RU22387U1 - Низкошумный стенд для исследования и доводки двигателей внутреннего сгорания - Google Patents

Description

НИЗКОШУМНЫЙ СТЕНД для ИССЛЕДОВАНИЯ И ДОВОДКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, в частности к исследовательскому стенду для проведения виброакустических стендовых исследований двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС).

Для определения основных технических показателей двигателей внутреннего сгорания используют специальные испытательные стенды, оборудованные различными устройствами и измерительной аппаратурой. В качестве базового оборудования стенд испытаний ДВС содержит:

-автономный (виброизолированный) фундамент для поглощения вибраций, возникающих из-за действия в двигателе неуравновешенных сил и моментов инерции;

-фундаментную плиту (пазовую) для установки исследуемого ДВС и тормоза;

-стойки для установки и крепления ДВС на фундаментной плите;

-нагрузочный тормоз (гидравлический, электрический) для поглощения развиваемой ДВС мощности с устройством измерения крутящего момента на валу двигателя (тормоза);

-вал и специальные муфты для соединения коленвала ДВС с валом тормоза;

-устройства и коммуникации для подачи в двигатель охлаждаемого смазочного масла, охлаждающей жидкости системы охлаждения ДВС, отвода в атмосферу отработавших и картерных газов двигателя;

-устройства и коммуникации для питания двигателя топливом и воздухом с соответствующими датчиками и приборами для измерения расхода, температуры, давлений воздуха и топлива;

-специальные устройства для регулирования и определения отдельных параметров, влияющих на рабочий процесс и показатели ДВС (угол опережения зажигания, состав смеси, угол опережения начала впрыска);

-системы, обеспечивающие регулирование и управление ДВС в процессе испытаний;

-пульт с размещенными на нем органами пуска и управления ДВС;

-приборы для контроля работы двигателя и приборы для регистрации замеряемых величин;

-дополнительные устройства и приборы, предназначенные для специальных исследований с целью определения отдельных параметров ДВС (токсичности, дымности, шума, вибраций, тепловой напряженности, деформаций отдельных деталей и т.п.).

Известно техническое решение по исполнению стенда для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания, патент РФ №2107175, МПК G01M 15/00, публ. 20.03.98, содержащее основание, нагрузочное (тормозное) и соединительные устройства. На основании закреплены продольные направляющие, на которых установлена рама, выполненная в виде автономных балок. Балки установлены с возможностью перемещения по продольным направляющим и фиксирования относительно них. На балках закреплены поперечные направляющие, на которых установлены стойки с возможностью перемещения по ним и фиксирования. На стойках закреплены ложементы для размещения двигателя с возможностью перемещения и фиксирования в избранном направлении.

Недостатками данного технического решения являются:

-жесткая передача вибровозбуждения от исследуемого работающего ДВС на присоединительные металлические элементы основания и соединительные устройства стенда (ложементы, стойки, поперечные и продольные направляющие, автономные балки рамы) и, как следствие, интенсивное шумовое излучение от этих элементов в пространство испытательного помещения (моторного бокса); N п t -жесткая и интенсивная передача возбуждения от работающего нагрузочного (тормозного) устройства (электрическая машина) на металлические элементы основания и соединительные устройства стенда (ложементы, стойки, поперечные и продольные направляющие, автономные балки рамы); -излучение воздушного шума в пространство испытательного помещения моторного бокса непосредственно корпусом и вентилятором электрической машины нагрузочного устройства. В связи с перечисленными недостатками, такого типа концепции стендов не нашли применения в практике виброакустических испытаний ДВС, когда требуется свести к минимуму посторонние (помимо исследуемого ДВС) шумовые излучения от приводных механизмов и систем стендового оборудования моторного бокса. Для проведения стендовых виброакустических исследовательских и доводочных работ на ДВС нашли широкое применение специализированные нагрузочные стенды, установленные в специальных акустических (полузаглушенных или безэховых) камерах например, 1, 2, 3 (прилагаются); 1 Adam Gavine. The American Way. Testing Technology International, ovember, 2000, p. 28...31; 2 ГУП НИЦИАМТ «Акустический центр выполнит:. Автомобильная ромышленность, 2000, №11, с.1. 3 Peter Gutzmer und Reimer Pilgrim. Motorakustische Versuchs-und Мер chnik bei Porsche. MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 48 (1987), 2, 47...50. В частности, в 1 приведен пример использования полузаглушенной акустической камеры фирмы «Крайслер (США), в 2 - акустический моторный стенд центрального автополигона ГУП НИЦИАМТ (г. Дмитров, Московской обл.) с жестким звукоотражающим полом, на пазовой плите которого с помощью специальных стоек закреплен исследуемый ДВС. Тормозные (или приводные - на режимах прокрутки двигателя без реализации в нем рабочего процесса) установки стенда (их 2) находятся на этом же уровне вне помещения акустической камеры и располагаются за стенами камеры в соседнем помещении (помещение машинного зала). Исследуемый ДВС с тормозной балансирной машиной соединяется с помощью специальных приводных валов (валов отбора мощности), обеспечивающих передачу

