Analiza wymagań dla pojazdów w zakresie emisji hałasu

Transkrypt

1 GIL Leszek 1 IGNACIUK Piotr 2 PIENIAK Daniel 3 Analiza wymagań dla pojazdów w zakresie emisji hałasu WSTĘP Hałas jest zjawiskiem niepożądanym w codziennym życiu człowieka. Powoduje zakłócenie aktywności, stwarzając odczucie dyskomfortu i uciążliwości [5]. Hałas jest jednym z najbardziej uciążliwych czynników środowiskowych powodujących trudne do oszacowania straty w dobrostanie człowieka. Można przypuszczać, że towarzyszył człowiekowi od początku dziejów, ale stawał się szczególnie uciążliwy w większych skupiskach ludzi wraz z rozwojem miast i komunikacji. Najczęściej hałas jest definiowany jako każdy dźwięk, który w danych warunkach jest niepożądany, uciążliwy czy też wręcz szkodliwy dla zdrowia człowieka. Szkodliwość lub uciążliwość hałasu zależy od jego natężenia, częstotliwości, charakteru zmian w czasie, długofalowości działania oraz zawartości składowych niesłyszalnych, a także takich cech człowieka jak stan zdrowia, wiek, kondycja psychiczna i indywidualna wrażliwość na dźwięki [7]. Wraz z rozwojem infrastruktury transportowej uznaje się, że najbardziej uciążliwe dźwięki pochodzą od środków komunikacyjnych [6]. Na jego oddziaływanie narażona jest największa liczba mieszkańców w Polsce i Europie [3]. 1. ODDZIAŁYWANIE HAŁASU NA CZŁOWIEKA Ucho ludzkie odbiera dźwięki w bardzo szerokim zakresie natężeń (przyjmuje się zakres od 0 do 120 decybeli), powyżej jednak progu 120 decybeli większość osób odczuwa ból, może też wystąpić uszkodzenie słuchu. Jednocześnie dźwięki o niższym natężeniu, szczególnie przy dłuższej ekspozycji, mogą być równie szkodliwe dla słuchu. Przeciętnie ucho ludzkie odbiera dźwięki o częstotliwości w zakresie od 16 do około Hz i obejmuje 11 oktaw, znacznie więcej w okresie dzieciństwa niż w wieku dorosłym, a w wieku starczym najwyższa częstotliwość wywołująca jeszcze wrażenie słuchowe może już nie przekraczać Hz. Najlepiej słyszymy dźwięki z zakresu średnich częstotliwości, od do Hz [7]. Ze względu na różne oddziaływanie hałasu na organizm, a tym samym różną szkodliwość dla zdrowia, hałasy słyszalne można podzielić w zależności od ich poziomu na pięć następujących grup [6,7]: poniżej 35 db nieszkodliwe dla zdrowia, mogą być denerwujące lub przeszkadzać w pracy wymagającej skupienia; db wpływają na zmęczenie układu nerwowego człowieka, poważnie utrudniają zrozumiałość mowy, zasypianie i wypoczynek; db wpływają na znaczne zmniejszenie wydajności pracy, mogą być szkodliwe dla zdrowia i powodować uszkodzenie słuchu; db powodują liczne schorzenia organizmu ludzkiego, uniemożliwiają zrozumiałość mowy nawet z odległości 50 cm; powyżej 130 db powodują trwałe uszkodzenie słuchu, wywołują pobudzenie do drgań organów wewnętrznych człowieka powodując ich schorzenia. 1 dr inż. Leszek Gil Wyższa Szkoła Ekonomii i Innowacji w Lublinie, Wydział Transportu i Informatyki, Lublin, ul. Projektowa 4. Tel: , leszek.gil@wsei.lublin.pl 2 dr inż. Piotr Ignaciuk Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Lublin, ul. Nadbystrzycka 36, Tel: , Fax: , p.ignaciuk@pollub.pl 3 dr inż. Daniel Pieniak - Szkoła Główna Służby Pożarniczej, ul. Słowackiego 52/54, Warszawa, Zakład Mechaniki Stosowanej, Tel: dpieniak@sgsp.edu.pl 3374

2 Rys 1. Skala hałasu i uszkodzenia ucha [7] 2. DOPUSZCZALNY POZIOM HAŁASU ZEWNĘTRZNEGO POJAZDÓW I WARUNKI POMIARU Generowanie hałasu przez poruszające się pojazdy jest procesem dość złożonym, jednak można wyodrębnić główne źródła jego powstawania do których zaliczyć można [3]: jednostkę napędową, obszar styku kół z nawierzchnią jezdni, nieregularność opływu powietrza wokół samochodu. Hałas układu napędowego związany jest z pracą elementów wchodzących w jego skład: silnik (spalanie mieszanki paliwowo powietrznej w komorze silnika), skrzynia biegów (wzajemne tarcie kół zębatych, które emituje hałas i drgania podzespołów), układ wydechowy (przepływ gazów po spaleniu w silniku, powstają drgania i efekty akustyczne). 3375

