К вопросу применения инновационных методов звуко- и шумоизоляции автомобиля (на примере автомобиля-амфибии «ВИКИНГ»)
И.
А. СавинБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Савин
И.
А.,
Каюмов
А.
Ф. К вопросу применения инновационных методов звуко- и шумоизоляции автомобиля (на примере автомобиля-амфибии «ВИКИНГ») // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
1296–1300. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54523.htm.
Аннотация. В статье раскрыты основные понятия о шуме, указаны его ключевые характеристики. Отталкиваясь от того, что шум вреден и опасен для людей, и от того, что уровень шума автомобиля регламентируется техническими требованиями, были рассмотрены методы борьбы с шумом, один из которых был применен на практике. Для реализации поставленной цели по шумоизоляции автомобиля-амфибии «Викинг» был предложен и применен многослойный материал.
Текст статьи
Каюмов Алмаз Фирдависович,студент кафедры «Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. ТуполеваКАИL г. Набережные Челныalmaz_kayumov@mail.ru
Савин Игорь Алексеевич,кандидат технических наукL доцентL заведующий кафедрой «Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинскийфилиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. ТуполеваКАИL г. Набережные Челны
savin.ia@kaichelny.ru
К вопросу применения инновационных методовзвукои шумоизоляцииавтомобиля(на примере автомобиляамфибии «ВИКИНГ»I
Аннотация:В статье раскрыты основные понятия о шумеL указаны его ключевые характеристики. Отталкиваясь от тогоL что шум вреден и опасен для людей и от тогоL что уровень шума автомобиля регламентируютсятехническими требованиямиL были рассмотрены методы борьбы с шумомL один из которыхбыл применен на практике. Для реализации поставленной цели по шумоизоляции автомобиляамфибии «Викинг» был предложен и применен многослойный материал.Ключевые слова:автомобильамфибияL звукоизоляцияL шумоизоляцияL методы подавления шума.
Современный автомобиль имеет большое значение в жизни современного человека. Увеличение количества автомобилейL их динамических характеристик сделала этот вид транспорта источником повышенной опасности.
Существует ряд требований к современным автомобилямL один из таких –низкий уровень шума.Шум
—совокупность звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум —это всякий неблагоприятный воспринимаемыйзвук.Шум это опасный и вредный факторL влияющий на общее физическое состояние человека. Поэтому важной проблемой на сегодняшний день является защита салона автомобиля от воздействия указанного фактора.В автомобилях различают внешний шумL оказывающий воздействие на окружающихL и внутренний шумL оказывающий воздействие на водителя и пассажиров. Внутренний шум определяет комфорт и потребительские качества автомобиляL напрямую влияет на утомляемость водителяL и регламентируются техническими требованиями. Значения показателей шума транспортных средств измеряются специальными приборами шумомерамиL и нормируются Внутрироссийской государственной системой определения стандартов (ГОСТI и международными стандартами.Так,предельно допустимый уровень внешнего шума по Евростандарту составляет W4 дБАL по ГОСТ регламентируются оба показателя одним значениемL по внутреннему и внешнему шуму —не более 80 дБА. По природе происхождения различают воздушный и структурный шум. В первом случае распространение звука происходит в воздухеL во втором –в твердых структурных телах.Источники шума бывают:Первичные –двигательL трансмиссияL система выпуска отработанных газовL шиныL потоки воздухаL обтекающие автомобиль при движении;Вторичные –металлические панели кузоваL крупногабаритные пластмассовые детали интерьераL мелкие металлические конструкции.Звук характеризуется следующими показателями[1;35]:1. Звуковое давление–это переменная часть давленияL возникающая при прохождении звуковой волны в среде; только эта величина воспринимается человеческим ухом.2. Сила звука–это количество звуковой энергииL прошедшее через единичную площадкуL перпендикулярную направлению распространения звукаL Вт/м2;3. Звуковая мощность –общее количество энергииL излучаемой двигателем в окружающее пространство в виде звука и прошедшей через поверхность полусферы радиуса rв единицу времениL Вт;4. Уровень звукового давления –это десятичный логарифм отношения силы звука к пороговому значению I0=1012Вт/м2или двадцатикратный логарифм отношения звукового давления к пороговому значению р0=2×105Па. Его измеряют в децибелах (дБI:L=10lg(I/I0)=20lg(p/p0).5. Уровень звуковой мощности –величинаLw=10lg(W/W0),где пороговое значение W0= 1012Вт.Человеческое ухо неодинаково воспринимает один и тот же уровень звукового давления в диапазоне частот 10... 20000 Гц. Поэтому для приближения оценок субъективного восприятия звуков различной частоты ихкорректируют по частотеL а полученную величину называют уровнем звука (шумаI и выражают ее в децибелах[1;35].
