Внешние инфразвуковые поля наземных транспортных средств Текст научной статьи по специальности «Физика»

Серия 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели, эффективных кинематических схем составных КП тракторов.

Литература

1. Tractor test pablications. http://NE.

2. Городецкий К.И., Шуваев Д.Н., Шевелев A.C. Предпосылки создания тракторов с кусочно-бесступенчатым способом регулирования скорости их движения// Тракторы и сельхозмашины, 2013,№ 3.- С. 13-16.

3. Титов А.И., Городецкий К.И., Шарипов В.М. Скорости тракторов. - Справочник. Инженерный журнал, 2009, №3. - С. 28-32.

4. Agrartechnik, jun, 1999.

5. Шарипов В.М. Проектирование механических, гидромеханических и гидрообъемных передач тракторов. - М.: МГТУ «МАМИ», 2002. - 300 с.

6. Устройство тракторов/ В.М. Шарипов, К.И. Городецкий, А.П. Маринкин и др.; Под общ. ред. В.М. Шарипова. - М.: МГТУ «МАМИ», 2007. - 320 с.

7. Тракторы и автомобили/ В.М. Шарипов, М.К. Бирюков, Ю.В. Дементьев и др.; Под общ. ред. В.М. Шарипова. -М.: Издательский дом «Спектр», 2010. - 351 с.

8. Тракторы. Конструкция/ В.М. Шарипов, Д.В. Апелинский, Л.Х. Арустамов и др.; Под общ. ред. В.М. Шарипова. -М.: Машиностроение, 2012. - 792 с.

9. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Т. 3. -М.: Наука, 1974. - 672 с.

Внешние инфразвуковые поля наземных транспортных средств

д.т.н. проф. Графкина М.В., д.т.н. проф. НюнинБ.Н, к.т.н. Свиридова Е.Ю., Ральченко В.И.

Университет машиностроения 8 (499) 2671605, ecomami@mail.ru

Аннотация. Исследование внешнего инфразвукового поля автомобиля в реальных и стендовых условиях позволит решать принципиально новые задачи по выявлению источников и механизма возникновения инфразвука, развитию мониторинга инфразвуковых полей наземных транспортных средств, создать модель расчета ожидаемого уровня инфразвука, а также предложить методы по снижению этого уровня до требований санитарных норм.

Ключевые слова: исследование физических полей, внешние инфразвуковые поля наземных транспортных средств, модель расчета ожидаемого уровня инфразвука, источники и механизм возникновения инфразвука

Одним из основных источников инфразвуковых полей на селитебных территориях являются наземные транспортные средства. В настоящее время существенный вклад в инфра-звуковое загрязнение вносит автомобиль, что объясняется ростом автомобильного парка в РФ. Однако в современных публикациях недостаточно данных об исследованиях инфразвуковых полей автомобиля в реальных и стендовых условиях, теоретических моделей возникновения инфразвука, а также результатов по прогнозированию уровней инфразвукового давления на основе расчетных моделей. В связи с этим целесообразным является дальнейшее исследование проблемы внешних инфразвуковых полей наземных транспортных средств. Авторы имеют определенные наработки в этой области, которые позволяют найти современный подход к определению, расчету и моделированию расчета ожидаемого уровня инфразвука. [1-3]

На первом этапе были проведены измерения внешнего инфразвука гибридного автомобиля Lexus RX400H на колесном мощностном стенде LPS 3000 для легковых автомобилей, предназначенного для измерений линейной скорости, тягового усилия и мощности двигателя автомобиля. Были использованы только возможности стенда по имитации городского цикла езды автомобиля. Измерения уровня инфразвуковых полей проводились на следующих режимах - холостой ход, 20 км/ч, 60 км/ч, 80 км/ч на расстоянии 1 м от боковой поверхности салона. Результаты исследования представлены на рисунке 1. Анализ показывает, что при

стендовых испытаниях в диапазоне частот 11-12 Гц инфразвук не превышает 65 дБ, а в реальных условиях (транспортный поток) возрастает до 70 дБ.

Измерение инфразвука в стендовых условиях

1

8

16

_Ги

■ДВС холостой ход Доп. Батарея 20 км/ч -Доп. Батарея 80 км/ч Эл. Двигатель 60 км/ч

-ДВС 20 км/ч -Доп. Батарея 40 км/ч - Эл. Двигатель хол ход Эл. Двигатель 80 км/ч

Доп. Батарея хол. ход • Доп. Батарея 60 км/ч —•— Эл. Двигатель 40 км/ч —■- Макс, транспортный поток

Рисунок 1. Измерение инфразвука в стендовых условиях

На втором этапе был проведен анализ результатов измерения внешнего инфразвука легкового автомобиля в реальных условиях. На рисунке 2 приведены средние спектры внешнего шума в области частот 2-20 Гц автомобиля при скорости движения 100-120 км/ч. Ширина полосы анализа Б = 1 Гц Максимальный уровень инфразвука имеет место на частоте 2 Гц и равен 94-97 дБ в зависимости от скорости движения. С повышением частоты он падает от частоты 6 Гц примерно 7 дБ на октаву, а при дальнейшем повышении остается практически без изменения, на частотах 10-12 Гц уровень инфразвука равен -85 дБ.

