет эффективность работы фильтра, так как первая стадия очень кратковременная. Из всего многообразия фильтрующих материалов, применяемых в фильтрах системы обеспыливания вентиляционного воздуха кабин, можно выделить три группы: тканые из природных, синтетических и минеральных волокон; нетканые — войлок, бумага, картон, иглопробивные материалы и др.; ячеистые — пенополиуретан, губчатая резина и др. Для изготовления фильтров используются материалы органического происхождения и искусственные. К органическим материалам относится хлопок, шерсть. Они имеют низкую термостойкость, высокую влагоемкость. 57 Общим недостатком всех фильтрующих материалов органического происхождения является их подверженность гнилостным процессам и отрицательному действию влаги. К синтетическим и минеральным материалам относятся: нитрон, имеющий высокую стойкость к воздействию температур, кислот и щелочей; хлоран, имеющий низкую термостойкость, но высокую химическую стойкость; капрон, характеризующийся высокой устойчивостью к истиранию; оксалон, имеющий высокую термостойкость; стекловолокно и асбест, отличающиеся вы- сокой термостойкостью, и др. Высокие показатели пьшеулавливающих, прочностных и регенерационных параметров имеет фильтрующий материал из лавсана. Широкое применение в фильтрах с импульсной продувкой воздуха при регенерации фильтра получили нетканые иглопробивные лавсановые фильтрующие материалы. Эти материалы получают уплотнением волокон с последующей прошивкой или иглопрокалыванием. Недостатком таких фильтрующих материалов является прохождение более мелких частиц пыли через отверстия, образованные иглами. Существенным недостатком фильтров из любого фильтрующего материала является необходимость их замены или технического обслуживания с целью регенерации (восстановления) фильтрующего материала. Частичная регенерация фильтра может быть проведена непосредственно в системе вентиляции обратной продувкой фильтрующего материала очищенным воздухом из кабины автомобиля или струйной локальной продувкой воздухом от компрессора с предварительной очисткой сжатого воздуха от паров воды и масла. Конструкция фильтров из тканых или нетканых фильтрующих материалов для систем вентиляции кабин должна иметь максимальную поверхность фильтрации при 58 минимальных размерах и аэродинамическом сопротивлении. Установка фильтра в кабине и его смена должны быть удобными и обеспечивать надежную герметичность по периметру фильтра. Климатическая система в современном автомобиле имеет в своем составе ряд систем: а) систему вентиляции салона, содержащую устройства отделения воды, очистки воздуха (фильтр), вентилятор подачи воздуха, устройства распределения, транспортирования воздушных потоков (воздухопроводы), устройства удаления воздуха из салона (отсечные или вытяжные клапаны); б) систему отопления салона, содержащую радиатор отопителя, размещенный в кожухах; заслонки управления отопителем, шланги подвода и отвода жидкости, устройство управления потоком охлаждающей жидкости; в) система охлаждения (кондиционер), содержащая теплообменники, трубопроводы, компрессор и т. д.; г) систему рециркуляции воздуха; д) систему регулирования и поддержания уровня комфортности. Работа этих подсистем в различных сочетаниях должна быть согласована между собой ради обеспечения оптимального, наилучшего теплового комфорта в автомобиле. На основе такого подхода формируются задачи климатической системы в целом с точки зрения обеспечения комфорта водителя и пассажиров и их решение с помощью описанных выше подсистем. 59 Система вентиляции Основной задачей системы вентиляции является обеспечение требуемой кратности обмена воздуха, распределение воздуха по зонам обдува и обеспечение допустимых санитарных норм скорости движения воздуха: обеспечение перепада температуры воздуха внутри салона и наружного воздуха (не более 5°С) в режиме вентиляции; обеспечение повышенного давления воздуха в салоне над наружным во избежание попадания пыли и газов в салон через неплотности проемов дверей и окон; и для организации направленных потоков воздуха в салоне автомобиля. Возможности вентиляции весьма ограничены, прежде всего максимально допустимой санитарными нормами скоростью воздуха внутри салона Vввн ≤ 1,5 м/с). Как правило, в салонах транспортных средств объемом 2-4 м 3 это условие может быть обеспечено при подаче воздуха в салон не более 500м 3 /ч. Устройство очистки воздуха и фильтры в климатической системе служат для оптимизации качества воздуха и обеспечения безопасности, касающихся содержания в воздухе аллергенов, промышленной и бытовой пыли, продуктов выхлопа и ядовитых газов, которые могут быть незаметными для органов чувств человека и поэтому вызывать состояние дискомфорта. Устройство распределения и транспортирования воздуха предназначено для распределения и доставки воздушных потоков в салоне по зонам вплоть до отдельного места пассажиров и отдельного обзорного стекла. Устройство для удаления избытков внутреннего воздуха и отсечки от попадания наружного воздуха или система вытяжки предназначены для обеспечения правильной организации воздушных потоков в салоне |