3 Kolejnym znaczącym źródłem hałasu wytwarzanego przez pojazd jest jego oddziaływanie na podłoże po którym się porusza. Hałas ten zależy głównie od: rodzaju nawierzchni podłoża, rodzaju opon, nierówności podłoża od czego zależą drgania pojazdu. Udział hałasu z poszczególnych źródeł jest w dużej mierze zależny od prędkości pojazdu. Przy małych prędkościach dominuje hałas silnika i układu napędowego, wraz ze wzrostem prędkości rośnie rola hałasu związanego z toczeniem pojazdu i oporami aerodynamicznymi. W pojazdach lekkich hałas toczenia zaczyna dominować już przy prędkościach km/godz. W pojazdach ciężkich wartości prędkości granicznych są o około 10 km/godz. wyższe. Wynika to z innej budowy tych pojazdów oraz udziału poszczególnych cząstkowych źródeł hałasu w poziomie wypadkowym. W przypadku pojazdu ciężkiego, silnik oraz układ wydechowy znajdują się na większej wysokości niż w samochodzie osobowym. Ponadto w samochodach ciężarowych i ciągnikach występują wały napędowe, co sprawia, że w pojazdach ciężkich, w szerszym zakresie prędkości dominuje hałas silnika i układu napędowego. Poniżej przedstawiono dopuszczalny poziom hałasu zewnętrznego emitowanego przez pojazdy. Tab. 1. Dopuszczalny poziom hałasu zewnętrznego (wg PN-92/S-0451) Kategoria pojazdów Dopuszczalny poziom hałasu zewnętrznego Symbol Określenie db (A) L M N Pojazdy jednośladowe trójkołowe motorowery motocykle) Pojazdy samochodowe mające co najmniej cztery koła i przeznaczone do przewozu osób Pojazdy samochodowe ciężarowe w tym równie_ ciągniki siodłowe, balastowe, i zespoły i i L1 motorowery jednośladowe o prędkości maksymalnej Vmax 30 km/h Vmax > 30 km/h L2 motorowery trójkołowe 74 L3 motocykle jednośladowe L4 motocykle trójkołowe asymetryczne (z wózkiem bocznym) z silnikami o pojemności skokowej c 80 cm3 80 < c 175 cm3 c > 175 cm L5 pojazdy trójkołowe symetryczne 83 M1 samochody osobowe 77 M2 autobusy o maksymalnej masie całkowitej nie wiekszej ni_ 5t, w tym: - o max. masie całkowitej < 2t - o max. masie całkowitej 2t < m < 3,5t - o max. masie całkowitej 3,5t < m < 5t i max. mocy silnika: Nmax < 150 kw Nmax > 150 kw M3 autobusy o max. masie całkowitej > 5t mające silniki o mocy max.: Nmax < 150 kw Nmax 150 kw N1 pojazdy samochodowe o ciężarowe o max. masie całkowitej < 3,5t w tym: - o max. masie całkowitej < 2t - o max. masie całkowitej 2t < m < 3,5t

4 pojazdów przeznaczonych do przewozu ładunków oraz samochody specjalizowane i specjalne N2 i N3 pojazdy samochodowe o ciężarowe o max. masie całkowitej > 3,5t z silnikami o max. mocy: - Nmax < 75 kw - 75 kw Nmax < 150 kw - Nmax 150 kw Dla typów pojazdów kategorii M1 i N1, wyposażonych w silniki zapłonie samoczynnym z bezpośrednim wtryskiem, dopuszczalne wartości poziomu można powiększyć o 1 db (A). Dla typów pojazdów kategorii N1, N2, N3 i M2, M3, przeznaczonych do jazdy terenowej, dopuszczalne wartości poziomu można powiększyć: 1 db (A) pojazdy wyposażone w silniki o mocy maksymalnej Nmax < 150 kw, 2 db (A) pojazdy wyposażone w silniki o mocy maksymalnej Nmax 150 kw. Pomiary hałasu powinny być tak przeprowadzone aby ustawienie mikrofonu urządzenia pomiarowego spełniało wymagania [4]: jego wysokość nad powierzchnią obszaru pomiarowego była równa wysokości końcówki wylotu rury wydechowej pojazdu, jednak nie mniejsza niż 0,2 m; był skierowany w stronę końcówki wylotu rury wydechowej