крутящего или тормозного момента между ними. Концевые участки приводных валов закреплены с помощью специальных стоек к пазовой плите и непосредственно поверхности пола камеры. Трубопроводы и различные коммуникационные элементы систем питания, охлаждения, отвода выхлопных газов выводятся из пространства акустической камеры через специальные звукоизолированные проемы в полу (пазовой плите) камеры в машинное отделение стенда, оборудованное различными технологическими системами и агрегатами обеспечения функционирования стенда. Недостатками используемой концепции акустического моторного стенда является применение камеры с жестким звукоотражающим полом, искажающим реальное звуковое поле исследуемого ДВС (в особенности, - излучение звука нижней частью ДВС, находящейся в непосредственной близости от звукоотражающей поверхности пола, которая, как правило, у всех поршневых ДВС является наиболее шумовиброактивной). Именно в связи с этим, нижняя зона двигателя представляет для исследователей и доводчиков ДВС наибольший практический интерес и требует выполнения в этой зоне наиболее трудоемких и, по-возможности, наиболее точных и объективных исследований. С другой стороны, применение в качестве соединительных приводных элементов, соединяющих коленчатый вал ДВС и вал отбора мощности тормозной машины стенда, длинных карданных валов с опорными подшипниками в вертикальных стойках, установленных на пазовой плите и непосредственно полу камеры, вызывает проблемы их центровки с коленчатым валом исследуемого ДВС, и, как следствие,- генерирование вибросил на частотах и порядковых гармониках их вращения, передаваемых через опорные связи как непосредственно исследуемому ДВС, вызывая его дополнительное шумоизлучение, так и некоторым присоединенным структурам акустической камеры (например, полу камеры), что влечет дополнительное искажение регистрируемых шумовых характеристик как исследуемого ДВС, так и излучение «паразитного звука непосредственно защитными кожухами валов стенда, а также и излучение «паразитного звука непосредственно полом акустической камеры, вследствие передачи этого вибрационного возбуждения на пол (пазовую плиту) через опорные стойки валов.

публикации 3, применяемого в исследовательском центре фирмы «Порше (ФРГ). В данном случае он предусматривает применение тормозного (нагрузочного) стенда, установленного по центру камеры внизу под поверхностью пола полностью заглушенной безэховой акустической камеры. Передача крутящего (тормозного) момента осуществляется при этом бесконечной гибкой связью - гладкоременной передачей. В этом случае, пол акустической камеры выполнен полностью виброизолированным от автономного фундамента, на котором установлен приводной (тормозной) стенд, а его поверхность (пола) покрыта эффективным шумопоглощающим материалом (специальными шумопоглощающими клиньями). Корпус двигателя, как объект исследования, в этом случае располагается вблизи геометрического центра воздушного пространства камеры, т.е. в зоне наиболее удаленной от звукоотражающих поверхностей (т.е. с «наилучшей акустикой). Нижняя зона исследуемого ДВС не находится вблизи звукоотражающей поверхности пола, как это имело место в 1 и 2, и является открытой для качественных, объективных измерений параметров акустического поля исследуемого ДВС. Таким образом, эта конструкция 3 акустического моторного стенда является более совершенной и принимается в качестве прототипа.

Недостатками известного прототипа акустического моторного стенда с ременным приводом 3 являются:

-высокая виброакустическая возбудимость конструкции на резонансных частотах колебаний стенок кожуха приводного ремня;

-слабая звукоизолирующая способность тонкостенной металлической структуры стенок кожуха;

-большая площадь внешней звукоотражающей поверхности стенок кожуха.

