Опыт эксплуатации автомобилей показал, что запыленность воздуха оказывает значительное влияние на техническое состояние автомобилей и вызывает необходимость особой организации их эксплуатации, в том числе проведения ряда специальных мероприятий по защите механизмов автомобилей от вредного влияния пыли.
Пыль является дисперсной системой, включающей частицы различных размеров и формы, обладающие свойством находиться во взвешенном состоянии. Размер частиц пыли колеблется для различных пылей в больших пределах. Обычно дорожная пыль включает в себя частицы размером до 80—100 мкм. Однако количество частиц того или другого размера, содержащееся в пыли (дисперсность пыли) различных районов, значительно отличается друг от друга (табл. 5).
Таблица 5. Размеры частиц дорожной пыли
| Наименование района | Содержание частиц размером, % | |||
| 1—10 мкм | 18—30 мкм | 30—60 мкм | более 60 мкм | |
| Южные Кара-Кумы | 15 | 20 | 45 | 20 |
| Северные Кара-Кумы | 25 | 35 | 35 | 5 |
| Целинные степи | 20 | 30 | 40 | 10 |
Степень запыленности воздуха определяется многочисленными факторами, по-разному влияющими на процесс пылеобразования. Основными из них являются: вид покрытия дороги и его состояние, условия окружающей местности, направление и скорость ветра, температура и влажность воздуха, количество и тип автомобилей, одновременно следующих по дороге, скорость движения автомобилей и дистанция между ними.
Каждый из этих факторов, воздействуя на пылеобразование самостоятельно, создает в совокупности с другими сложную картину пылевых облаков, которая пока не может быть подвергнута какому-либо точному аналитическому расчету. В силу этих обстоятельств приходится учитывать лишь относительное влияние указанных факторов, объединяя их в однородные группы.
В рассматриваемых нами условиях пустынно-степных районов преобладающим видом дорог, как уже говорилось, являются грунтовые естественные или профилированные, без специального покрытия. Поэтому состав покрытия дороги обычно одинаков с составом грунта окружающей местности.
Известно, что частицы размером от 1 до 50 мкм составляют от 50 до 90% веса механических фракций, входящих в тот или иной тип грунта. В песчаных грунтах этот процент несколько меньше, а в суглинистых и особенно в глинистых грунтах содержание мелких фракций весьма велико. Однако процентное содержание частиц в грунте еще не характерно для пылеобразования. В большей мере образование пыли зависит от структуры грунта и силы взаимного сцепления частиц.
Оторванные от поверхности дороги или грунта частицы попадают в воздушные струи и образуют пыле-воздушную смесь, которая благодаря постоянной турбулентности атмосферного воздуха размывается в расширяющейся пыле-воздушной струе. По мере распространения струи отношение пыли к объему воздуха все время уменьшается, т. е. уменьшается пылесодержание воздуха. Одновременно происходит оседание на землю пылевых частиц под воздействием собственного веса.
Пылевые частицы в зависимости от их размера могут быть разделены на три группы:
- частицы размером больше 100 мкм, оседающие в неподвижном воздухе с возрастающей скоростью (по формуле u=gt см/сек);
- частицы размером от 1 до 100 мкм, оседающие в неподвижном воздухе с постоянной скоростью;
- частицы размером менее 1 мкм не оседают совсем и постоянно витают в воздухе.
Как видно из табл. 5, основное содержание дорожной пыли составляют частицы величиной от 10 до 60 мкм. Продолжительность витания таких частиц зависит от скорости их осаждения, определяемой по формуле
где d — диаметр частицы, см;
γп — объемный вес пыли, г/см3;
γв — объемный вес воздуха, г/см3;
μ — вязкость воздуха, г·сек/см2.
Примерная скорость осаждения частиц пыли различной величины приведена в табл. 6.
Таблица 6. Скорость осаждения частиц пыли
| Диаметр частиц, мкм | Скорость осаждения, см/сек |
| 100 | 70 |
| 60 | 26 |
| 30 | 6 |
| 10 | 1 |
Таким образом, можно считать, что после поднятия пылевидных частиц в воздух на высоту около 2 м необходимо 1—2 мин для того, чтобы при неподвижном воздухе основная масса поднятой пыли осела на поверхность земли.
С повышением температуры воздуха скорость осаждения пылевидных частиц будет уменьшаться, так как вязкость воздуха при этом возрастает. Это и является одной из причин повышенной запыленности воздуха пустынь и пустынно-степных районов.
Заметное количество пыли поднимается в сухую жаркую погоду ветром, когда он достигает скорости 4—5 м/сек. С увеличением скорости ветра в значительной степени возрастает и запыленность воздуха, переходя при скорости ветра 10—12 м/сек в густые пылевые облака большой высоты (до 80—100 м).
Для получения данных о распределении содержания пыли в облаках, образованных воздействием одного лишь ветра, были проведены замеры содержания пыли в воздухе на высоте при скорости ветра 5,2—6,7 м/сек и температуре воздуха 32—34°С. Средние результаты опытов представлены в табл. 7.
