Захаров Е.А., Шумский С.Н. Экологические проблемы автомобильного транспорта

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 8.1

Единицы Hartrige

Сажа, г/м

Единицы Bosch

% м

-1

0 0 0 0

0,025 0,9 10 0,245

0,050 1,75 20 0,519

0,100 2,6 30 0,829

0,1250 3,3 40 1,188

0,2125 3,85 50 1,612

0,325 4,6 60 2,131

0,430 5,15 70 2,800

0,650 5,7 80 3,743

0,675 6,05 85 4,412

0,750 6,35 90 5,355

0,950 7,0 94,5 6,900

8. ШУМ ОТ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА И МЕТОДЫ

ЕГО СНИЖЕНИЯ

8.1 Характеристики шума

Под термином «шум» понимается неритмичное, беспорядочное

смешение звуков, неблагоприятно воздействующее на человека и ме-

шающее восприятию полезных сигналов.

К звуковым, т. е. воспринимаемым человеческим ухом, относятся ко-

лебания в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Колебания менее 16 Гц

на-

зываются инфразвуком, частотой более 20000 Гц – ультразвуком.

Основными характеристиками шума являются:

- звуковое давление;

- интенсивность звука;

- полная акустическая мощность источника излучения шума;

- распределение энергии колебаний по частоте (спектр).

Звуковое давление p - это разность между значениями полного давле-

ния среды при наличии и отсутствии в ней звуковых волн. Единицей изме-

рения давления является паскаль: 1 Па = 1 Н/м

Энергия, переносимая звуковой волной характеризуется интенсивно-

стью звука. Интенсивность звука J можно замерить в любой точке зву-

кового поля как поток энергии, проходящий за единицу времени через

единичную площадку:

Вт

⋅

−

где

– среднеквадратичное значение звукового давления, Па;

– плотность среды, в которой распространяется звук, кг/м

;

с – скорость звука в данной среде, м/с.

Звуковое давление и интенсивность звука не дают однозначной ха-

рактеристики источника излучения, так как их величина зависит от рас-

положения точки измерения. Для характеристики источника излучения ис-

пользуют полную акустическую мощность W, излучаемую в окружающее

пространство:

Вт

rJW

⋅

=⋅=

где

– среднеквадратичное по сфере значение звукового давления,

Па;

r – радиус сферы, в точках которой измеряют давление, м.

Величины звукового давления, интенсивности звука и звуковой мощ-

ности изменяются в очень широких пределах. Так, например, звуковое дав-

ление самого тихого звука, который может быть воспринят человеком, со-

ставляет 2·10

–5

Па, для очень громкого звука величина звукового давления

может достигать 2·10

Па. Как видно, отношение этих величин составляет

. При таком диапазоне изменения пользоваться абсолютными значе-

ниями величин очень неудобно. В таких случаях применяются относи-

тельные величины, выраженные в логарифмических единицах – децибелах

(дБ). Применение логарифмической шкалы к тому же соответствует пси-

хофизиологическому восприятию звука человеком.

Таким образом, шум принято оценивать относительными величи-

нами – уровнем звукового давления, уровнем интенсивности звука

уровнем звуковой мощности по отношению к единице сравнения. За

единицу сравнения для звукового давления принята пороговая величина

= 2·10

-5

Па, значение которой стандартизовано.

Уровень звукового давления определяется по формуле:

,дБ,lg20lg10

где p – звуковое давление в данной точке.

Уровень интенсивности звука составляет:

,дБ,lg10

где J – интенсивность звука в данной точке;

= 10

-12

Вт/м

– пороговая интенсивность звука на частоте 1000

Гц (что соответствует p

= 2·10

-5

Па).

Уровень звуковой мощности определяется по формуле:

,дБ,lg10

где W – звуковая мощность;

= 10

-12

Вт – пороговое значение звуковой мощности.

Важной характеристикой звукового поля является распределение

энергии колебаний по частоте – спектр. Анализ спектра принято прово-

дить в полосах частот определенной ширины. Эти полосы ограничиваются

нижней f

и верхней f

граничными частотами, при этом за среднюю

принимается среднегеометрическая частота полосы, определяемая по фор-

муле:

нвср

fff ⋅=

В акустике для анализа спектра чаще всего используют октавные и

третьоктавные полосы. Для октавы верхняя и нижняя граничные частоты

отличаются в два раза, т. е. f

/ f

= 2, для третьоктавы f

/ f

= 1,26.

