裝甲車輛艙室噪聲試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

楊 波, 劉維平, 金 毅, 傅斌賀, 邱綿浩

(裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械工程系， 北京 100072)

裝甲車輛艙室噪聲試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

楊 波, 劉維平, 金 毅, 傅斌賀, 邱綿浩

(裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械工程系， 北京100072)

為研究裝甲車輛艙室噪聲特性，測量并分析了某型裝甲車輛各個(gè)工況下艙室不同測點(diǎn)的噪聲情況。結(jié)果表明：裝甲車輛運(yùn)行時(shí)，艙室噪聲以低頻成分為主且強(qiáng)度較高，超出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值；變速行駛工況下，艙室噪聲波動(dòng)性較大，噪聲污染級(jí)偏高，超出了聽力保護(hù)的衛(wèi)生范圍。研究結(jié)果可為相關(guān)評(píng)估工作提供參考，也表明現(xiàn)用裝甲車輛艙室噪聲測試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有待完善。

裝甲車輛； 艙室噪聲； 頻譜分析； 噪聲評(píng)價(jià)數(shù)

裝甲車輛結(jié)構(gòu)特殊，各種噪聲源和共振引起的噪聲強(qiáng)度大且傳播途徑復(fù)雜，導(dǎo)致其艙室噪聲環(huán)境惡劣。這不但影響乘員的乘坐舒適性，而且會(huì)危害乘員的身心健康，降低其工作效率。王振國等[1]通過對(duì)裝甲輸送車駕駛員進(jìn)行聽覺損傷測試發(fā)現(xiàn):入伍4年以上者聽力損傷率可高達(dá)50%，且隨著兵齡的增加，聽力損害有加重趨勢。因此，裝甲車輛艙室噪聲對(duì)乘員的聽覺影響極為顯著，開展相關(guān)評(píng)估工作十分重要。

目前,裝甲車輛噪聲試驗(yàn)與評(píng)價(jià)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要為GJB59.2—86《裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程 噪聲測量》[2]和GJB2935—1997《裝甲車輛車內(nèi)噪聲允許限值》[3]，但其僅包含靜止及勻速行駛工況下裝甲車輛噪聲的測試及評(píng)價(jià)，缺乏對(duì)裝甲車輛變速行駛工況下艙室噪聲測量的相關(guān)規(guī)定。為深入研究裝甲車輛艙室噪聲特性及其對(duì)乘員的工效學(xué)影響，筆者對(duì)某型裝甲車進(jìn)行了艙室噪聲測量與分析，以期為裝甲車輛艙室噪聲的試驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作提供參考。

1 試驗(yàn)部分

依據(jù)GJB51—85《軍事作業(yè)噪聲測量規(guī)范》[4]和GJB59.2—86《裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程 噪聲測量》[2]，通過對(duì)裝甲車輛原地發(fā)動(dòng)、勻速行駛和變速行駛3種工況下艙室噪聲測量，了解艙室噪聲水平，分析艙室噪聲的穩(wěn)定性及噪聲差異，以更加準(zhǔn)確地評(píng)估噪聲對(duì)乘員的影響。

1.1試驗(yàn)方案

測試場地為硬質(zhì)環(huán)形水泥跑道，場地開闊，路面稍有起伏，無雨，微風(fēng)；被試車輛為5輛某型裝甲車。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表測量，其精度為±5%；選用聲學(xué)測試儀器為BSWA806便攜式Ⅰ型精密聲級(jí)計(jì)，精度為±0.4 dB(A)，測試范圍為18～140 dB(A)。測量前后對(duì)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。

測點(diǎn)選擇：每輛車選取駕駛員、車長、炮手頭部位置3個(gè)測點(diǎn)。其中：駕駛員測點(diǎn)選擇在其頭部位置右側(cè)15 cm處，其他測點(diǎn)均置于乘員座椅上方約80 cm處。