Известно два способа борьбы с шумом:
конструктивный –направлен на источник шума;
пассивный –направлен на понижение уровня уже возникшего шума. Наиболее выгодным является конструктивныйметодL который включает в себя:
применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии;правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового агрегатаL трансмиссииL ходовой частиL системы выхлопа;правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее подвески к кузовуправильное моделирование конструкции кузова и его жесткости.Наиболее часто применяемым является пассивныйметодL который
заключается в следующем:применение шумоизоляционных и прокладочных материалов;
применение защитных кожухов.[1;35]«ВИКИНГ»–вездеходамфибияL уникальный продукт компании «АТОН ИМПУЛЬС»(рис.1),результат многолетних исследований и разработок по созданию специального транспортного средства для использования в условиях бездорожья и на воде.Особенности автомобиляамфибии «ВИКИНГ» заключаются в томL что «ВИКИНГ» является уникальным автомобилем и имеет следующие характеристики:Единственный в мире вездеходамфибияL прошедший сертификацию на соответствие требованиям ЕЭК ООН;Неограниченное использование на дорогах общего пользования благодаря сертификату типа транспортного средства;Высокая плавучесть за счет применения рамылодки;Водяной движительL разгоняющий автомобиль на воде до 15 км/часL позволяет ему безопасно преодолевать внутренние водные препятствия даже против течения;Современный дизайн кузоваL предоставляющий комфортабельные условия для Wми человек;Превосходная маневренность –радиус поворота 8L6 м;Высокая устойчивость к опрокидыванию благодаря низкому центру тяжести;Независимая пневматическая подвеска передних и задних колес с регулируемым дорожным просветом и мощной системой подкачки шин из кабины во время движения.
Рис.1 Вездеходамфибия «ВИКИНГ»
Наряду с множеством преимуществ «ВИКИНГА» существуют и некоторые недостаткиL не влияющие на основные показателиL такие как надежность и проходимостьL один их таких высокий уровень внутреннего шума. Таким образомL была поставлена задача решить проблему высокого уровня внутреннего шума.В автомобилеамфибии «Викинг» источником внутреннего шума в большей части являются двигатель и элементы трансмиссии (рис. 2I. Эти узлы находятся непосредственно под водителем и изолированы напольными алюминиевыми панелямиL такое размещение выбрано для доступа к агрегатам автомобиля из салона. Современные двигатели автомобилей на номинальном режиме излучают 23 Вт акустической мощностиL а на расстоянии 1 м вокруг работающего двигателяL установленного на стендеL уровень шума может достигать до 120 дБ.[1;35]Спектр шума двигателя характеризует распределение энергии его излучения по частотному диапазону. Акустическое излучение двигателя находится в области от 20 до 8000 Гц.Причинами возникновения шума в двигателе являются:аэродинамическое взаимодействие газовой среды на входе в двигатель и выходе из негоL а также движущихся тел (вентилятораI с газовой средой;взаимодействие колеблющихся поверхностей двигателя с окружающей средой.При этом частично шум поглощается алюминиевым корпусом рамылодки и напольными панелями.
Рис.2 Источники внутреннего шума.