Рисунок 2. Спектры внешнего шума автомобиля: 1- скорость движения 100км/ч; 2 — скорость движения 120км/ч

На третьем этапе были сопоставлены спектры внешнего и внутреннего инфразвука в легковом автомобиле (рисунок 3). Разница в частотном диапазоне от 11 до 13 Гц между уровнем внутреннего и внешнего инфразвука составляет примерно 30 дБ (30 раз). Это свидетельствует о том, что механизм возникновения внутреннего и внешнего инфразвука в автомобиле различный

Механизм возникновения внешнего инфразвука автомобиля в области частот 1,7-28 Гц можно объяснить пульсациями продольной компоненты скорости набегающего потока воздуха. Частота максимума пульсаций может в зависимости от точки измерения находиться в диапазоне частот от 1,7Гц до 18 Гц.

На четвертом этапе была предложена модель для расчета внешнего инфразвука автомобиля, где автомобиль представлен в виде стержня в набегающем потоке воздуха, длина и диаметр стержня соответственно равны длине и высоте салона автомобиля. При расчете лобовое сопротивление и скорость движения стержня соответствуют экспериментальным значениям для легкового автомобиля.

120

5 6 7,3 8 11 12 13 13,5 14 15 16

ЛГц)

—внутренний при 100 км/ч -о—внешний при скорости 100км/ч

Рисунок 3. Спектр внешнего и внутреннего инфразвука в легковом автомобиле

Частота периодического срыва вихря определяется соотношением: УЧУА-Г/О (1)

где:/- частота срыва вихрей;

V - скорость движения автомобиля; И - высота салона автомобиля; - число Струхаля.

Величина инфразвукового давления (Р) может быть посчитана по формуле:

р = (СхБк )2 V6/2 (2)

где: Сх - коэффициент лобового сопротивления автомобиля, / - длина автомобиля, с - скорость звука, р - плотность воздуха, V- скорость движения автомобиля.

Предложенная модель позволит на этапе проектирования спрогнозировать ожидаемый уровень внешнего инфразвука любого транспортного средства в зависимости от его геометрических размеров, скорости движения и коэффициента лобового сопротивления 5

4,5 4

3,5 3 2,5 2 1,5 1

4,761,20л

К5ТТ74603175

>-2^380952381

'62

60

80

100

120

V [км/ч]

Рисунок 4. Частота вихревого шума легкового автомобиля

На рисунке 4 приведены результаты расчета частоты срыва вихрей при разных скоростях движения легкового автомобиля. Эти частоты в зависимости от скорости движения меняются от 2 до 5 Гц. Результаты расчета инфразвукового давления для легкового автомобиля на частоте срыва вихря показали, что в диапазоне скоростей от 60 до 120 км/ч его уровень меняется с 86 дБ до 95 дБ, что совпадает с экспериментальными измерениями внешнего инфразвука легкового автомобиля и транспортного потока (см. рис.1, 2, 3).

Таким образом, полученные экспериментальные и расчетные данные позволяют сделать вывод, что механизм возникновения инфразвука автомобиля обусловлен набегающим потоком воздуха. Предложенный подход может быть использован для прогнозирования и определения внешнего инфразвука других транспортных средств в дозвуковом диапазоне частот (скоростные поезда, катера на подводных крыльях и др.).

Литература

1. Нюнин Б.Н., Графкина М.В. К вопросу исследования тонкой структуры инфразвукового и электромагнитного полей автомобиля //Известия МГТУ «МАМИ» №12, 2012,- С.180-184.

2. Графкина М.В., Нюнин Б.Н. Исследования электромагнитных и акустических полей автомобиля // Сборник статей 77-й международной научно-технической конференции ААИ, Секция 10. М.: МГТУ «МАМИ», 2012. с. 20-21.

3. Графкина М.В., Нюнин Б.Н., Свиридова Е.Ю., Теряева Е.П. Развитие системы экологического мониторинга электромагнитных и инфразвуковых низкочастотных полей на застроенных территориях [Электронный ресурс]. Систем. требования: AdobeAcrobatReader. URL: www.unistroy.spb.ru. (дата обращения: 11.09.2013)

УДК 624.04:517.2

Вибронагруженность крупногабаритной транспортной системы при движении по дороге со случайными неровностями

д.т.н. проф. Гусев A.C., к.т.н. проф. Щербаков В.И., к.т.н. доц. Стародубцева С.А.,

Гребенкина М.И.

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Университет машиностроения, 8(499)-223-05-23, доб. 14-57; soprCä)mami.ru Аннотация. Рассматривается комплекс вопросов, возникающих при оценке технической возможности и целесообразности транспортировки крупногабаритных и легкодеформируемых объектов по дорогам со случайными неровностями.

Ключевые слова: вибрация, транспортная система, деформации, напряжения, надежность.

Необходимость оценки вибронагруженности крупногабаритных транспортных систем возникает в случаях перевозки больших неразборных объектов по дорогам со случайными неровностями. Практика свидетельствует, что при транспортировке кодеформируемых объектов может происходить существенная потеря их работоспособности [1-4].

Рассмотрим транспортную систему, показанную на рисунке 1. Транспортируемый длинномерный легкодеформируемый объект 2 опирается на седельный тягач 1, колёсную тележку 3 и движется в горизонтальном направлении по длине пути х с постоянной скоростью VT, совершая вертикальные линейные и угловые колебания в продольной плоскости симметрии системы, т.е. принимается плоская динамическая модель. Колебания в продольной плоскости возникают от микронеровностей дороги у(х) при предположении об одинаковом профиле левой и правой колеи дороги. Текущие значения микронеровностей под тяга-чем и тележкой обозначены через ух (X) и (х) соответственно, а кинематические воздействия на перевозимый объект - fn (t) и fK (t).