Анализ шумоизолирующих конструкций автотракторных кабин

Воздушный шум от первичных  источников проникает в салон  автомобиля через неплотности кузова (дверные проемы, технологические отверстия переднего пола), а также остекление автомобиля. 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), уплотнителей дверей. Структурный шум  проникает в автомобиль 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 автомобиля, что вносит ощутимый вклад в общий уровень внутреннего шума. В общий уровень шума в салоне автомобиля немалую долю вносит отраженный звук. Отраженный звук - звук, получающийся при отражении звуковых потоков, издаваемых первичными источниками, от дорожного покрытия.[1]

 

 

2.Технологические и практические  методы борьбы с шумом

 

2.1.. Борьба с шумом 

 

2.1.1 Методы борьбы с  шумом

 

Методы разделяются на:

- конструктивный

- пассивный.

Конструктивный метод:

1) применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии;

2) правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового агрегата, трансмиссии, ходовой части, системы выхлопа;

3) правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее подвески к кузову;

4) правильное моделирование конструкции кузова и его жесткости;

5) выбор прогрессивных конструкций уплотнителей окон и дверных проемов и т.д.

Пассивный метод:

1 - применение вибро-, звукопоглощающих, звукоизолирующих и уплотнительных материалов;

2 - применение защитных кожухов. Применение шумоизолирующих материалов последняя ступень в создании "тихого" автомобиля, т.е. прежде всего автомобиль "доводится" конструкционно, а уже потом если возможности конструкции исчерпаны - используются вибро-, звукопоглощающие, звукоизолирующие и уплотнительные материалы.

 

2.1.2Уменьшение  внутреннего  шума

 

Для уменьшения внутреннего  шума уменьшают вибрацию и шум  в источнике их возникновения, например, повышают точность изготовления и установки  зубчатых колес в агрегатах трансмиссии. Иногда смещают собственную частоту  колебательной системы путем  изменения крутильной жесткости  и моментов инерции или изгибной жесткости и масс так, чтобы собственная  частота оказалась за пределами  рабочих скоростей автомобиля.

Интенсивность вибраций и  шума снижают также введением  в колебательную систему изоляторов в виде упругих прокладок и  втулок и применением фрикционных  гасителей вибраций. Собственные  частоты резонирующих панелей кабины или кузова можно изменять путем  увеличения их жесткостей за счет образования  канавок и нанесения на поверхность  панелей противошумной мастики, изменяющей массу панели и благодаря внутреннему трению способствующей гашению вибраций. Чтобы уменьшить проникновение в кабину или кузов внешних шумов, улучшают уплотнение отверстий для рычагов, педалей и коммуникаций в полу и перегородке моторного отсека, в проемах окон и дверей и т. д. К панелям кабины или кузова с их внутренней стороны приклеивают шумопоглощающие накладки из листового пористого материала. Снижение внешнего шума может быть достигнуто путем акустической доводки внешних форм кабины или кузова, системы выпуска отработавших газов, воздухоочистителя системы питания, вентилятора системы охлаждения и т. д., а также применением шин, обеспечивающих минимальный уровень шума.[1]

 

2.2. Материалы шумоизоляции

 

Виброизоляция — метод  снижения вибрации, основанный на ее отражении  в устройствах — виброизоляторах

Виброизоляторы — устройства для снижения вибрации в опорных связях виброизолируемой установки, имеющие статический прогиб под действием ее массы.

Вибропоглощение (вибродемпфирование) — метод снижения звуковой вибрации за счет перехода вибрационной энергии в тепловую в вибродемпфирующих покрытиях.

Звукоизоляция  — количественная характеристика метода зашиты от воздушного шума, основанного на отражении звука  от бесконечной плотной преграды.

Звукопоглощение — ослабление звука вследствие перехода звуковой

энергии в тепловую в мягких звукопоглощающих конструкциях.[18]

Применяемые акустические материалы

Все акустические материалы, специально создаваемые для снижения шума, можно подразделить на три  большие группы:

1) вибропоглощающие;

Предназначены для снижения передачи вибраций элементами конструкций  за счет преобразования колебательной  энергии в тепловую. Технологически эти материалы выполняются в виде:

- мастик (изготовляют из битума с добавлением смол, наполнителей и пластификаторов )

- листовых прокладок(Они выполняются в виде битумного листового материала, на одну сторону которого наносится липкий или термоактивный слой);

- конструкционных материалов типа «сэндвич (состоят из трех и более слоев, внешние слои сделаны из металла, пластмассы или стеклопластика, а внутренние — из вибропоглощающего материала).

2) звукопоглощающие

Снижают отраженную звуковую энергию в результате преобразования энергии звуковых волн в тепловую. Применяют объемные волокнистые или вспененные материалы. Волокнистые материалы обладают более высоким

звукопоглощением, чем полимерные пористые.

3) комбинированные.

Создают в виде многослойных конструкций. В них сочетаются слои звукопоглощающих и вибропоглощающих материалов. Применяются в основном комбинированные материалы, состоящие из битумного и звукопоглощающего пористого слоев. Эти материалы размещаются на панелях (перегородках) между мотоотсеком и кабиной, на потолке, стенах кабины и салона.[18]

 

2.3. Технические нормы  шума машин

 

Технические нормы устанавливаются  в основном на характеристики внешнего шума, нормируемый параметр — УЗ, измеренный в соответствии со специально разработанными требованиями. Нормы  внешнего шума автомобилей в странах  ЕС приведены в табл.