Известен защитный кожух приводного ремня тормоза асинхронной балансирной машины акустического моторного стенда 3, выполненный в виде замкнутого тонкостенного стального короба, установленного между технологическими проемами в несущей раме стенда и бетонном полу испытательной камеры. Данный кожух приводного ремня выполняет в первую очередь защитную функцию - исключая попадание посторонних предметов и обеспечивая безопасную эксплуатацию стенда в зоне вращения приводного

ремня, несущую функцию - являясь дополнительной опорой рамы каркаса стенда, и направляющую функцию - центрируя технологические проемы в раме и бетонном полу испытательной акустической камеры. В это же время, как звукоизолирующая и звукопередающая структура, кожух приводного ремня стенда является соединительным тупиковым каналом, сообщающим пространства мащинного отделения и акустической безэховой камеры, в которой производятся измерения характеристик акустических излучений исследуемых ДВС. Несмотря на то, что кожух является тупиковым соединительным каналом, исключающим передачу звука воздущным путем, звук из зашумленной зоны машинного отделения может, тем не менее, передаваться в измерительное пространство акустической камеры, переизлучаясь в виде структурного шума вибрирующих стенок кожуха, возбуждаемых звуковыми волнами в замкнутом воздушном пространстве (канале) кожуха. Существенным недостатком известной конструкции кожуха является его высокая виброакустическая возбудимость на резонансных частотах колебаний стенок кожуха, возбуждение собственных резонансов воздушной полости кожуха и слабая звукоизолирующая способность тонкостенной металлической структуры стенок кожуха. Шум от работающего технологического оборудования стенда в машинном отделении (например, от асинхронной балансирной машины, вентиляторов, насосов и т.д.), при такой конструкции кожуха, легко проникает в пространство открытого технологического проема кожуха, возбуждает воздущным путем металлические стенки кожуха и в конечном итоге - переизлучается в помещение испытательной камеры в виде паразитного шумового сигнала, тем самым искажая реальное звуковое поле вокруг исследуемого ДВС. Вращающийся плоский приводной ремень большой длины, используемый в качестве элемента передачи крутящего момента между нижним и верхним подшипниковыми валами привода, совершая изгибные колебания типа колеблющейся струны, является дополнительным источником шума в пространстве кожуха, генерируя в нем соответствующие звуковые волны, также передающиеся (переизлучаемые) в пространство безэховой камеры при высокой виброакустической возбудимости и слабой звукоизолирующей способности стенок защитного кожуха привода. Кроме этого, металлические стенки ременного кожуха возбуждаются жестким (твердым) путем, передаваемым от контактирующих с ними элементов несущей рамы стенда, вибронагруженной в первую очередь виброактивной

подшипниковой опорой верхнего приводного вала, которые, вибрируя, сами становятся вторичным и непосредственным структурным излучателем звука. Таким образом, нижняя (приемная) открытая часть кожуха (проем) является приемником звуковых волн из зашумленного пространства машинного зала, а сама структура кожуха - передающим звеном. Ввиду того, что корпус опорного подшипника приводного вала является массивной корпусной структурой с относительно слабыми возможностями ее динамического возбуждения воздушным путем падающими на нее звуковыми волнами, то переизлучение через нее воздушного шума, передаваемого внутренней полостью кожуха незначительно. С другой стороны, указанная корпусная деталь с вращающимися подшипниковыми узлами является чрезвычайно виброактивной и присоединенная к ней верхняя зона кожуха может очень сильно возбуждаться от нее структурными вибрациями, генерируемыми подшипниковым узлом. В связи с этим, тонкостенная оболочка кожуха является и интенсивным излучателем структурного шума, возбуждаемого вибрациями, сообщаемыми вибрирующим корпусом подшипникового узла. В особенности, интенсивное возбуждение и излучение шума элементами привода моторного стенда, происходит на отдельных резонансных скоростных режимах его работы, когда собственные частоты колебаний отдельных элементов привода или кратные им гармоники, совпадая с собственными частотами других элементов привода, совпадают, при этом, с частотами возбуждения (или кратными гармониками частот возбуждения) работающего привода (в первую очередь частотами возбуждения, генерируемыми подшипниковой опорой верхнего приводного вала).

Все вышесказанное является существенным препятствием для проведения качественных вьюокоточных акустических испытаний двигателя внутреннего сгорания.

Предлагаемое техническое решение позволяет в значительной степени устранить обозначенные недостатки и в конечном итоге достичь:

-вьюокой степени звукоизоляции структуры (оболочки) кожуха, как тупикового волновода, для ослабления передачи шума воздушным путем из помещения машинного отделения в пространство измерительной акустической безэховой камеры;

