Влияние газовых наполнителей шины на уровень ее шумоизлучения

УДК 621.863.2

ВЛИЯНИЕ ГАЗОВЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ШИНЫ НА УРОВЕНЬ

ЕЕ ШУМОИЗЛУЧЕНИЯ

В.А. Карпенко, профессор, д.т.н., А.П. Графов, к. т.н., А.А. Загородний, к.т.н., А.Н. Левченко, аспирант, И.М. Баранник, ассистент, ХНАДУ

Аннотация. Проведен анализ работ по изучению процесса и механизмов шумоизлучения автомобильной шины. Проведены экспериментальные исследования по замеру шума автомобильной шины с использованием для накачки шин различных инертных газов. Описана методика проведенных экспериментальных исследований.

Ключевые слова: автомобильная шина, звук, инертные газы.

Введение

Звуки оказывают сильное воздействие на организм человека. Шум является причиной потери слуха, заболеваний нервной системы человека, способствует развитию гипертонической болезни. Шум мешает нормальному отдыху и восстановлению сил [1].

Введение предельных норм на акустическое излучение автомобилей, а также тенденции дальнейшего ужесточения этих норм обуславливают необходимость подробного изучения и разработки теоретических основ проектирования автомобилей и пневматических шин с уменьшенным акустическим излучением [2]. Проблема изучения и определения основных механизмов излучения звука шиной при взаимодействии с дорогой имеет важное значение, поскольку определение типа источника, области излучения и основной акустической мощности позволило бы создать точную теоретическую модель, позволяющую определить характеристики звукового поля шины в любой точке пространства при любых условиях и скорости движения, давления воздуха в шине, особенностей ее конструкции и состояния поверхности дороги. Такая модель дала бы возможность, как конструкторам, так и эксплуатационникам предсказать поведение различных типов шин при изучении звука.

Анализ публикаций

В связи со значительным снижением уровня шума, излучаемого вентилятором, двигателем и трансмиссией автомобиля, шум, излучаемый шиной, стал одним из основных при городском цикле движения автомобиля [1].

Излучение звука пневматической шиной при взаимодействии с дорожной поверхностью определяется различными факторами, которые зависят как от условий эксплуатации, так и от конструкционных особенностей шин. Результаты исследований, приведенные в работах Кнороза, Зайцева и др., показывают зависимость излучения шума автомобильной шины от скорости движения автомобиля, давления воздуха в шине, высоты рисунка протектора, конструкции каркаса (диагональные, радиальные) и др.

Механизмы образования шума автомобильной шины были разделены на основные группы: шум, образованный мощным потоком воздухом около шин; сжатие воздуха в контакте между протектором и дорогой; вибрации каркаса шин и протектора; удары элементов рисунка протектора о поверхность дороги; проскальзывание элементов рисунка протектора в зоне пятна контакта с дорогой [1, 3].

Результаты исследований шума автомобильных шин, приведенные в работах [1, 3], характеризуют внешние механизмы шумоизлучения, их три основные категории: аэродинамический шум,

перекачивание воздуха рисунком протектора и вибрации оболочки (элементов протектора и оболочки шины), не затрагивая при этом внутренние процессы, протекающие в автомобильной шине. При исследовании шума автомобильной шины и сравнении результатов шин разных моделей и конструкций не учитываются геометрические размеры шин как объемного резонатора звука, излучаемого оболочкой самой шины. Также не учитывается вклад в общий шум шины шума, излучаемого газом, закачанным в шину.

Цель и постановка задачи

Целью исследования является изучение влияния газа, наполняющего автомобильную шину, на шум, который она излучает. Провести сравнительный анализ экспериментальных исследований, проведенных в дорожных условиях, по замеру уровня шума автомобильных шин с использованием для накачки вместо воздуха, инертных газов.

Экспериментальные исследования

Для исследования шума шин в дорожных условиях использовалась методика, распространенная в Европе, США и Японии, регламентируемая нормативными документами ISO 362/ECE R 51, SAE J57a и JASO C606-81.

Для проведения измерений используется участок дороги, на котором обеспечиваются условия существования полусферического свободного акустического поля. Микрофон устанавливается на расстоянии 7,5 м от оси движения автомобиля и на высоте 1,2 м от земли. Автомобиль проезжает мимо микрофона «накатом», с выключенным двигателем и трансмиссией.

В рамках хоздоговора с ХНАДУ ООО «Айсблик» предоставила для проведения экспериментальных исследований инертные газы и их смеси. Для наполнения шин использовались следующие газы: воздух; неоно-гелиевая смесь; «грязная» неоногелиевая смесь; гелий; аргон.

Результаты, полученные в процессе проведения экспериментальных исследований, приведены в графическом виде на рис. 1.

воздух неоно- грязная гелий аргон

геливая смесь смесь

наименование газов

20 км/ч  40 км/ч

Рис. 1. Уровень шума автомобильной шины, наполненной разными газами

В исследовании принимал участие автомобиль Nissan с шинами GOODYEAR ULTRA GRP 3 185/70 R14 8T M+S. Давление в шинах составляло 2,2 атм. Измерение уровня шума проводилось

на скоростях движения автомобиля 20 и 40 км/ч. Для усиления излучаемого шиной шума, был выбран участок дороги с брущатым покрытием. Таким образом, шина воспринимала импульсную нагрузку от дорожного покрытия, вследствие чего на каркасе шины увеличивалась амплитуда вибрации, что позволило увеличить уровень шума, излучаемый шиной.

Выводы

Анализируя полученные результаты экспериментальных исследований, можно сделать вывод о том, что газ, наполняющий шину, влияет на ее шумообразование. В процессе дальнейших исследований основных механизмов излучения звука шиной необходимо учитывать вклад шума, излучаемого газом, находящимся в шине под давлением, в общую картину шума в околошинном пространстве.

Максимальный уровень звукового давления при проведении экспериментальных исследований составил: на скорости 20 км/ч - 73,6 дБА, на скорости 40 км/ч - 77,2 дБА (в виде наполнителя автомобильной шины использовался воздух).

Также полученные результаты экспериментальных исследований позволяют сделать вывод о том, что самый низкий уровень шумоизлучения автомобильной шины с неоно-гелиевым наполнителем, уровень шума составляет 73 дБА на скорости 20 км/ч и 75,8 дБА на скорости 40 км/ч.

Использование инертных газов в виде наполнителя автомобильной шины позволило снизить уровень звукового давления на 1,4 дБ на скорости 40 км/ч и 0,6 дБ на скорости 20 км/ч.

Литература

1. Контроль шума в промышленности. Предуп-

реждение снижение и контроль промышленного шума в Англии. - Л.: Судостроение, 1981.

2. Зайцев П.В., Бочаров Н.Ф., Бухин Б.Л. Шум

автомобильных шин // Центральный научноисследовательский институт информации и технико-экономических исследований нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М., 1984. - 64 с.

3. Работа автомобильной шины / Под ред. В.И.

Кнороз и др. - М.: Транспорт, 1976. - 238 с.

Рецензент: М.А. Подригало, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 24 января 2007 г.