i odległy od niej o 0,5±0,01 m; oś jego maksymalnej czułości była równoległa do powierzchni obszaru pomiarowego i tworzyła kąt 45 ±10, z płaszczyzną pionową przechodzącą przez oś kierunku wylotu wydechu. Wykonanie pomiarów polega na odczytaniu wartości poziomu hałasu w db w krótkim okresie pracy silnika przy ustalonej prędkości obrotowej, odpowiadającej 75% prędkości obrotowej mocy maksymalnej (dla motocykli, których prędkość obrotowa mocy maksymalnej jest większa od min -1, należy do pomiarów przyjmować 50% prędkości obrotowej mocy maksymalnej) oraz w czasie jej zmniejszania do prędkości obrotowej biegu jałowego (po szybkim zwolnieniu pedału przyspieszenia). Dopuszcza się określanie prędkości obrotowej silnika przy wykorzystaniu sprawnego wskaźnika obrotów zamontowanego na pojeździe. Należy wykonać co najmniej trzy pomiary następujące po sobie. Pod uwagę bierze się tylko te zmierzone wartości, które zostały uzyskane z trzech następujących po sobie pomiarów, nieróżniących się od siebie o więcej niż 2 db. Pomiary należy prowadzić aż do uzyskania trzech wartości spełniających powyższy warunek[4]. 3. DOPUSZCZALNY POZIOM HAŁASU WEWNĄTRZ KABINY NA PRZYKŁADZIE CIĄGNIKA ROLNICZEGO Zgodnie z dyrektywą [2], ciągnik rolniczy lub leśny oznacza każdy pojazd silnikowy, wyposażony w koła lub gąsienice, mający co najmniej dwie osie, którego główna funkcja polega na mocy pociągowej i który został specjalnie skonstruowany do holowania, pchania, przewożenia lub napędzania niektórych narzędzi, maszyn lub przyczep przeznaczonych do stosowania w rolnictwie lub leśnictwie. Może on być wyposażony w celu przewożenia rzeczy i osób. Przepisy dyrektywy stosuje się jedynie do ciągników wyposażonych w opony pneumatyczne i mających dwie osie oraz których maksymalna prędkość konstrukcyjna wynosi 6-25 km/h. Żadne z Państw Członkowskich nie może odmówić przyznania homologacji typu EWG lub krajowej homologacji typu, czy też odmówić lub zakazać sprzedaży, rejestracji lub wprowadzenia do eksploatacji jakiegokolwiek ciągnika ze względu na poziomu hałasu odczuwanego przez kierującego, jeżeli poziom ten mieści się w następujących granicach: 90 db (A) zgodnie z załącznikiem I, lub 86 db (A) zgodnie z załącznikiem II. Głównym źródłem hałasu ciągnika rolniczego jest silnik, poziom emitowanego hałasu przez ciągnik uzależniony jest od typu silnik [1]. 3.1 Wymagania techniczne normy Według załącznika I i II poziom hałasu mierzony jest w db według skali A, oznaczany jako db 3377

5 (A). Poziom hałasu odczuwanego przez kierującego mierzony jest przy pomocy miernika poziomu głośności. W przypadku zmiennych odczytów brana jest średnia wartości maksymalnych. Pomiary przeprowadzane są w następujących warunkach [2]: ciągnik musi być nieobciążony, tzn. bez dodatkowego wyposażenia, ale musi posiadać ciecz chłodzącą, środki smarujące, pełen zbiornik paliwa, narzędzia oraz kierowcę. Kierowca nie powinien być ubrany w żadne szczególnie grube ubrania, szalik lub nakrycie głowy. Na ciągniku nie może znajdować się żaden przedmiot, który mógłby zniekształcić poziom hałasu; ogumienie musi być napompowane do ciśnienia zalecanego przez producenta, silnik, przekładnia i przednie osie muszą zostać doprowadzone do temperatury roboczej a przesłony chłodnicy, jeżeli występują, muszą być otwarte podczas dokonywania pomiarów; jeżeli dodatkowe urządzenia zasilane silnikiem lub o własnym źródle zasilania, takie jak wycieraczki szyby przedniej, dmuchawa układu ogrzewania lub dodatkowy napęd, mogą wpłynąć na poziom hałasu, muszą być wyłączone podczas dokonywania pomiarów. Natomiast części, które zwykle działają jednocześnie z silnikiem, takie jak np. wentylator silnika