Как было выше сказаноL для легковых автомобилейL к числу которых относится «ВИКИНГ» предельно допустимый уровень внутреннего шума 80 дБ. Измерив уровень шума при непроклеенных напольных панелях,получили 95 дБL то есть превышение допустимого значения на 15 дБ.В результате анализа был рассмотрени предложен пассивный метод борьбы с шумом
изолирование напольных панелей звукоизоляционными материалами.К испытанию выбрано несколько видов звукоизоляционных материалов. Автошом самоклеющийся материалL представляет собой многослойную конструкциюL состоящую из лицевого покрытия перфорированная ПВХ пленкаL эластичного пенополиуретанаи клеевого монтажного слояL защищенного антиадгезионным материалом. Автошом ЛМ самоклеющийся материалL представляет собой многослойную конструкциюL состоящую из лицевого покрытия лавсановая металлизированная пленкаL эластичного пенополиуретана и клеевого монтажного слояL защищенного антиадгезионным материалом. Эти материалыпредназначеныдля шумоизоляции моторного отсека и пассажирского салона автотранспортных средств и сельскохозяйственной техники.Изолон самоклеящийся звукои теплоизолирующийL пластичный материал. Состоит извспененного полиэтилена различной толщины с клеевым слоем с одной или двух сторон. За счет закрытоячеистой структуры данный материал обладает высокими теплоизоляционными свойствамиL он водостоекL что позволяет использовать его в качестве уплотнителяL теплои звукоизолятора вразличных отраслях промышленностиL такихL как машиностроениеL автомобильнаяпромышленностьи строительство.После того как были проведены испытанияL оказалосьL что ниодин из используемых материалов не обеспечивает снижение уровня шума до допустимого значения. Было предложено применение материала для шумоизоляции из нескольких составляющихL послойно наложенных друг на друга (пенопласт1L5 см+поролон1см+пенопласт1L5 см+алюминиевая фольгаI. (Таблица 1I
Таблица 1. Результаты испытаний различных методов снижения шума.:МатериалСлой материалаИзображениеУровень внутреннего шумаL дБИзолон (вспененный полиэтеленI2см
85Автошом3 см
85Автошом ЛМ3 см
84Многослойный материалпенопласт 1L5 см+паролон 1см+пенопласт 1L5 см+алюминиевая фольга
79
ЗАКЛЮЧЕНИЕШум внутри автомобиля вреден и опасен для водителя и пассажировL поэтому его уровень жестко регламентируется,и эти требования ужесточаются с каждым годом. В связи с этим возникает необходимость использования инновационных методов и материалов для шумоизоляции. Эти методы и материалы должны обеспечивать большую эффективностьL не причиняя вреда эстетикеLбез значительного увеличения веса автомобиля. В процессе решения проблемызвукои шумоизоляции автомобиляамфибии «Викинг» были рассмотренынесколько способов шумоизоляции. Был выбран пассивный метод борьбы с шумомL испробовано несколько различных по составу и конструкции шумоизолирующих материалов. Испытания проводились в реальных условияхL на основе которых было принято оптимальное решение удовлетворяющее нормам техническихтребований к уровню звукои шумоизоляции автомобилей.
Ссылки на источники1.Башкардин А.Г. Эксплуатационные свойства автомобилейL Методические указания. –СПбГАСУL 2001.2.http://www.atonimpulse.com/3.Литвинов А.С.L Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств –М.: МашиностроениеL 1989.4.ГришкевичА.И. Автомобили: Теория: Учебник для вузов –Минск: Высш.шк.L 1986 –208 с.5.Иванов Н.И. Инженерная акустика теория и практика борьбы с шумом // Москва ЛогосL 2008.
6.Тупов В.Б. Снижение шума от энергетического оборудования // учеб. пособие для вузов / М.: Издво МЭСL 2005.7.Логунов Л.Ф.L Осипов Г.Л. Борьба с шумом в машиностроении // М.: МашиностроениеL 1980.8.
Щевьев Ю.П.L Белоусов А.А. Аналитические методы расчёта шумозащитных конструкций // СПб.: ПолитехникаL 2002.