В настоящее время гигиеническое нормирование шума, в том

числе и шума автомобиля, производится в диапазоне частот от 45 до 11200

Гц в стандартизованных октавных полосах (табл.3.1).

Таблица 8.1

Стандартизованные октавные полосы

90 180 355 710 1400 2800 5600 11200

Граничные

частоты

октавных

полос, Гц

45 90 180 355 710 1400 2800 5600

Средняя час-

тота полосы,

Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Для исследования общего уровня шумов и их спектров применяют

шумомеры. Шумомер состоит из датчика (микрофона), воспринимающего

звуковое давление, усилителя и выходного звена (указателя), проградуи-

рованного в децибелах. Амплитудно-частотная характеристика шумомера

может корректироваться тремя стандартными способами коррекции А, В и

С (рис. 8.1).

Коррекция типа А приближенно учитывает особенности восприятия

человеком

звуков различных частот. Виды коррекций В и С используются

при анализе шумов с высоким уровнем громкости. Линейная характери-

стика применяется для измерения звукового давления, а также при работе

с внешними фильтрами. Суммарный уровень звукового давления, изме-

ренный по шкале А шумомера, принято обозначать дБА.

123456789

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 f , Гц

-30

-20

-10

L ,

дБ

линейная характеристика

Рис. 8.1. Кривые частотной коррекции шумомера

8.2 Защита от шума автомобиля

Один из основных источников шума в городах – автомобильный

транспорт, интенсивность движения которого постоянно растет. Наиболь-

шие уровни шума 90…95 дБА отмечаются на магистральных улицах горо-

дов со средней интенсивностью движения 2…3 тыс. и более транспортных

единиц в час.

Шум, возникающий на проезжей части распространяется не только

на примагистральную территорию, но и проникает вглубь жилой застрой-

ки, отрицательно влияя на здоровье людей. При продолжительном еже-

дневном воздействии шума на организм с годами может развиться ухуд-

шение слуха до 20 дБ, что начинает серьезно мешать человеку. Шумовые

воздействия, накапливаясь в организме, оказывают вредное воздействие на

центральную нервную систему: появляются бессонница

, головокружение,

раздражительность, нервное напряжение, снижаются объем и концентра-

ция внимания, работоспособность, увеличивается время реакции. Наибо-

лее опасно влияние перечисленных факторов для водителей, т.к. в ряде

случаев оно может стать причиной дорожно-транспортных происшествий.

В таблице 8.2 представлены результаты, характеризующие изме-

нение психофизиологических параметров человека при воздействии шу-

ма интенсивностью 90 и 103 дБА в течение трех и

семи часов (шум та-

кой интенсивности характерен на рабочих местах водителей грузовых

автомобилей).

Таблица 8.2

Влияние шума на организм человека

Интенсивность шума

90 дБА 103 дБА

Ухудшение параметров

до 3 часов до 7

часов

до 3

часов

до 7

часов

Время реакции

Внимание

Координация движений

Чувствительность слуха

0,5%

15,5%

23,5%

22,5%

56%

15%

22,5%

22%

56%

16,5%

29,5%

32,5%

58%

При рассмотрении задачи снижения шума, когда его источником яв-

ляются транспортные потоки, а объектом шумозащиты – люди, находя-

щиеся в жилых, общественных или производных зданиях, все методы

борьбы с шумом можно представить в виде последовательной цепочки

(рис. 8.2). Каждое звено такой цепочки характеризует определенную груп-

пу методов, снижающих шум, передающийся от источника

к объекту.

К первой группе относятся методы снижения шума в источнике его

возникновения. Они, в свою очередь, разделяются на две подгруппы:

- снижение шума одиночных автомобилей путем совершенствова-

ния их конструкции (звено 1).

- снижение шума одиночных автомобилей и транспортных

средств потоков методами рациональной организации их дви-

жения (звено 2).

Объект

Рис. 8.2 Схема цепочки методов борьбы с транспортным шумом

Ко второй группе (звено 3) относятся методы борьбы на пути распро-

странения шума в городской среде от источника до объекта шумозащиты.

К ним относятся градостроительные методы, связанные с применением в

проектных решениях элементов городской среды, способствующих сни-

жению шума.

