RU22552U1 - Стенд для акустических исследований двигателей внутреннего сгорания - Google Patents

Description

в ча исп спе изм Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, тности к испытательному стенду для проведения виброакустических стендовых таний двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС). Для определения основных технических показателей ДВС используют иальные испытательные стенды, оборудованные различными устройствами и рительной аппаратурой. В качестве базового оборудования стенд испьпаний 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);

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, по заявке 96114020), 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);

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, в первую очередь из-за того, что 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,

1 Adam Gavine. The American Way. Testing Technology International, November, 2000, p. 28...31;

2 ГУП НИЦИАМТ «Акустический центр выполнит:. Автомобильная промышленность, 2000, №11, 1.

3 Peter Gutzmer und Reimer Pilgrim. Motorakustische Versuchs-und Мер technik 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.

Более прогрессивным методом исследования и регистрации акустической энергии, излучаемой ДВС в стендовых условиях, является использование концепции акустического моторного стенда, описанного в публикации 3 - ПРОТОТИП, 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 (с «наилучшей акустикой). Нижняя зона исследуемого ДВС не находится вблизи звукоотражающей поверхности пола, как это имело место в 1 и 2, а 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.

Известная несущая рама силового каркаса акустического моторного стенда 3, выполнена в виде замкнутого металлического короба квадратного сечения, с заполненной бетоном внутренней полостью. Недостатком данной конструкции несущей рамы является высокая вибровозбудимость и вибропроводность металлической оболочки структуры металлического короба верхней горизонтальной стенки рамы, не связанной с поверхностью бетонного заполнения и имеющей возможность свободно совершать изгибные колебания в связи с наличием образованного воздушного зазора между верхней горизонтальной стенкой короба и свободной поверхностью, находящегося в полости рамы застывшего бетона. Образование данного воздушного зазора неизбежно связано с усадкой структуры бетона после заполнения его в полости рамы и последующего процесса застывания. Вибрация, генерируемая элементами привода (тормоза) стенда, передается непосредственно на несущую раму силового каркаса преимущественно твердым путем опорными связями и присоединительными элементами, в первую очередь через жестко закрепленный на раме корпус верхнего блока подшипников (требование жесткого закрепления верхнего опорного подшипника и корпуса привода необходимо для обеспечения высокоточной центровки верхнего и нижнего валов ременного привода и обеспечения постоянства значения усилия натяжения ремня во всем скоростном диапазоне работы привода стенда) и через поддерживающую стойку (опору) кожуха соединительного вала между ДВС и верхним валом опорного подшипника. Металлическая структура верхней горизонтальной стенки рамы является легко возбудимой от подводимых динамических воздействий, генерируемых приводными (тормозными) агрегатами стенда. Наиболее опасным является ее резонансное динамическое возбуждение при совпадении изгибных резонансов структуры несвязанной (свободной) части стенки расположенной с воздушным зазором относительно поверхности бетонной структуры с частотами возбуждения привода стенда. Циркулирующая по металлической структуре рамы вибрационная энергия переизлучается в пространство помещения испытательной камеры в виде структурного шума верхней

свободной зоны стенки рамы, искажая реальное (свободное) звуковое поле вокруг исследуемого ДВС, и тем самым снижая точность и достоверность стендовых акустических испытаний.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить обозначенные выше недостатки.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном стенде для акустических исследований двигателей внутреннего сгорания, содержащем, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС и выполненную в виде металлического профиля объёмного сечения, полость которого заполнена бетоном, несущая рама силового каркаса имеет в поперечном сечении форму перевёрнутого П-образного профиля, заполненного до краёв бетоном, на верхней поверхности рамы, посредством сварочного шва, закреплены две горизонтальные металлические перфорированные плиты, с образованием между поверхностью бетона и плиты зазора, причём сквозные отверстия перфорации в плитах совпадают с глухими отверстиями в массиве бетона, при этом зазор между плитами и поверхностью бетона, полости сквозных отверстий перфорации в плитах и полости глухих отверстий в бетоне заполнены жёстким, вибродемпфирующим, обладающим высокими адгезионными свойствами веществом, например, эпоксидной смолой.

Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.

На фиг. 1 представлена полностью заглушенная безэховая акустическая камера.