AlmazF. Kayumov, student almaz_kayumov@mail.ruIgor A. Savin,
PhD engineering, Chair of Mechanical Engineering(Mechanical Engineering Department) savin.ia@kaichelny.ruOn appliance of innovative methodsof soundand noise insulation in a vehicle(amphibian vehicle «VIKING»case study)Summary:The authors of the present article concentrate on the main concept of noise and describe its key properties. Taking into account its destructive and dangerous influence on the people’s health and that the noise level of a vehicle is subject to technical specifications, noise insulation methods, one of which was applied practically, were considered.For the noise insulation realization in the amphibian vehicle «VIKING»multilayered materialwas offered and applied.Key words:amphibian vehicle, sound insulation, noise insulation, noise reduction methods.
Савин Игорь Алексеевич,кандидат технических наукL доцентL заведующий кафедрой «Конструирование и технологии машиностроительных производств» ФГОУ ВПО Набережночелнинскийфилиал Казанского Национального Исследовательского Технического Университета им. А.Н. ТуполеваКАИL г. Набережные Челны
savin.ia@kaichelny.ru
К вопросу применения инновационных методовзвукои шумоизоляцииавтомобиля(на примере автомобиляамфибии «ВИКИНГ»I
Аннотация:В статье раскрыты основные понятия о шумеL указаны его ключевые характеристики. Отталкиваясь от тогоL что шум вреден и опасен для людей и от тогоL что уровень шума автомобиля регламентируютсятехническими требованиямиL были рассмотрены методы борьбы с шумомL один из которыхбыл применен на практике. Для реализации поставленной цели по шумоизоляции автомобиляамфибии «Викинг» был предложен и применен многослойный материал.Ключевые слова:автомобильамфибияL звукоизоляцияL шумоизоляцияL методы подавления шума.
Современный автомобиль имеет большое значение в жизни современного человека. Увеличение количества автомобилейL их динамических характеристик сделала этот вид транспорта источником повышенной опасности.
Существует ряд требований к современным автомобилямL один из таких –низкий уровень шума.Шум
—совокупность звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум —это всякий неблагоприятный воспринимаемыйзвук.Шум это опасный и вредный факторL влияющий на общее физическое состояние человека. Поэтому важной проблемой на сегодняшний день является защита салона автомобиля от воздействия указанного фактора.В автомобилях различают внешний шумL оказывающий воздействие на окружающихL и внутренний шумL оказывающий воздействие на водителя и пассажиров. Внутренний шум определяет комфорт и потребительские качества автомобиляL напрямую влияет на утомляемость водителяL и регламентируются техническими требованиями. Значения показателей шума транспортных средств измеряются специальными приборами шумомерамиL и нормируются Внутрироссийской государственной системой определения стандартов (ГОСТI и международными стандартами.Так,предельно допустимый уровень внешнего шума по Евростандарту составляет W4 дБАL по ГОСТ регламентируются оба показателя одним значениемL по внутреннему и внешнему шуму —не более 80 дБА. По природе происхождения различают воздушный и структурный шум. В первом случае распространение звука происходит в воздухеL во втором –в твердых структурных телах.Источники шума бывают:Первичные –двигательL трансмиссияL система выпуска отработанных газовL шиныL потоки воздухаL обтекающие автомобиль при движении;Вторичные –металлические панели кузоваL крупногабаритные пластмассовые детали интерьераL мелкие металлические конструкции.Звук характеризуется следующими показателями[1;35]:1. Звуковое давление–это переменная часть давленияL возникающая при прохождении звуковой волны в среде; только эта величина воспринимается человеческим ухом.2. Сила звука–это количество звуковой энергииL прошедшее через единичную площадкуL перпендикулярную направлению распространения звукаL Вт/м2;3. Звуковая мощность –общее количество энергииL излучаемой двигателем в окружающее пространство в виде звука и прошедшей через поверхность полусферы радиуса rв единицу времениL Вт;4. Уровень звукового давления –это десятичный логарифм отношения силы звука к пороговому значению I0=1012Вт/м2или двадцатикратный логарифм отношения звукового давления к пороговому значению р0=2×105Па. Его измеряют в децибелах (дБI:L=10lg(I/I0)=20lg(p/p0).5. Уровень звуковой мощности –величинаLw=10lg(W/W0),где пороговое значение W0= 1012Вт.Человеческое ухо неодинаково воспринимает один и тот же уровень звукового давления в диапазоне частот 10... 20000 Гц. Поэтому для приближения оценок субъективного восприятия звуков различной частоты ихкорректируют по частотеL а полученную величину называют уровнем звука (шумаI и выражают ее в децибелах[1;35].