musza być włączone podczas wykonywania pomiarów; obszar, na którym przeprowadzany jest pomiar powinien znajdować się w otwartym i wystarczająco cichym miejscu; może mieć kształt np. otwartej przestrzeni o promieniu 50 m, ze środkową częścią o promieniu 20 m, która jest praktycznie płaska lub posiada utwardzoną drogę o płaskiej powierzchni z możliwie jak najmniejszą ilością dziur. Droga musi być możliwie jak najczystsza i sucha (tzn. bez żwiru, liści, śniegu, itd.). Nachylenia i nierówności są akceptowane tylko jeżeli powstałe w ich wyniku zmiany w poziomie hałasu mieszczą się w granicach tolerancji błędu urządzenia pomiarowego; powierzchnia drogi musi być taka, aby nie powodowała zbyt dużego hałasu opon; pogoda musi być ładna i sucha, bezwietrzna lub z niewielkim wiatrem. Poziom hałasu otoczenia odczuwany przez kierującego spowodowany wiatrem lub innymi źródłami hałasu musi być co najmniej o 10 db (A) niższy od poziomu hałasu emitowanego przez ciągnik; jeżeli do pomiarów używany jest pojazd, musi być holowany lub kierowany w wystarczającej odległości od ciągnika, aby uniknąć wszelkiego nakładania się hałasu. Podczas pomiarów, w odległości 20 m od każdej strony odcinka testowego drogi i mniej niż 20 m z przodu lub z tyłu ciągnika, nie może znajdować się żaden przedmiot zniekształcający wynik pomiarów lub powierzchnie odbijające dźwięk. Warunek ten uznaje się za spełniony jeżeli zmiany poziomu hałasu przez nie wywołane mieszczą się w granicach tolerancji błędu; jeżeli nie, pomiary muszą zostać przerwane na okres występującego zakłócenia; wszystkie pomiary z danej serii muszą być przeprowadzone na tym samym odcinku testowym drogi. 3.2 Aparatura, warunki i sposób pomiaru Warunki pomiaru według załącznika I i II są zbieżne jednak załącznik I określa nieco szerszy zakres badań. Dla przeprowadzenia pomiarów według dwóch załączników mikrofon musi znajdować się w odległości 250 mm od środkowej płaszczyzny siedzenia, po stronie o wyższym poziomie hałasu. Membrana mikrofonu musi być skierowana przodem do punktu odniesienia siedzenia przy czym należy unikać nadmiernych drgań mikrofonu. Maksymalny poziom hałasu w db (A) mierzony jest w następujący sposób [2]: wszystkie elementy otwierane (tzn. drzwi, okna) w ciągniku wyposażonym w seryjnie produkowaną kabinę, muszą pozostawać zamknięte podczas początkowej serii pomiarów. podczas drugiej serii pomiarów elementy te muszą być otwarte, pod warunkiem że gdy są otwarte nie stanowią zagrożenia dla bezpieczeństwa na drodze, natomiast składana szyba przednia musi pozostać zamknięta; hałas musi być mierzony przy pomocy miernika poziomu głośności przy obciążeniu odpowiadającym maksymalnemu poziomowi hałasu emitowanego na biegu dającym prędkość najbardziej zbliżoną do 7,25 km/h. Regulator dźwigni nastawczej musi być całkowicie otwarty. 3378

6 Początkowo bez obciążenia, stosowane obciążenie musi być stopniowo zwiększane, aż do osiągnięcia maksymalnego poziomu hałasu. Po każdym zwiększeniu obciążenia przed przeprowadzeniem pomiaru należy odczekać aż do pełnej stabilizacji dźwięku; Według załącznika I dyrektywy [2 ] ponadto należy wykonać szerszy zakres pomiarów: hałas musi być mierzony przy pomocy miernika poziomu głośności przy obciążeniu odpowiadającemu maksymalnemu poziomowi hałasu na każdym innym biegu niż ten dający prędkość najbardziej zbliżoną do 7,25 km/h, na którym poziom zmierzonego hałasu wynosi co najmniej 1 db (A) powyżej hałasu na biegu dającym prędkość najbardziej zbliżoną do 7,25 km/h. Regulator dźwigni nastawczej musi być w pełni otwarty. Początkowo bez obciążenia, stosowane obciążenie musi być stopniowo zwiększane, aż do osiągnięcia maksymalnego poziomu