Таблица 7. Содержание пыли в воздухе
| Высота точки замера, м | Содержание пыли, г/м3 |
| 0,5 | 1,5—1,6 |
| 0,9 | 0,9—1,0 |
| 1,8 | 0,6—0,7 |
| 2,2 | 0,3—0,4 |
Как видно из табл. 7, даже при отсутствии движения автомобилей могут возникать пылевые облака значительной концентрации.
Замеры содержания пыли были сделаны также для условий движения автомобиля (одиночного и в колонне).
Запыленность воздуха при движении одиночного автомобиля определяется главным образом направлением и скоростью ветра. Так, при встречном ветре пылевое облако относится назад и на механизмы автомобиля пыль влияния почти не оказывает. Аналогичное положение наблюдается и при боковом ветре.
Значительно тяжелее становятся пылевые условия для одиночно двигающегося автомобиля при безветренной погоде и особенно при попутном ветре.
Замеры содержания пыли, сделанные при движении одиночного автомобиля ЗИЛ-157 по грунтовой дороге при почти безветренной погоде, показывают, что на уровне двигателя содержание пыли при этих условиях равно 0,15—0,20 г/м3.
При появлении попутного ветра запыленность воздуха сразу возрастает и достигает 0,5—0,7 г/м3. В тех случаях, когда скорость движения автомобиля и скорость ветра уравниваются, пылевое облако полностью окутывает автомобиль и содержание пыли доходит до 1,0—1,2 г/м3.
Для пустынных районов наиболее характерным является движение автомобилей в колонне, поэтому изучение величины запыленности воздуха при движении колонны автомобилей представляет значительный интерес.
При движении автомобилей в составе колонны запыленность воздуха на грунтовых и гравийных дорогах резко возрастает вследствие многократного воздействия колес на пылевой слой дороги. Кроме того, интенсивное движение автомобилей в составе колонн по грунтовой дороге быстро разрушает ее поверхностный слой, вызывая образование пылевой колеи, что еще более ухудшает условия движения. Так, при обычном для грунтовых дорог движении до 100 автомобилей в сутки образуется слой пыли толщиной до 15—20 см, а при более интенсивном движении толщина указанного слоя доходит до 40—50 см. В некоторых случаях на дорогах образуются ямы (выбоины) глубиной 60—70 см, заполненные пылью, т. е. образуется особый вид сухой, пылевой распутицы, в результате чего движение автомобилей по ним становится практически невозможным. Для выяснения величины запыленности воздуха при движении автомобильной колонны был проведен ряд замеров, результаты которых представлены на графиках.
Анализ данных рис. 5 показывает, что при движении автомобилей с дистанцией между ними, равной 20—25 м, содержание пыли резко возрастает от первого до четвертого—пятого автомобиля, затем пылевое облако получает более или менее постоянную (максимальную) концентрацию. При дистанции между автомобилями, равной 40—45 м, содержание пыли по своему значению меньше и распределяется по колонне более равномерно, хотя и возрастает до шестого—седьмого автомобиля.
Рис. 5. Распределение содержания пыли по длине колонны автомобилей при и=13—16 км/ч: 1 - расстояние между автомобилями 20—25 м; 2 - расстояние между автомобилями - 40—45 м
Влияние дистанции между автомобилями в колонне весьма заметно сказывается на содержании пыли в воздухе вокруг автомобиля.
Проведенные опыты дали возможность построить график зависимости содержания пыли от дистанции между автомобилями в колонне. Результаты замеров представлены на рис. 6.
Рис. 6. Зависимость содержания пыли от дистанции между автомобилями при v=13—16 км/ч: 1 - третий автомобиль; 2 - пятый автомобиль
Линии рис. 6 свидетельствуют о значительном снижении содержания пыли при увеличении дистанции между автомобилями. Это происходит вследствие того, что часть более крупных пылинок успевает за время прохода дистанции между автомобилями осесть на землю и тем самым снизить концентрацию пыли в воздухе.
В процессе проведения замеров содержание пыли при движении колонны автомобилей проводилось также изучение условий видимости.
Было проведено несколько замеров содержания пыли в условиях, когда водитель терял видимость дороги и видел лишь передний край капота двигателя. Результаты замеров показали, что это происходит при повышении содержания пыли в воздухе перед стеклом водителя до 1,2—1,3 г/м3. При содержании пыли порядка 0,8—1,0 г/м3 предел видимости перед автомобилем равен 5—8 м.
Эти данные могут быть учтены при расчетах движения автомобильных колонн в пустынях и пустынно-степных районах и, в частности, при определении необходимых дистанций между автомобилями.
Рассмотрение особенностей дорожных условий пустынь и пустынно-степных районов показывает, что они являются чрезвычайно тяжелыми для автомобилей и поэтому требуют серьезного изучения и учета при решении вопросов эксплуатации и технического обслуживание автомобилей.