Известно два способа борьбы с шумом:
конструктивный –направлен на источник шума;
пассивный –направлен на понижение уровня уже возникшего шума. Наиболее выгодным является конструктивныйметодL который включает в себя:
применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии;правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового агрегатаL трансмиссииL ходовой частиL системы выхлопа;правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее подвески к кузовуправильное моделирование конструкции кузова и его жесткости.Наиболее часто применяемым является пассивныйметодL который
заключается в следующем:применение шумоизоляционных и прокладочных материалов;
применение защитных кожухов.[1;35]«ВИКИНГ»–вездеходамфибияL уникальный продукт компании «АТОН ИМПУЛЬС»(рис.1),результат многолетних исследований и разработок по созданию специального транспортного средства для использования в условиях бездорожья и на воде.Особенности автомобиляамфибии «ВИКИНГ» заключаются в томL что «ВИКИНГ» является уникальным автомобилем и имеет следующие характеристики:Единственный в мире вездеходамфибияL прошедший сертификацию на соответствие требованиям ЕЭК ООН;Неограниченное использование на дорогах общего пользования благодаря сертификату типа транспортного средства;Высокая плавучесть за счет применения рамылодки;Водяной движительL разгоняющий автомобиль на воде до 15 км/часL позволяет ему безопасно преодолевать внутренние водные препятствия даже против течения;Современный дизайн кузоваL предоставляющий комфортабельные условия для Wми человек;Превосходная маневренность –радиус поворота 8L6 м;Высокая устойчивость к опрокидыванию благодаря низкому центру тяжести;Независимая пневматическая подвеска передних и задних колес с регулируемым дорожным просветом и мощной системой подкачки шин из кабины во время движения.
Рис.1 Вездеходамфибия «ВИКИНГ»
Наряду с множеством преимуществ «ВИКИНГА» существуют и некоторые недостаткиL не влияющие на основные показателиL такие как надежность и проходимостьL один их таких высокий уровень внутреннего шума. Таким образомL была поставлена задача решить проблему высокого уровня внутреннего шума.В автомобилеамфибии «Викинг» источником внутреннего шума в большей части являются двигатель и элементы трансмиссии (рис. 2I. Эти узлы находятся непосредственно под водителем и изолированы напольными алюминиевыми панелямиL такое размещение выбрано для доступа к агрегатам автомобиля из салона. Современные двигатели автомобилей на номинальном режиме излучают 23 Вт акустической мощностиL а на расстоянии 1 м вокруг работающего двигателяL установленного на стендеL уровень шума может достигать до 120 дБ.[1;35]Спектр шума двигателя характеризует распределение энергии его излучения по частотному диапазону. Акустическое излучение двигателя находится в области от 20 до 8000 Гц.Причинами возникновения шума в двигателе являются:аэродинамическое взаимодействие газовой среды на входе в двигатель и выходе из негоL а также движущихся тел (вентилятораI с газовой средой;взаимодействие колеблющихся поверхностей двигателя с окружающей средой.При этом частично шум поглощается алюминиевым корпусом рамылодки и напольными панелями.
Рис.2 Источники внутреннего шума.