hałasu. Po każdym zwiększeniu obciążenia przed przeprowadzeniem pomiaru należy odczekać aż do pełnej stabilizacji dźwięku; hałas musi być mierzony przy maksymalnej prędkości konstrukcyjnej nieobciążonego ciągnika. WNIOSKI Obecnie produkowane pojazdy muszą spełniać coraz surowsze wymagania norm europejskich, aby mogły być oddane do użytkowania odbiorcom. Podobnie, jak emisja szkodliwych związków spalin emitowanych przez silniki pojazdów unormowany jest maksymalny poziom emisji hałasu wytwarzanego przez środki transportu. Emisję gazów spalinowych bada się według różnych testów na stanowiskach stacjonarnych, natomiast poziom hałasu zarówno stacjonarnie, jak i podczas prób drogowych. Badanie emisji hałasu dotyczy nie tylko wnętrza kabiny, ale także na zewnątrz pojazdu. W ostatnim czasie producenci w celu podniesienia komfortu użytkowania pojazdów dążą do maksymalnego obniżenia hałasu poniżej poziomu obowiązujących norm. Szczególnie dotyczy to hałasu kabinach, w których przebywanie poprawia komfort prowadzenia i zmniejsza narażenie użytkownika na uszkodzenie słuchu. Problem wyciszenia kabin jest zwłaszcza istotny w ciągnikach rolniczych i dużych samochodach ciężarowych, gdzie kierowca przebywa długo a emisja hałasu jest relatywnie wysoka. Streszczenie W artykule przedstawiono wymagania dotyczące hałasu jakim muszą odpowiadać wyprodukowane pojazdy aby mogły być wprowadzone na rynek. Opisano jakie zagrożenie dla słuchu i zdrowia człowieka stanowi przebywanie w otoczeniu o znacznym nasileniu dźwięku. Dokonano charakterystyki dopuszczalnej emisji hałasu przez poszczególne rodzaje pojazdów. Na przykładzie ciągnika rolniczego przedstawiono wymagania techniczne dla kabin. W oparciu o normę określono dopuszczalny poziom hałasu wewnątrz kabiny oraz opisano warunki i aparaturę w jakich powinien odbywać się pomiar hałasu zgodnie z wymaganiami homologacyjnymi. Słowa kluczowe: hałas, transport, pojazd Analysis of requirements for vehicles in the field of noise emission Abstract The article presents the requirements for noise to be met by manufactured vehicles in order to be placed on the market. It describes what threat to human health and hearing is being in the environment with a significant sound intensity. The characteristics of permissible sound level for different types of vehicles has been conducted. Technical requirements for cabins have been presented on the base of an agricultural tractor. Based on the standard the permissible level of noise inside the cabin has been defined and conditions along with the apparatus in which the noise measurement should be conducted in accordance with homologation requirements have been described. Keywords: noise, transport, vehicle 3379

7 BIBLIOGRAFIA 1. Adamczyk F.: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 2005, Vol. 50(1), 2. DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2009/76/WE z dnia 13 lipca 2009 r. w sprawie poziomu hałasu odczuwanego przez kierującego kołowymi ciągnikami rolniczymi lub leśnymi, 3. Gołębiewski R.: Prognozowanie hałasu samochodowego, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2014, 4. ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 16 grudnia 2003 r. w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach Dz. U. nr 227 poz Załącznik nr 3 5. Tomaszewski F., Orczyk M.: Ocena poziomu hałasu wewnątrz tramwajów na podstawie badań, Pojazdy Szynowe 4/2007, 6. Wieszała R., Gajdzik B.: Analiza poziomu hałasu emitowanego przez pojazdy ciężarowe istotnym elementem systemu zarządzania w przedsiębiorstwach transportowych, Logistyka 5/ Zagrożenie hałasem, Wybrane zagadnienia. Opracowania tematyczne OT-612. Kancelaria Senatu, Luty