Таблица 2.1.

Нормы внешнего шума автомобилей (Директива ЕС 92/97)

Категория автомобилей	Допустимый УЗ, дБА
Легковые	74
Грузовые с массой более 3500 кг;
мощность двигателя:
менее 150 кВт	78
более 150 кВт	80
Автомобили с массой не более 2000 кг	76

 

Шум автомобилей нормируется  в зависимости от их назначения, массы, мощности двигателя. За рубежом  разработаны и действуют технические  нормы шума для оборудования, компрессоров, генераторов, кранов, гусеничных машин, экскаваторов, газонокосилок, сварочных  установок, бетономешалок, погрузчиков  и др.[4]

 

 

3. Методика расчёта, экспериментальное  и аналитическое определение  шума в кабине трактора

 

3.1.Методика расчёта шумоизоляции автотракторной  кабины

 

1) Определить расчетом или экспериментально уровни звукового давления L₁, действующие на каждую панель снаружи кабины.

2) Рассчитать или выбрать средний коэффициент звукопоглощения панелей а внутри кабины.

 

3.1.1. Определение звукового  давления, воздействующего на панели  снаружи.

 

Для расчета среднего уровня звука тракторных дизелей на расстоянии один метр от блока двигателя предлагается следующее выражение:

L_(А)дв = 31+10[lg (n³ Р₁^0.05)-lg m_v^1.5] , (3.1.)

где:

n - число оборотов в минуту;

P₁ - среднее индикаторное давление, мПа;

m_v - масса двигателя, отнесенная к рабочему объему (литражу), кг/л.

Для построения ориентировочных  спектров высокочастотных излучений  тракторных дизелей-может быть использовано выражение:

L_f = L_(А)дв-ΔL_f (3.2.)

где:

 L_f - уровень звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой f;

^L_(А)дв средний уровень звука на расстоянии 1 м от блока двигателя;

ΔL_f - частотная поправка, приведенная в таблице

 Поправки ΔL_f для построения спектров звукового излучения дизелей

Таблица 3.1. Поправки

Частоте в Гц	250	500	1000	2000	4000	8000
Поправка 8	8	6	3	4	11	17

Ориентировочные расчеты  среднего уровня звука на расстоянии 1 м от корпуса многоступенчатой механической трансмиссии трактора можно выполнить по следующей  формуле:

L_(А)тр= 118+8.3 lg N - 19 lg m_р, (3.3.)

где N - передаваемая мощность, кВт;

m_р- удельная масса трансмиссии, в кг на 1 кН номинальной силы тяги на крюке.

Ориентировочный октавный спектр шума трансмиссии может быть построен следующим образом: наибольший уровень  звукового давления берется в  октавной полосе, в которую попадает основная частота пересопряжений зубьев первой (самой быстроходной) пары шестерен. В соседних октавных полосах уровни звукового давления уменьшаются на 4-6 дБ в сторону низких и на 1-3 дБ в. сторону высоких частот.

Учитывая, что частота  перезацепления самых быстроходных шестерен современных тракторных трансмиссий попадает чаще всего в октавную полосу 500 или 1000 Гц, можно рекомендовать частотные поправки для перехода от общего уровня звука к октавным уровням звукового давления.

При этом уровень звукового  давления на частоте f будет определяться выражением:

L_f= L(_А)тр-ΔL_тр (3.4.)

где L_f - уровень звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой, f, дБ.

Таблица 3.2.

Поправки AL_тр для построения спектров звукового излучения трансмиссий

 

Частота в Гц	250	500	1000	2000	4000	8000
при максимуме на 500 Гц,	9	4	5	7	9	12
при максимуме на 1000Гц.	12	8	4	5	7	10
при максимуме на 2000 Гц.	16	12	8	4	5	7

L_(A) - средний уровень звука на расстоянии одного метра от корпуса трансмиссии, определяемый по выражению 5.15, дБ;

ΔL_тр - поправки для построения спектров, дБ.

Чтобы перейти к уровням  звука, действующим непосредственно 
на панели кабины, можно воспользоваться выражением:

L₂ = L₁ - 10 lg(₎ (3.5.)

где

L₂ - уровень звука (звукового давления) на расстоянии г₂ от источника;

г₂ - расстояние от источника шума до точки, в которой определяется уровень звука;

L₁ - уровень звука (звукового давления) на расстоянии от источника;

г₁ - расстояние от источника шума до точки, в которой 
известен (рассчитан) уровень звука.

Если учесть, что г₁=1 м, то формула упростится:

L₂= L₁ - 10 lg г₂ , (3.6.)

где г₂ - расстояние (в метрах) от ближайшей точки корпуса до панели, возле которой определяется внешний шум (уровни звукового давления по отдельным частотам).

Это расстояние в первом приближении можно измерить по наиболее короткой линии, огибающей кабину.

Рассчитанные уровни звука, создаваемые различными источниками, в частности, двигателем и трансмиссией, складываются энергетически. В частности  можно воспользоваться номограммой.

Суммарный уровень и является внешним уровнем шума, воздействующим на данную панель. Следует, однако, учесть дополнительное увеличение шума в зазоре между трансмиссией и полом кабины и в подкапотном пространстве. Это увеличение обусловлено тем, что в зазорах происходит многократное отражение звуковых волн.