將聲級(jí)計(jì)安裝于待測點(diǎn)，當(dāng)裝甲車輛工況達(dá)到測試要求并趨于穩(wěn)定時(shí)開始測量,多次測量取等效平均值。其中：原地發(fā)動(dòng)及勻速行駛工況下，選擇空擋、2擋、3擋、4擋和5擋的最大扭矩轉(zhuǎn)速(1 600 r/min)與額定轉(zhuǎn)速(2 000 r/min)進(jìn)行試驗(yàn)(因1擋使用較少，本次試驗(yàn)不對(duì)車輛1擋行駛時(shí)艙室噪聲進(jìn)行測量),每個(gè)工況的每個(gè)測點(diǎn)采集3組樣本，每組樣本采集時(shí)長為3 min；變速工況下，駕駛員根據(jù)路況自主駕駛，采集每輛被試車輛繞跑道行駛3圈(約35 min)的噪聲數(shù)據(jù)。

1.2數(shù)據(jù)分析方法

Leq表示與所測噪聲信號(hào)能量等效的穩(wěn)態(tài)A聲級(jí)(即等效連續(xù)聲級(jí))大小，其計(jì)算公式為

(1)

式中：p(t)為瞬時(shí)聲壓；p0=2×10-5Pa，為參考聲壓；LA為A聲級(jí)的瞬時(shí)值；t1、t2分別為等效聲級(jí)起止時(shí)間。考慮到 A 聲級(jí)對(duì)低頻噪聲衰減較大，還測量了能夠表現(xiàn)各個(gè)測點(diǎn)噪聲能量大小的線性聲級(jí)Lin,用于噪聲分析 。

非穩(wěn)態(tài)噪聲采用噪聲污染級(jí)Lnp評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人的干擾程度，即

Lnp=Leq+Kσ，

(2)

式中：K為常數(shù)，本文取2.56；σ為噪聲瞬時(shí)聲級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)差。綜合能量平均和變動(dòng)特性(以標(biāo)準(zhǔn)差表示)，評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人的影響。

為研究噪聲頻譜特性，對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行了倍頻程分析，并結(jié)合噪聲評(píng)價(jià)曲線(NR曲線)[5]對(duì)噪聲進(jìn)行標(biāo)定。

2 結(jié)果與分析

2.1噪聲測量結(jié)果

2.1.1 原地發(fā)動(dòng)及勻速行駛工況

表1為原地發(fā)動(dòng)及勻速行駛工況下不同測點(diǎn)的噪聲測量結(jié)果。

表1 原地發(fā)動(dòng)及勻速行駛工況下不同測點(diǎn)的噪聲測量結(jié)果

由表1可以看出：

1)與原地發(fā)動(dòng)相比，裝甲車輛勻速行駛時(shí)艙室噪聲強(qiáng)度明顯較高，且隨車速的增大而增大。這是因?yàn)椋涸匕l(fā)動(dòng)時(shí)，裝甲車輛艙室主要噪聲源為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲；裝甲車輛勻速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，傳動(dòng)噪聲，履帶及主動(dòng)輪、誘導(dǎo)輪、托帶輪、負(fù)重輪因受地面激勵(lì)和相互摩擦沖擊而產(chǎn)生的噪聲，均會(huì)隨車速的提高而增大。

2)距離發(fā)動(dòng)機(jī)較近的駕駛員位置噪聲強(qiáng)度高于炮手與車長位置，說明發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲對(duì)裝甲車輛艙室噪聲場產(chǎn)生了較為明顯的影響，是裝甲車輛艙室噪聲的重要聲源，這與相關(guān)研究結(jié)果[5]一致。

3)裝甲車輛勻速行駛時(shí)，艙室噪聲強(qiáng)度較穩(wěn)定，屬于穩(wěn)態(tài)噪聲，但艙內(nèi)噪聲強(qiáng)度普遍高于100 dB(A)，高速行駛時(shí)接近120 dB(A)，超出了GJB 2935—1997[3]中的限值規(guī)定。

