13.4. Тепловая, шумовая и вибрационная защита кабины (салона) трактора и автомобиля
К основным требованиям, определяющим условия пребывания тракториста и водителя автомобиля в кабине (салоне), относятся: поддержание необходимого состава воздуха в кабине; создание соот- ветствующих микроклиматических условий; снижение уровней шума и вибрации, возможность рациональной организации труда, отдыха и питания людей.
Кабины (салоны) имеют очень ограниченные размеры. На каж- дого человека, находящегося в кузове, приходится объем 0,4…1,2 м3. В таком сравнительно малом объеме при отсутствии вентиляции бы- стро расходуется кислород и накапливаются углеводород, отработав- шие газы, пары топлива и другие вредные вещества, повышаются влажность и температура воздуха. В результате воздействия солнеч- ной радиации, повышения температуры окружающего воздуха, теп- лоотдачи от силового агрегата и агрегатов трансмиссии происходит нагрев воздуха в кабине (салоне).
В настоящее время микроклиматические условия на самоход- ных машинах регламентированы стандартами. Так, температура воз- духа в кабине в летний период должна быть не выше 28 оС, в зимний (при температуре внешней среды -20 оС) - не менее 14 оС ; необходи- мость двадцатикратного воздухообмена в 1 ч при скорости движения воздуха не более 1,5 м/с. Содержание вредных веществ в воздухе ка- бины регламентировано нормами Министерства здравоохранения
СССР (4 мг/м3 пыли, содержащей 10% SiOa, 100 мг/м3 паров бензина, 20 мг/м3 СО2).
Необходимый состав воздуха в кабине трактора и автомобиля обеспечивается хорошей вентиляции кабины.
Кабина (салон) должены быть хорошо изолированы от попада- ния отработавших газов и паров бензина.
Условия, в которых человек не испытывает перегрева или пере- охлаждения, резкого движения воздуха и других неприятных ощуще- ний, можно считать в тепловом отношении комфортными. Комфорт- ные условия в зимний период несколько отличаются от этих же усло- вий в летний период, что связано с применением человеком разной одежды. Основными факторами, определяющими тепловое состояние человека, являются температура, влажность и скорость воздуха, тем- пература и свойства окружающих человека поверхностей. При раз- личных сочетаниях этих факторов можно создать одинаковые ком- фортные условия в летний и зимний периоды эксплуатации.
К числу средств тепловой защиты кузова относят:
330
- окрашивание наружных поверхностей в светлые тона для уменьшения воздействия солнечной радиации;
-установка на внутренние поверхности теплоизоляционных ма- териалов (пенопласта, холста из стеклянных или асбестовых воло- кон);
-использование коробчатых конструкций (с воздушной про- слойкой между стенками);
-установка тепловых экранов (например, над крышей или со стороны нагретых агрегатов), жалюзи на окнах, козырьков над окна- ми;
-применение специальных стекол, не пропускающих лучистую энергию, или двойного остекления с подачей воздуха в пространство между ними;
-вентиляция кабины (салона) подогретым или охлажденным очищенным наружным воздухом.
Известно, что при вентиляции кабины наружным воздухом в летнее время удовлетворительные условия для водителя могут быть получены в большинстве центральных и восточных районов нашей страны. Однако в южных районах желательно применение вентиля- ции с искусственным охлаждением воздуха. В зимнее время подогрев воздуха в кабине (салоне) необходим на всей территории страны.
Система вентиляции может быть естественной или принуди- тельной. Первая весьма проста и осуществляется путем открытия окон, люков, крышек, но неизбежно связана с образованием сквозня- ков. Такую систему трудно сочетать с отоплением кузова. Целесооб- разнее применять принудительную вентиляцию, состоящую из сле- дующих элементов: воздухозаборника (с герметично закрывающейся крышкой); воздуховодов; фильтра; вентилятора (с приводом от регу- лируемого электродвигателя). Чтобы у людей, находящихся в кабине (кузове), не было ощущения сквозняка, скорость воздушного потока не должна превышать 0,25 м/с. При работе вентиляторов в кабине (салоне) создается давление несколько выше давления внешней сре- ды, что исключает подсос воздуха через неплотности кабины (кузо- ва).
Отверстия для входа воздуха в систему вентиляции располагают
вместах наибольшего давления воздуха, обтекающего кузов, а для выхода - в местах разрежения.
Для машин, работающих в запыленной местности, а также дви- гающихся в колоннах, обязательна установка в системе вентиляции специальных фильтров, очищающих воздух от пыли и ядовитых ком- понентов отработавших газов. При этом вентиляторы имеют более мощные электродвигатели.