Как было выше сказаноL для легковых автомобилейL к числу которых относится «ВИКИНГ» предельно допустимый уровень внутреннего шума 80 дБ. Измерив уровень шума при непроклеенных напольных панелях,получили 95 дБL то есть превышение допустимого значения на 15 дБ.В результате анализа был рассмотрени предложен пассивный метод борьбы с шумом
изолирование напольных панелей звукоизоляционными материалами.К испытанию выбрано несколько видов звукоизоляционных материалов. Автошом самоклеющийся материалL представляет собой многослойную конструкциюL состоящую из лицевого покрытия перфорированная ПВХ пленкаL эластичного пенополиуретанаи клеевого монтажного слояL защищенного антиадгезионным материалом. Автошом ЛМ самоклеющийся материалL представляет собой многослойную конструкциюL состоящую из лицевого покрытия лавсановая металлизированная пленкаL эластичного пенополиуретана и клеевого монтажного слояL защищенного антиадгезионным материалом. Эти материалыпредназначеныдля шумоизоляции моторного отсека и пассажирского салона автотранспортных средств и сельскохозяйственной техники.Изолон самоклеящийся звукои теплоизолирующийL пластичный материал. Состоит извспененного полиэтилена различной толщины с клеевым слоем с одной или двух сторон. За счет закрытоячеистой структуры данный материал обладает высокими теплоизоляционными свойствамиL он водостоекL что позволяет использовать его в качестве уплотнителяL теплои звукоизолятора вразличных отраслях промышленностиL такихL как машиностроениеL автомобильнаяпромышленностьи строительство.После того как были проведены испытанияL оказалосьL что ниодин из используемых материалов не обеспечивает снижение уровня шума до допустимого значения. Было предложено применение материала для шумоизоляции из нескольких составляющихL послойно наложенных друг на друга (пенопласт1L5 см+поролон1см+пенопласт1L5 см+алюминиевая фольгаI. (Таблица 1I
Таблица 1. Результаты испытаний различных методов снижения шума.:МатериалСлой материалаИзображениеУровень внутреннего шумаL дБИзолон (вспененный полиэтеленI2см
85Автошом3 см
85Автошом ЛМ3 см
84Многослойный материалпенопласт 1L5 см+паролон 1см+пенопласт 1L5 см+алюминиевая фольга
79
ЗАКЛЮЧЕНИЕШум внутри автомобиля вреден и опасен для водителя и пассажировL поэтому его уровень жестко регламентируется,и эти требования ужесточаются с каждым годом. В связи с этим возникает необходимость использования инновационных методов и материалов для шумоизоляции. Эти методы и материалы должны обеспечивать большую эффективностьL не причиняя вреда эстетикеLбез значительного увеличения веса автомобиля. В процессе решения проблемызвукои шумоизоляции автомобиляамфибии «Викинг» были рассмотренынесколько способов шумоизоляции. Был выбран пассивный метод борьбы с шумомL испробовано несколько различных по составу и конструкции шумоизолирующих материалов. Испытания проводились в реальных условияхL на основе которых было принято оптимальное решение удовлетворяющее нормам техническихтребований к уровню звукои шумоизоляции автомобилей.
Ссылки на источники1.Башкардин А.Г. Эксплуатационные свойства автомобилейL Методические указания. –СПбГАСУL 2001.2.http://www.atonimpulse.com/3.Литвинов А.С.L Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств –М.: МашиностроениеL 1989.4.ГришкевичА.И. Автомобили: Теория: Учебник для вузов –Минск: Высш.шк.L 1986 –208 с.5.Иванов Н.И. Инженерная акустика теория и практика борьбы с шумом // Москва ЛогосL 2008.
6.Тупов В.Б. Снижение шума от энергетического оборудования // учеб. пособие для вузов / М.: Издво МЭСL 2005.7.Логунов Л.Ф.L Осипов Г.Л. Борьба с шумом в машиностроении // М.: МашиностроениеL 1980.8.
Щевьев Ю.П.L Белоусов А.А. Аналитические методы расчёта шумозащитных конструкций // СПб.: ПолитехникаL 2002.
AlmazF. Kayumov, student almaz_kayumov@mail.ruIgor A. Savin,
PhD engineering, Chair of Mechanical Engineering(Mechanical Engineering Department) savin.ia@kaichelny.ruOn appliance of innovative methodsof soundand noise insulation in a vehicle(amphibian vehicle «VIKING»case study)Summary:The authors of the present article concentrate on the main concept of noise and describe its key properties. Taking into account its destructive and dangerous influence on the people’s health and that the noise level of a vehicle is subject to technical specifications, noise insulation methods, one of which was applied practically, were considered.For the noise insulation realization in the amphibian vehicle «VIKING»multilayered materialwas offered and applied.Key words:amphibian vehicle, sound insulation, noise insulation, noise reduction methods.