2.1.2 變速行駛工況

圖1為變速行駛工況下艙室噪聲強(qiáng)度變化曲線，其相關(guān)測量結(jié)果如表2所示。

圖1 變速行駛工況下艙室噪聲強(qiáng)度變化曲線

表2 變速行駛工況下裝甲車艙室噪聲測量結(jié)果dB(A)

結(jié)合圖1和表2可以看出：

1)變速行駛工況下，裝甲車輛艙室噪聲強(qiáng)度波動(dòng)性較大，為非穩(wěn)態(tài)噪聲，僅以A聲級(jí)為評(píng)價(jià)指標(biāo)難以準(zhǔn)確衡量變速行駛工況下裝甲車輛艙室噪聲對(duì)人的實(shí)際影響。

2)噪聲等效聲級(jí)Leq=113.7 dB(A)。為保護(hù)噪聲作業(yè)中勞動(dòng)者的聽力健康，國內(nèi)外相關(guān)噪聲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工作場所噪聲等效聲級(jí)接觸限值(如表3所示)：工作人員每天接觸噪聲8 h，等效聲級(jí)限值為85 dB(A)；噪聲暴露時(shí)間不足8 h，按接觸時(shí)間減半、限值增加3 dB(A)的原則，確定噪聲強(qiáng)度限值[6-7]，但最高限值不得超過115 dB(A)。裝甲車輛艙室噪聲等效聲級(jí)為113.7 dB(A)，接近最高限值，且允許暴露時(shí)間不足1 min，說明裝甲車艙室噪聲強(qiáng)度較高，噪聲環(huán)境惡劣。

表3 工作場所噪聲等效聲級(jí)接觸限值

3)噪聲污染級(jí)Lnp=128.4 dB(A)，遠(yuǎn)高于等效聲級(jí)。實(shí)踐表明：暴露于Lnp>88 dB(A)的噪聲中即可使人感到明顯不適。隨著裝甲車輛信息化建設(shè)，乘員信息作業(yè)增加，腦力負(fù)荷加重，對(duì)艙室環(huán)境舒適性要求日益提高。裝甲車輛艙室噪聲污染級(jí)較大，必然造成乘員作業(yè)績效降低，影響裝備整體性能發(fā)揮。

2.2噪聲頻譜分析結(jié)果

表4為原地發(fā)動(dòng)及勻速行駛工況下艙室噪聲倍頻程聲壓級(jí)測量結(jié)果。

表4 原地發(fā)動(dòng)及勻速行駛工況下艙室噪聲倍頻程聲壓級(jí)測量結(jié)果 dB

由表4可以看出：

1)裝甲車輛艙室噪聲以低頻成分為主，具有穿透力強(qiáng)和不易阻隔的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)[8]：坦克帽對(duì)于125～500 Hz噪聲阻隔效果僅為2～7 dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的20 dB；長期接觸高強(qiáng)度低頻噪聲會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)損傷，導(dǎo)致大腦皮層興奮和抑制平衡失調(diào)，對(duì)乘員健康及工作效率均會(huì)產(chǎn)生較大影響。因此，在對(duì)裝甲車輛艙室噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)需考慮其低頻特性。

2)車輛噪聲NR數(shù)均在100以上，當(dāng)在較常使用的3擋、4擋時(shí)，艙室噪聲NR數(shù)達(dá)到了115。研究表明[9]：長時(shí)間暴露于NR數(shù)大于70的噪聲中會(huì)使人非常煩惱；NR數(shù)大于85的噪聲會(huì)使人面對(duì)面無法正常交流。因此，裝甲車艙室噪聲的NR數(shù)過大，表明噪聲語言干擾級(jí)較高，且對(duì)引起乘員煩惱以及聽力損傷有較大隱患。

3)噪聲各頻段的噪聲強(qiáng)度均有所增加，其中0～4 kHz強(qiáng)度變化較大，這與相關(guān)研究結(jié)果[10-11]吻合。

3 結(jié)論

1)裝甲車輛艙室噪聲強(qiáng)度偏高，超出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值規(guī)定。變速行駛工況下，艙室噪聲波動(dòng)性較大，噪聲污染級(jí)偏高且具有明顯的低頻特征，對(duì)乘員健康及工作效率均會(huì)產(chǎn)生較大影響，不符合人機(jī)工程學(xué)，有待優(yōu)化。