через присоединительные опорные связи твердым путем и, как

следствие, слабого излучения структурного шума кожуха.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном низкошумном стенде для исследования и доводки двигателей внутреннего сгорания, смонтированном в безэховой акустической камере, содержащем, в частности, установленный ниже поверхности пола акустической камеры, на виброизолированном автономном фундаменте электродвигатель, передающий крутящий момент или тормозное усилие на приводной вал исследуемого двигателя внутреннего сгорания, при этом приводные элементы электродвигателя охвачены защитным звукоизолирующим кожухом, стенки которого выполнены из многослойной виброшумозадемпфированной структуры, стенки защитного металлического кожуха изнутри футерованы звукопоглощающим материалом, снаружи стенки задемпфированы слоем вибродемпфирующего материала, внутри защитного кожуха, с зазором по отношению к его стенкам, установлен металлический короб, с возможностью образования замкнутого пространства между стенками кожуха и короба, которое заполнено сыпучим виброшумодемпфирующим звукоизолирующим веществом, при этом наружные стенки короба задемпфированы вязкоупругим ламинатным вибропоглощающим материалом, а внешняя поверхность защитного кожуха футерована эффективным звукопоглощающим материалом, облицованным звукопроницаемым, негорючим, влагостойким стеклотканевым волокном или тонкой, защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной плёнкой. В качестве сыпучего виброшумодемпфирующего звукоизолирующего вещества может быть использовано однородное вещество, например, кварцевый песок, металлическая дробь и др. Либо в качестве сыпучего виброшумодемпфирующего звукоизолирующего вещества может быть использована композиционная смесь из нескольких сыпучих вибродемпфирующих материалов.

На фиг. 1 представлена заявляемая в качестве полезной модели, полностью заглушенная безэховая акустическая камера 1, с установленной внизу под поверхностью пола 2 приводной (тормозной) балансирной асинхронной (или постоянного тока) машины 3 на виброизолированном специальными пружинами 4 автономном фундаменте 5. Внутренняя бетонная оболочка 6 камеры 1 установлена по периметру пола 7 на специальных пружинах 8, и полностью изолирована от внешней бетонной оболочки 9

/Mcj (/

(принцип строительства «камера в камере). Пол 10 акустической камеры 1 виброизолирован от фундамента 5, на котором установлена балансирная асинхронная машина 3, резиновыми уплотнениями 11. Поверхность пола 10, стен б и потолка 12 камеры 1 покрыта специальными шумопоглощающими клиньями 13. Балансирная асинхронная машина 3 передает крутящий (тормозной) момент через нижний вал 14, установленный в корпусе 15 нижнего опорного подшипникового узла, приводной ремень 16, верхний вал 18, закрытый защитным кожухом 19. Область вращения приводного ремня 16 закрыта защитным звукоизолирующим кожухом 17. Объект испытаний - ДВС 20 монтируется на вертикальных стойках 21 системы крепления ДВС на стенде. Продольные балки 22 системы крепления ДВС, стойки 23 защитного кожуха 19, корпус 24 верхнего опорного подшипникового узла смонтированы на несущем силовом каркасе 25. Пол испытательной камеры 1 представляет собой звукопрозрачные решетки 26, изолированные от рамы 27 несущего силового каркаса 25. Воздушная полость камеры 1 вентилируется высокопроизводительной приточной 28 и вытяжной 29 вентиляцией.

На фиг. 2, 3 представлена конструкция звукоизолирующего кожуха 17 приводного ремня 16 асинхронной балансирной машины 3 акустического моторного стенда в виде многослойной виброшумозадемпфированной структуры, включающей:

-внутренний звукопоглощающий слой 30 из пористого (волокнистого или

открытоячеистого пенистого) материала с внешним защитным

звукопрозрачным слоем (ткань, пленка);

-несущую внутреннюю металлическую оболочку кожуха 31;

-слой вибродемпфирующего материала 32 (самоклеющийся или

термоприплавляемый ламинат, например, битумный);

-сыпучее виброшумодемпфирующее звукоизолирующее вещество 33

(кварцевый песок, металлическая дробь, или композиционная смесь

нескольких сыпучих вибродемпфирующих материалов);

-дополнительную внешнюю оболочку металлического кожуха 34;

-демпфирующий ламинат 35 внешней оболочки кожуха, например,

битумный;

-внешний звукопоглощающий слой 36 из пористого (волокнистого или

открытоячеистого пенистого) материала с защитным звукопрозрачным

слоем (ткань, пленка) 37.