На фиг. 2 представлен фрагмент конструкции предлагаемого стенда для акустических исследований ДВС, содержащий низкошумную несущую раму силового каркаса.

Полезная модель изображённая на фиг.1 представляет собой стенд для акустических исследований ДВС, смонтированный в полностью заглушенной безэховой акустической камере 1, с установленной внизу под поверхностью пола 2 камеры 1 приводной (тормозной) балансирной асинхронной (или постоянного тока) машиной 3 установленной 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 виброизолирована от внешней бетонной оболочки 9 (принцип строительства «камера в камере). Пол 10 акустической камеры 1 виброшумоизолирован резиновыми уплотнениями 11 в зонах

6

сопряжения с примыкающими поверхностями фундамента 5, на котором установлена балансирная асинхронная машина 3. Поверхности пола 10, стен 6 и потолка 12 камеры 1 покрыты специальными шумопоглощающими клиньями (кулисами) 13. Балансирная асинхронная машина 3 закреплена к полу фундамента 5 и 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 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. Внутренний пол испытательной камеры 1 представляет собой звукопрозрачные решетки 26, виброизолированные от несущей рамы 27 силового каркаса 25. Воздушная полость акустической камеры 1 вентилируется высокопроизводительной приточной 28 и вытяжной 29 вентиляцией.

Сущность полезной модели поясняется графически. На фиг. 2 представлен фрагмент конструкции предлагаемого стенда для акустических исследований ДВС, содержащий низкошумную несущую раму 27 силового каркаса 25 в виде металлического короба 30 повёрнутого П-образного сечения, с заполненной полостью бетоном 31. Организация повернутого П-образного профиля позволяет выполнить верхнюю поверхность рамы в виде бетонных участков, обладающих низкой вибровозбудимостью и вибропроводностью в сравнении с замкнутой металлической конструкцией. Для надежного монтажа на несущей раме 27 продольных балок 22 системы крепления ДВС к верхней поверхности рамы посредством сварочного шва 32 закреплены две металлические плиты 33. С целью снижения вибровозбудимости верхних горизонтальных стенок, оболочки металлической структуры плиты 33 перфорированы насквозь, с выполнением соосных глухих отверстий 34 и в бетонной структуре 31. Отверстия 34 выполняются небольшого диаметра (как правило, не превышающего 30 мм), позволяющими впоследствие заполнить образовавшийся вследствие усадки бетона зазор 36 между стенкой горизонтальной металлической плиты 33 и бетоном 31 жестким вибродемпфирующим, с хорошими адгезионными свойствами, веществом 35 (например, эпоксидной смолой). Данное вибродемпфирующее вещество 35, кроме демпфирующей функции, выполняет роль «гвоздей, обеспечивая монолитное замыкание в виде соединения 3-х слойной структуры (металлической плиты 33, слоя

эпоксидной смолы, заполняющего воздушный зазор 36 между бетонной структурой 31 и плитой 33) и, таким образом, предотвращает возникновение свободных изгибных колебаний верхних горизонтальных стенок плит 33 на отдельных резонансных режимах работы ДВС, вызывающих излучение структурного шума, классифицируемого как «мешающий, паразитный.

Практическая реализация предлагаемой конструкции позволит повысить точность и объективность результатов стендовых виброакустических испытаний

Claims (2)

1. Стенд для акустических исследований двигателей внутреннего сгорания, содержащий, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС и выполненную в виде металлического профиля объемного сечения, полость которого заполнена бетоном, отличающийся тем, что несущая рама силового каркаса имеет в поперечном сечении форму перевернутого П-образного профиля, заполненного бетоном, на верхней поверхности рамы посредством сварочного шва закреплены две горизонтальные металлические перфорированные плиты с образованием между поверхностью бетона и плиты зазора, причем сквозные отверстия перфорации в плите совпадают с глухими отверстиями в массиве бетона, при этом зазор между плитой и поверхностью бетона, полости сквозных отверстий перфорации в плите и глухих отверстиях в структуре бетона заполнены жестким, вибродемпфирующим, обладающим высокими адгезионными свойствами веществом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве жесткого, вибродемпфирующего, обладающего высокими адгезионными свойствами вещества используется эпоксидная смола.