2)現(xiàn)用裝甲車輛車內(nèi)噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為GJB 2935—1997[3]，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定履帶式裝甲車2/3最大速度下噪聲允許限值為113 dB(A)。筆者認(rèn)為其內(nèi)容過于簡略和寬松，主要存在以下4方面問題：(1)該標(biāo)準(zhǔn)缺乏對(duì)變速行駛工況下噪聲限值的相應(yīng)說明；(2)113 dB(A)已超出了一般人體所能承受的衛(wèi)生范圍，以此為標(biāo)準(zhǔn)難以對(duì)乘員起到保障作用，無實(shí)際意義；(3)A聲級(jí)中不包含噪聲的波動(dòng)性與頻譜特性信息，以A聲級(jí)為單值評(píng)價(jià)指標(biāo)難以全面反映噪聲對(duì)乘員的影響；(4)噪聲對(duì)人的影響是一個(gè)積累過程，與噪聲強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)，該標(biāo)準(zhǔn)只給出了噪聲強(qiáng)度的參考限值，缺乏對(duì)乘員作業(yè)時(shí)間的相應(yīng)規(guī)定。

總之，隨著裝甲裝備的更新?lián)Q代，其信息化水平及對(duì)艙室環(huán)境舒適性要求日益提高。相關(guān)噪聲評(píng)價(jià)方法和噪聲標(biāo)準(zhǔn)體系也應(yīng)在技術(shù)能力不斷提高的情況下合理降低噪聲限值，細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

[1] 王振國.裝甲車輛噪聲對(duì)乘員聽力的影響及對(duì)策[J].人民軍醫(yī),2002,45(3):136-137.

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[3] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì). 裝甲車輛車內(nèi)噪聲允許限值：GJB 2935—97[S]. 北京：軍事科學(xué)出版社,1997.

[4] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).軍事作業(yè)噪聲測量規(guī)范：GJB 51—85[S].北京：軍事科學(xué)出版社,1985.

[5] 儀垂杰,黃協(xié)清,吳成軍,等.裝甲運(yùn)兵車車內(nèi)噪聲控制研究[J].兵工學(xué)報(bào),1995(3):73-77.

[6] 中華人民共和國衛(wèi)生部.工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 物理因素：GBZ 2.2-2007[S]. 北京:法律出版社,2007.

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[8] 鄧運(yùn)龍,張?jiān)伱?組合護(hù)耳器預(yù)防裝甲車輛乘員噪聲性聽力損失的效果[J].中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志,1998,16(2):106-107.

[9] 陳小劍.艦船噪聲控制技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2013:98-103.

[10] 陳花嶺，張鐵山，胡選利,等.履帶式裝甲車輛降噪研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，1994，12(6)：22-26.

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(責(zé)任編輯: 尚菲菲)

NoiseTestandEvaluationofArmoredVehicleCabin

YANG Bo, LIU Wei-ping, JIN Yi, FU Bin-he, QIU Mian-hao

(Department of Mechanical Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing100072, China)

To explore the cabin noise characteristics of armored vehicle comprehensively, the cabin noise of a certain kind of armored vehicles at different test point under different working conditions is measured and analyzed. The results show that: the cabin noise of running armored vehicle is high in intensity and mainly low-frequency, exceeding the standard limits; when the vehicle moves with non-uniform velocity, the cabin noise is volatile, and the noise pollution level is high, overrunning the noise limit of hearing protection. However, the testing and evaluation standard presently used by our military needs to be improved. The research can provide reference for relevant assessment work.

armored vehicle; cabin noise; spectral analysis; noise rating number

1672-1497(2017)04-0052-04

2017-04-19

楊 波(1992-)，男，碩士研究生。

TB18;TB53

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.010