331
Количество теплоты, которое поступает в кабину трактора в летнее время (тепловая нагрузка кабины) складывается из тепловыде- лений внутри кабины (тракториста и механизмов) и теплопоступле- ний извне (от двигателя, трансмиссии, от солнечной радиации через остекление, от нагретых солнцем ограждений и от внешнего воздуха).
На тракторах теплоприток от двигателя и трансмиссии может достигать значительной величины, так как кабина в ряде случаев примыкает непосредственно к моторному отсеку и обдувается пото- ком теплого воздуха от радиатора системы охлаждения двигателя, а верхняя часть корпуса трансмиссии часто служит полом кабины. В результате тепловыделений агрегатов трактора вокруг его кабины об- разуется тепловое поле, температура воздуха в котором, особенно на тракторах с мощными двигателями, может превышать температуру наружного воздуха местности на 10 оС. На тракторах с двигателями воздушного охлаждения с потоком воздуха, проходящим поперек машины, указанное превышение температуры воздуха около кабины составляет не более 1,5...2 оС.
Притоки теплоты в кабину от двигателя и трансмиссии могут быть снижены при выполнении ее в виде цельной капсулы с отделе- нием от моторного отсека и трансмиссии.
Для защиты тракториста от воздействия низких и высоких тем- ператур иногда применяют кабины с принудительно вентилируемой прослойкой между панелями (рис. 13.10).
Рис. 13.10. Кабина трактора с принудительной вентилируемой прослойкой между панелями
332
Кабина имеет полое основание, внутренняя стенка 12 которого является полом, а наружная 8, обращенная к моторному отсеку, обду- ваемая теплым потоком 13 воздуха, выполненная с термоизолирую- щим покрытием 10. В передней части основания установлена заслон- ка 14, соединяющая полость основания с атмосферой или моторным отсеком. Через основание проходят полые стойки 11, сообщающиеся соответственно с моторным отсеком и полостью крыши 2. На основа- нии и стойках закреплены стенки 9 кабины. При этом стойки 11 снабжены заслонками (не показаны), расположенными в их нижней части.
Крыша 2 кабины представляет собой жесткий коробчатый узел, потолочная панель которого снабжена термошумоизоляционным сло- ем 1. В полости крыши размещены вентилятор 5 и фары. Крыша с внутренней стороны имеет люки для доступа к агрегатам из кабины, а
впередней части - съемный колпак 4, в котором имеется люк для за- бора атмосферного воздуха.
Взадней части полость крыши сообщается с отсеком, служащим двойной стенкой кабины и выполняющим роль воздуховода системы воздухоподачи двигателя трактора. Отсек снабжен люком (не пока- зан) для подачи атмосферного воздуха к радиатору 6 системы охлаж- дения двигателя, установленному в средней части отсека и подсоеди- ненному к моторному отсеку направляющим кожухом 7, связанным с полостью основания кабины.
Втеплое время года атмосферный воздух продувает полость крыши, при этом заслонки в стойках 11 закрыты. В холодное время года входное отверстие люка 3 закрывается, заслонка 14 переводится
вположение, предотвращающее поступлению атмосферного воздуха
вполость основания, а заслонки в стойках 11 открываются. В этом случае теплый воздух из моторного отсека будет проходить по пус- тотелым деталям кабины (основанию, стойкам и крыше) и тем самым защищать ее от влияния холодного внешнего воздуха.
Вслучае понижения температуры внешней среды воздух, по- ступающий в кузов, необходимо подогревать с помощью системы отопления. Существуют различные системы отопления кузовов: с ис- пользованием теплоты двигателя - от системы охлаждения двигателя (в случае жидкостного охлаждения) или системы выпуска отработав- ших газов (воздушное охлаждение). В первом случае горячая жид- кость из двигателя подается в теплообменник: во втором - выпускной трубопровод имеет водяную рубашку, из которой горячая жидкость поступает в теплообменник. Нагревать воздух, поступающий в кузов, непосредственно через выпускной трубопровод нельзя, так как при этом неизбежно загрязнение воздуха отработавшими газами.
333
Недостатками систем, использующих теплоту двигателя, явля-
ются:
-возможность переохлаждения двигателя при интенсивной ра- боте системы отопления;
-невозможность работы при останове двигателя и зависи- мость от теплового режима двигателя.
Обогрев кабины (салона) можно обеспечить за счет собствен- ного источника теплоты - независимо от двигателя или в зависимости от двигателя. В первом случае система отопления состоит из подогре- вателя (топливный насос с электроприводом, распылитель, свеча), теплообменника, вентилятора с электродвигателем. Теплоносителем является воздух или жидкость. Во втором случае насос подогревате- ля не имеет собственного привода и действует только при работаю- щем двигателе. Недостатком таких систем является дополнитель- ный расход топлива.