Стенки 31 несущего, защитного металлического короба кожуха 17 изнутри футерованы звукопоглощающим материалом 30 для частичного поглощения воздушного звука внутри полости кожуха 17, устранения образования стоячих звуковых волн между параллельными противолежащими стенками канала кожуха. Извне стенки 31 задемпфированы слоем вибродемпфирующегоматериала32(самоклеющегосяили

термоприплавляемого битумного ламината) для ослабления возбуждения структурных вибраций и звука его стенок 31 и увеличения звукоизолирующей способности короба кожуха 17. Дополнительно установленный с зазором внешний замкнутый металлический короб 34 (конструкция типа «короб в коробе), образует замкнутое пространство между стенками двух коробов, которое впоследствие заполняется сыпучим виброшумодемпфирующим звукоизолирующим веществом 33, например, кварцевым песком, металлической дробью или композиционной смесью нескольких сыпучих вибродемпфирующих материалов. Тем самым, обеспечивается дополнительноевысокоэффективноевиброшумодемпфирование

металлических стенок обеих, установленных с зазором друг к другу, коробов кожуха 17, а также существенно увеличивается шумоизоляция такой многослойной структуры стенок кожуха 17. Внешняя поверхность дополнительного короба 34 демпфируется также еще и вязкоупругим ламинатным вибропоглощающим материалом 35, а для ослабления возникновения звукоотражающих эффектов на внешних поверхностях кожуха 17 от падающих звуковых волн в пространстве акустической камеры 1 - лицевая поверхность внешнего короба 34 кожуха 17 футеруется эффективным звукопоглощающим материалом 36, с последующей облицовкой, например, звукопроницаемым, негорючим, влагостойким стеклотканевым волокном или тонкой, защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой 37.

Выполнение кожуха 17 в виде такой многослойной структуры из чередующихся разнородных материалов, отличающихся по толщине, плотности, модулю Юнга, коэффициенту внутренних потерь и коэффициенту звукопоглощения отдельных слоев, включающих, например: //лг

О 10 т -внутренний звукопоглощающий слой 30 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала с защитным звукопрозрачным слоем (ткань, пленка); -стальной лист 31; -слой вибродемпфирующего материала 32 (самоклеющийся или термоприплавляемый битумный ламинат); -сыпучее виброшумодемпфирующее звукоизолирующее вещество 33 (кварцевый песок, металлическая дробь, или композиционная смесь нескольких сыпучих вибродемпфирующих материалов); -стальной лист 34; -слой вибродемпфирующего материала 35, (самоклеющийся или термоприплавляемый битумный ламинат); -внешний звукопоглощающий слой 36 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала с защитным звукопрозрачным слоем (ткань, пленка) 37; Это позволяет в совокупности обеспечить высокий звукоизолирующий эффект за счет рассогласования волновых сопротивлений смежных чередующихся слоев. Внешняя облицовка кожуха 17 слоем звукопоглощающего материала 36, кроме частичного дополнительного ослабления звука, излучаемого кожухом 17, позволяет, в первую очередь, обеспечить ослабление эффекта звукоотражения волн, падающих на поверхность кожуха 17 со стороны свободного пространства акустической безэховой камеры 1, т.е. уменьшить искажение звукового поля звуковых волн, излучаемых непосредственно объектом исследований - ДВС 20. Практическая реализация предлагаемой конструкции позволяет повысить очность и объективность результатов стендовых виброакустических испытаний 11

Claims (3)

1. Низкошумный стенд для исследования и доводки двигателей внутреннего сгорания, смонтированный в безэховой акустической камере, содержащий, в частности, установленный ниже поверхности пола акустической камеры на виброизолированном автономном фундаменте электродвигатель, передающий крутящий момент или тормозное усилие на приводной вал исследуемого двигателя внутреннего сгорания, при этом приводные элементы электродвигателя охвачены защитным звукоизолирующим кожухом, стенки которого выполнены из многослойной виброшумозадемпфированной структуры, отличающийся тем, что стенки защитного металлического кожуха изнутри футерованы звукопоглощающим материалом, снаружи стенки задемпфированы слоем вибродемпфирующего материала, внутри защитного кожуха, с зазором по отношению к его стенкам, установлен металлический короб с возможностью образования замкнутого пространства между стенками кожуха и короба, которое заполнено сыпучим виброшумодемпфирующим звукоизолирующим веществом, при этом наружные стенки короба задемпфированы вязкоупругим ламинатным вибропоглощающим материалом, а внешняя поверхность защитного кожуха футерована эффективным звукопоглощающим материалом, облицованным звукопроницаемым, негорючим, влагостойким стеклотканевым волокном или тонкой, защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной пленкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве сыпучего виброшумодемпфирующего звукоизолирующего вещества использован кварцевый песок.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве сыпучего виброшумодемпфирующего звукоизолирующего вещества использована композиционная смесь из нескольких различных сыпучих вибродемпфирующих материалов - песка, свинцовой, чугунной дроби.