Оценка эффективности снижения внутреннего шума в легковом автомобиле с помощью звукоизолирующих, звукопоглощающих и вибропоглощающих материалов

В 20 веке немецкий микробиолог Роберт Кох писал: «Когда-то человечество будет вынуждено бороться с шумом настолько же решительно, как оно борется с холерой или чумой». Проблема шума на земле появилась с развитием техники. Развитие промышленности, появление двигателя внутреннего сгорания, изобретение ракетного и дизельного двигателей, сложнейших станков и механизмов — все это сопровождало усиление шума. И мало кто предполагал, что шум достигнет таких уровней, которые будут не безразличны для организма человека, а поиск методов борьбы с повышенным шумом станет важной экологической и социальной проблемой современной цивилизации.

В нашей семье, равно как и у многих других, есть автомобиль. На первый взгляд, это современный, удобный в эксплуатации и по конструкции вид транспорта, соответствующая всем нормам шума по ГОСТ. Но мы стали замечать, что при длительных поездках на большие расстояния, появляющиеся в салоне шумы (монотонный гул, удары, скрипы и вибрации) приводят к быстрой утомляемости водителя и пассажиров, тем самым способствуя снижению безопасности движения. Борьба с шумом такого происхождения, имеющая целью улучшение условий эксплуатации легкового автомобиля — в этом заключается актуальность данного проекта.

Мы предположили, что если существует проблема шума в легковом автомобиле, то существуют практические методы борьбы с таким видом шума. Таким образом, был создан проект по оптимизации процесса подавления шума в салоне легкового автомобиля, где были выявлены и апробированы практические методы борьбы с внутренним и внешним шумом (на примере легкового автомобиля Nissan Qashqai).

Основной целью нашего исследования определение наиболее эффективных методов подавления шума в легковом автомобиле. Для этого нам необходимо решение следующих задач:

-       проанализировать природу возникновения внутреннего и внешнего шума и методы его снижения в легковом автомобиле;

-       апробировать возможные методы шумоподавления в легковом автомобиле;

-       произвести оценку эффективности методов шумоподавления.

Шумом называется случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты. В легковом автомобиле различают шум внешний, оказывающий воздействие на окружающих, и шум внутренний, оказывающий воздействие на водителя и пассажиров. Внешний шум передается в кабину легкового автомобиля через окна, пол и стенки. Внешние шумы не оказывают сильного влияния за звуковой фон в салоне. Шумовая атмосфера формируется в основном за счет внутренних источников: работающего двигателя, трансмиссии и подвески, выхлопной системы, колесных механизмов (шины, тормоза).

По возможности распространения различают:

−          воздушный шум — шум, распространяющийся в воздушной среде от источника возникновения до места наблюдения;

−          структурный шум — шум, излучаемый поверхностями колеблющихся конструкций стен, перекрытий, перегородок зданий в звуковом диапазоне частот [5,6].

В качестве оценочного показателя внутреннего шума легкового автомобиля принимается уровень звука в децибелах. Согласно действующим нормам и стандартам (Государственный стандарт РФ ГОСТ Р Б2231–2004 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения»; Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51616–2000 «Автомобильные транспортные средства. Шум внутренний. Допустимые уровни и методы испытаний») нормативом для легковых автомобилей по внутреннему и внешнему шуму составляют не более 71 дБА [3,4].

Все методы борьбы с шумом в целом можно подразделить на:

−          конструктивные (предполагают применение отбалансированных силовых агрегатов и узлов трансмиссии; правильный подбор и расчет эластичных элементов подвески силового агрегата, трансмиссии, ходовой части, системы выхлопа; правильный расчет конструкции системы выхлопа и определение точек ее подвески к кузову; правильное моделирование конструкции кузова и его жесткости; выбор прогрессивных конструкций уплотнителей окон и дверных проемов и т. д.);

−          пассивные (основаны на применении вибро-, звукопоглощающих, звукоизолирующих и уплотнительных материалов; применении защитных кожухов).

Применение шумоизолирующих материалов последняя ступень в создании «тихого» легкового автомобиля, т. е. прежде всего легковой автомобиль «доводится» конструкционно, а уже потом если возможности конструкции исчерпаны — используются вибро-, звукопоглощающие, звукоизолирующие и уплотнительные материалы [1].

С целью оценки эффективности метода снижения внутреннего шума в легковом автомобиле с помощью вибро-, звукопоглощающих, звукоизолирующих и уплотнительных материалов, определен порядок проведения практического исследования:

1)   выбор метода снижения внутреннего шума в легковом автомобиле;

2)   определение участков кузова легкового автомобиля, требующих шумоизоляции;

3)   выбор материалов для шумоизоляции;

4)   определение необходимого набора инструментов и вспомогательных материалов для выполнения шумоизоляции легкового автомобиля;

5)   расчет и экономическое обоснование выполненных работ;

6)   определение алгоритма проведения шумоизоляции легкового автомобиля;

7)   выполнение технологического процесса по шумоизоляции легкового автомобиля;

8)   выполнение контрольных замеров внутреннего шума в салоне легкового автомобиля до начала и по окончанию работ по шумоизоляции.

Легковой автомобиль Nissan Qashqai, объем двигателя 1,6 л. мощность двигателя 114 л.с., 2012 года выпуска — достаточно новая, современная, удобная в эксплуатации и по конструкции модель автомобиля, соответствующая нормам шума по ГОСТ. Поэтому нет необходимости поиска конструктивных методов борьбы с шумом. Наш выбор — подавление шума в салоне легкового автомобиля с помощью пассивного метода, к которому относится шумоизоляция автомобиля с помощью вибро-, звукопоглощающих, звукоизолирующих и уплотнительных материалов.