К третьей группе (звено 4) относятся методы снижения шума на объ-

екте шумозащиты -

конструктивно-строительные методы, обеспечиваю-

щие повышение звукоизолирующих свойств ограждающих конструкций,

зданий и сооружений.

Так как возможности применения методов второй и третьей групп

чаще всего ограничены уже сложившейся структурой городской застрой-

ки, наиболее важными и самыми эффективными являются методы первой

группы, а снижение шума автомобилей за счет совершенствования их кон-

струкции – основным

звеном в цепочке.

Шум автомобиля – это шум сложного источника, уровень которого

складывается из уровней шума отдельных узлов и агрегатов автомобиля.

При движении автомобиля его узлы и агрегаты совершают различные по

амплитуде и частоте колебания в пространстве. Колебания возникают

вследствие воздействия переменных по величине и направлению сил на уп-

ругие элементы

в конструкции автомобиля. Развитие колебательных про-

цессов в упругих системах двигателя, трансмиссии, кузова, ходовой части

Среда

распространения

Автомобиль

шумозащиты

Транспортный поток

автомобиля и вспомогательных агрегатов сопровождается излучением энер-

гии колебаний в окружающее пространство, что приводит к возникновению

шума (рис. 8.3 и 8.4).

Рис. 8.3. Первичный источник шума — двигатель, излучающий

воздушный шум

Рис. 8.4. Вторичный источник шум — панель кузова, «возбуждаемая»

вибрацией силового агрегата (двигателя)

Методы борьбы с шумом в автомобиле можно разделить на конст-

руктивный и пассивный.

Конструктивный метод:

- применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов

трансмиссии, повышение точности их изготовления;

- рациональный подбор и расчет эластичных элементов подвески

силового агрегата, трансмиссии, ходовой части, системы выпус-

ка;

- правильный расчет конструкции системы выпуска и определение

точек ее подвески к кузову;

- выбор оптимальной конструкции

кузова и его жесткости;

- применение прогрессивных конструкций дополнительных окон,

дверных проемов и т.д.

Пассивный метод:

- применение шумо-, виброизолирующих и уплотнительных мате-

риалов;

- применение защитных кожухов, капсулирование.

Снижение шума впуска достигается приданием необходимых звуко-

поглощающих свойств воздухоочистителям, а также применением соот-

ветствующих конструкций впускных трубопроводов. Стандартные возду-

хоочистители

отечественных автомобилей уменьшают уровень шума сис-

темы впуска на 4÷20 дБА.

Мощным источником шума в автомобиле является система выпуска

отработавших газов. Основная причина этого – истечение через выпускные

клапаны и далее через коллектор и трубопровод отработавших газов, обла-

дающих высокой внутренней энергией и большой скоростью. Уровень

шума при этом достигает значений 125÷130 дБА.

Для уменьшения шума

выпуска применяют глушители. Требования, предъявляемые к ним, проти-

воречивы. С одной стороны, необходимо обеспечить снижение уровня

шума выпуска не менее чем на 25÷35 дБА – это основное требование, и с

другой стороны, потери мощности двигателя с глушителем не должны

превышать 1,5% от номинальной мощности. Кроме этого, необходимо

обеспечить минимальную материалоемкость конструкции, технологич-

ность, надежность и простоту эксплуатации.

По принципу действия глушителя шума выпуска можно разделить на

активные и реактивные. В глушителях активного типа звуковая энергия

понижается в результате поглощения звукопоглощающим материалом (ба-

зальтовое волокно, металлическая «шерсть», в

отдельных случаях стекло-

волокно), которым покрываются внутренние поверхности камеры и трубо-

проводов глушителя (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Глушитель активного типа (поглотитель)

Основное преимущество таких глушителей – достаточно высокая эф-

фективность и простота конструкции. Однако на практике активные глу-

шители применяются редко из-за небольшого срока службы звукопогло-

щающего материала, поры которого быстро закоксовываются и эффектив-

ность глушителя резко падает.

В реактивных глушителях используются расширительные, отража-

тельные и резонаторные камеры. В расширительных камерах

поток газов

дросселируется с помощью местного сопротивления (дросселя), за кото-

рым сразу следует большой объем. Энергия рассеивается в дросселе, а

при последующем расширении потока сглаживаются звуковые колебания

(рис. 8.6).

Чем больше сопротивление (меньше отверстия), тем сильнее эффект,

но тем больше потери мощности двигателя. Может использоваться в каче-

стве предварительного глушителя в

системе.

100