Наибольшее распространение получили системы отопления, свя- занные с системой жидкостного охлаждения двигателя. Они просты, эффективны для кабин (салонов) небольших размеров и исключают попадание в них отработавших газов. Количество воздуха, посту- пающего в кабину (салон) через такие системы, зависит не только от интенсивности работы вентилятора, но и от скорости встречного потока воздуха.
Жидкостной системой отопления кабины оборудован автомо- биль КамАЗ (рис. 13.11). Отопитель кабины представляет собой жид- костной радиатор 8, куда подается горячая вода из системы охлажде- ния двигателя. Перед радиатором со стороны кабины установлены два вентилятора с электродвигателями 19, закрытые общим кожухом. Го- рячий воздух по воздуховодам поступает в шланг обдува ветрового стекла 5 и от него к соплам 3, уставленным под ветровыми стеклами.
Кногам водителя и пассажиров воздух подается из отверстий в ниж- ней стенке воздухораспределителей.
Количество горячего воздуха, подаваемого к ногам водителя и
пассажиров, регулируется заслонками, управляемыми с панели прибо- ров тросами 6 и 7. По шлангам 4 горячий воздух подается к боковым стеклам. Отопление кабины производится горячим воздухом обогрева лобовых и боковых стекол.
Тепловой поток регулируется краном 10 подачи горячей воды к радиатору отопителя. Изменение направления потока воздуха осуще- ствляется воздушными заслонками.
Кабины грузовых автомобилей оборудованы смешанной систе- мой вентиляции - естественной и принудительной.
334
Рис. 13.11. Система отопления и вентиляции кабины:
1 - распределитель горячего воздуха; 2 - привод управления отоплением; 3 - сопло об- дува ветрового стекла; 4 - шланг обдува бокового стекла; 5 - шланг обдува ветрового стекла; 6 - трос управления левой заслонкой распределителя; 7 - трос управления пра- вой заслонкой распределителя; 8 - радиатор отопителя; 9 - трос крана отопителя; 10 - кран отопителя; 11 - передний подводящий шланг отопителя; 12 - отводящий шланг отопителя; 13 - сливной шланг; 14 - радиатор двигателя; 15 - сливной кран; 16 - подво- дящая труба отопителя; 17 - средний подводящий шланг отопителя; 18 - патрубок от- бора воды; 19 - электродвигатели; 20 - вентиляционный люк
Естественная вентиляция обеспечивается подачей свежего воз- духа через воздухозаборники, расположенные в передней части кузова под ветровым стеклом. Кроме этого, естественная вентиляция может осуществляться через открытые поворотные форточки и через верхний вентиляционный люк 20, расположенный на крыше кабины.
Эффективным средством снижения тепловой нагрузки кабины (кузова) и защиты тракториста и водителя автомобиля от прямой и от- раженной от поверхности земли солнечной радиации является приме- нение теплозащитных тонированных стекол. Помимо этого в ряде слу- чаев применяются наружные солнцезащитные козырьки.
При температуре окружающей среды выше 35...40оС воздух, по- ступающий в кузов, следует охлаждать с помощью кондиционеров, состоящих из компрессора, конденсатора, сборника и испарителя и помещенных в воздуховод. В качестве хладагента применяют, напри-
335
мер, фреон-12 с температурой замерзания -155оС и испарения +29,8 оС. В кондиционерах имеется ряд дополнительных устройств (охладитель, маслоотделитель, грязеулавливатель, система автоматического управ- ления), которые увеличивают их массу, размеры и стоимость. Обычно кондиционеры обеспечивают температуру внутри кузова на 7...12оС ниже температуры окружающего воздуха (при закрытых окнах).
Важным является вибрационная защита тракториста и водителя автомобиля в кабине (салоне). С этой целью кабины устанавливаются на виброизоляторы - резиновые амортизаторы.
Нормируемые параметры вибрации на сиденье тракториста обеспечиваются выбором необходимых параметров подвески трактора и применением подрессоренного сиденья (рис. 13.12).
Сиденье такого типа включает остов 3, механизм подвески, по- душку 1 и спинку 2. Механизм подвески состоит из кронштейна 9, ры- чагов 8 и амортизирующего устройства, состоящего из пружины 5 и двух кронштейнов 4 и 7. Для гашения вертикальных колебаний внутри цилиндрической пружины 5 установлен гидравлический телескопиче- ский амортизатор 6.
Рис. 13.12. Подрессоренное сиденье тракториста
336
Регулировка жесткости подвески сиденья в зависимости от веса тракториста осуществляется перестановкой нижней оси амортизатора 6 в пазах А, Б, В и Г рычага.