Для выбора приемов и методов шумоизоляции были определены критические точки на кузове автомобиля — двери, капот, днище и пол, крыша и багажное отделение. Критические точки источника шума определялись методом наблюдения, изучения и анализа специальной литературы [2,6].

Шумоизоляция только отдельных участков кузова не принесет желаемых результатов, поэтому было решено провести обработку звукоизоляционными материалами (дверей, багажника, крыши, днища и пола) и вибропоглащающими материалами (дверей, багажника, крыши, капота, днища и пола). Изучение потребительского спроса позволило сделать выбор вибро-, звукопоглощающих, звукоизолирующих и уплотнительных материалов для шумоизоляции легкового автомобиля, при это учитывались следующие критерии: безопасность, экологичность, долговечность, современность (учет современных технологических разработок). Наш выбор — Вибролист Premium толщиной 2 и 3 мм и изолон.

Далее было произведено экономическое обоснование выполненных работ. Общая стоимость выполненных работ включает только затраты на основные и вспомогательные материалы и инструменты. В общую стоимость не учитывалась оплата за выполнение работ (шумоизоляция выполнена самостоятельно), электрическая и тепловая энергия (работы проводились в летний период, при естественном освещении и при температуре воздуха 20–25 градусов).

Общий бюджет представлен в Таблице 1.

Таблица 1

Общая стоимость материальных затрат

 

Для сравнения, стоимость выполнения работ по шумоизоляции легкового автомобиля в условиях специализированных автомастерских составляет от 30 до 50 тыс. руб. Экономия семейного бюджета может составить от 10 до 40 тыс. руб.

Временные затраты представлены в Таблице 2.

Таблица 2

Общие временные затраты

 

Таким образом, временные затраты на выполнение шумоизоляции автомобиля составляют от 40 до 50 часов, при условии, что 2 человека будут выполнять весь объем работ.

После проведения процедуры шумоизоляции, нами была произведена оценка эффективности апробированных методов.

Одним из критериев качественно проведенной шумоизоляции является увеличение веса автомобиля не более, чем на 5–7 % от его снаряженной массы. Вес установленной шумоизоляции на легковой автомобиль составил 60 кг., что составляет 4,1 % от снаряженной массы автомобиля (1450 кг.)

Увеличения расхода топлива и роста затрат на содержание автомобиля, после установки шумоизоляции не произошло.

Другим критерием является сравнения показателей уровня шума в автомобиле Nissan Qashqai с шумоизоляцией и автомобиле Nissan Qashqai без шумоизоляции. В качестве метрического прибора использовалось приложение для android-устройства «Шумомер-Lite». Находясь внутри легкового автомобиля поочередно, в течение 30 сек. измерялся уровень шума при работе двигателя 800 об/мин. (что соответствует холостому ходу) и 2000 об/мин. При этом были выключены вентилятор отопления и кондиционер, двери закрыты, стекла подняты. Совокупные результаты представлены в Таблице 3.

Таблица 3

Технические показатели работы автомобиля после процедуры шумоизоляции

 

Анализ полученных результатов показал, что произошли значительные изменения в шумоподавлении за счет реализованных методов. Сравнение полученных результатов позволило сделать вывод: уровень шума в автомобиле А (с шумоизоляцией) при 2000 об./мин. составил 61 дБА, уровень шума в автомобиле Б (без шумоизоляции) при 2000 об./мин. составил 65 дБА. Разница между уровнями шума составила 4 дБА, что соответствует снижению интенсивности звука в 3 раза. Графически результаты представлены на Рисунке 1.

Рис. 1. Сравнение уровня шума на автомобиле Nissan Qashqai с шумоизоляцией и без шумоизоляции

 

На основании проделанной работы мы делаем следующие выводы:

1.         Любое транспортное средство может быть модернизировано и улучшено. Одной из операций, выполнение которой позволяет поднять уровень комфорта в салоне, является шумоизоляция автомобиля.

2.         Работы и операции, целью которых является уменьшение внутреннего и внешнего шума в салоне автомобиля, можно выполнить собственными руками, не обращаясь к услугам профессионалов. Для этого нужно знать методику проведения шумоизоляции, иметь минимальный набор инструментов и располагать необходимыми материалами.

3.         Создание абсолютно бесшумного легкового автомобиля невозможно так же, как невозможно построение вечного двигателя.

На основании анализа практических методов борьбы с внутренним и внешним шумом, проведен анализ шумоизолирующих материалов, апробирован технологический процесс выполнения шумоизоляции на легковом автомобиле Nissan Qashqai, разработано руководство по выполнению шумоизоляции с помощью звукоизолирующих, звукопоглощающих и вибропоглощающих уплотнительных материалов (на примере легкового автомобиля Nissan Qashqai) в форме технологических карт, что определяет прикладную и практическую значимость данного проекта.

 

Литература:

 

1.      Иванов Н. И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом: [учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Безопасность жизнедеятельности», специальности «Безопасность технологических процессов и производств»] / Н. И. Иванов.- М.: Логос, 2008.- 424 с.

2.      Титков М. В., Владимиров А. А., Яцук А. А., Погребной С. Н. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту NISSAN QASHQAI.- М.:Третий Рим, 2011.- 383 с.

3.      ГОСТ Р Б2231–2004 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения»;

4.      ГОСТ Р 51616–2000 «Автомобильные транспортные средства. Шум внутренний. Допустимые уровни и методы испытаний».

5.      http://globalproblems.narod.ru Сайт «Глобальные проблемы человечества»

6.      http://www.autonahodka.ru/dokumentatsiya/stp/ Сайт «Автонаходка»

7.      http://avtonam.ru/maintenance/shumoizolyaciya/ Сайт «Автонам»