Угол наклона спинки сиденья может изменяться по желанию от 2 до 22о. Сиденье может перемещаться относительно рулевой колон- ки в пределах 150 мм.
На рис. 13.13 представлено сиденье водителя грузового авто- мобиля КамАЗ.
Рис.13.13. Сиденье водителя автомобиля КамАЗ:
1- подушка; 2 - рукоятка механизма регули- ровки угла закрутки торсиона; 3 - спинка; 4 - боковина сиденья; 5 - рычаг гребенки; 6 - амортизатор; 7 - труба торсиона; 8 - ос- тов сиденья; 9, 10 - рычаги шарниров под- вески; 11, 16 - нижние и верхние направ- ляющие; 12 - гребенка; 13 - возвратная пру- жина; 14 - стопор; 15 - рычаг стопора; 17 - поперечина рычагов
Сиденье водителя автомобиля КамАЗ подрессорено, имеет продольную регулировку, регулировку угла наклона спинки и регулировку преднатяга упругого элемента си- денья. К остову 8 (рис. 13.13) сиденья шарнирно прикреплены с каж- дой стороны нижние концы двух наклонных рычагов 9 шарниров подвески. На верхних концах одних рычагов закреплены пластинча- тые торсионы, установленные в трубе 7, закрепленной в остове 8 си- денья. Верхние концы других рычагов связаны с остовом 8 сиденья. Между остовом сиденья и поперечиной остова сиденья установлен телескопический гидравлический амортизатор 6.
Рычаг 15 стопора позволяет регулировать продольное переме- щение сиденья. Продольное перемещение сиденья осуществляется передвижением верхних направляющих 16 вместе с механизмом подрессоривания и сиденьем по нижним направляющим 11, прикреп- ленным к полу кабины. С помощью рычага 5 гребенки регулируется наклон спинки сиденья. Поскольку деформация упругого элемента сиденья пропорциональна массе водителя предусмотрена коррекция предварительной закрутки торсиона в зависимости от массы водите- ля. При качании рукоятки 2 механизма регулировки угла закрутки торсиона происходит или его закручивание с увеличением его упру- гой силы, или, наоборот, раскручивание и уменьшение его упругой силы.
337
Известно, что звуковые колебания передаются в кабину че- рез детали шасси («структурный» шум) и через различные неплотно- сти в дверных проемах, окнах, отверстиях для тяг и трубопроводов, а также вследствие определенной звукопроницаемости стенок («воз- душный» шум).
Прежде всего следует стремиться уменьшить или исключить структурный шум. Самым эффективным способом защиты от шума в кабине (салоне) является уменьшение звуковой мощности его источ- ника.
Для этого: совершенствуют конструкцию, рабочие процессы двигателя и систему выпуска отработавших газов из двигателя; уменьшают вибрацию элементов трансмиссии, колес и подвески; со- вершенствуют форму машины, делают ее более обтекаемой; улучша- ют систему вентиляции и отопления и т. д. Кроме того, улучшают звукоизолирующую способность конструкции, для чего между эле- ментами конструкции устанавливают эластичные прокладки, на тон- костенные детали наносят материалы с высокой внутренней вязко- стью, вместо плоских деталей применяют выпуклые (вогнутые), гоф- рированные.
Защита от воздушного шума обеспечивается использованием звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов, а также устра- нением неплотностей.
Волокнистые и пористые материалы (войлок, вата, поролон и др.) также обладают определенными звукоизолирующими свойства- ми, почти не зависящими от их плотности. Поэтому целесообразно использовать более легкие материалы. Установлено, что в отличие от плотных материалов (сталь, алюминий, стеклопластик) при увеличе- нии толщины волокнистых материалов очень быстро достигается предел эффективности звукоизоляции.
Коэффициент звукопоглощения у всех материалов при низких частотах значительно ниже, чем при высоких. Поэтому защита от шума низкой частоты сложнее, чем от шума высокой частоты. Эф- фективной является наклейка различных звукопоглощающих мате- риалов одного на другой, а также установка их между собой на неко- тором расстоянии.
При использовании волокнистых и пористых материалов в ка- бинах (салонах) возникают трудности, связанные с необходимостью их защиты от загрязнения, влаги и механических воздействий, приво- дящих к разрушению. Их покрывают мягкими (тканевыми) или твер- дыми обивочными материалами. Если для внутренней отделки при- меняют твердые материалы (картон, пластмассу), то для увеличения звукопоглощения в них выполняют отверстия с суммарной площадью 20…30% общей площади панели. При правильном расположении по-
338