RU22553U1 - Низкошумный исследовательский моторный стенд - Google Patents

Description

в частн испыта внутре стенды Низкошумный исследовательский моторный стенд. Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, ости к испытательному стенду для проведения виброакустических стендовых ний двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС). Для определения основных технических показателей двигателей него сгорания (далее - ДВС) используют специальные испытательные , 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);

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;

излучение структурного и воздушного шума вибрирующими элементами соединительного приводного вала и ограждающего кожуха между исследуемым ДВС и тормозным агрегатом;

большая звукоотражающая поверхность ограждающего защитного кожуха приводного соединительного вала, искажающая условия свободного звукового поля в измерительных точках вокруг исследуемого

В связи с перечисленными недостатками, такого типа концепции стендов не нашли применения в практике виброакустических испьгганий 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 шумовиброакгивной). 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. Как и в случае известного технического решения по патенту РФ №2107175, в противопоставленных в публикациях 1 и 2 не решены проблемы ослабления звукоотражающих эффектов от поверхностей кожухов, ограждающих вращающиеся приводные валы, соединяющие коленвал исследуемого ДВС и тормозную машину.

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 эффеетивным 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, 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 защитного кожуха приводного вала, соединяющего коленвал исследуемого ДВС и вал тормозного стенда;

слабая звукоизолирующая способность тонкостенной металлической структуры стенок защитного кожуха приводного вала, что приводит к переизлучению в пространство камеры шума, генерируемого вращающимся валом;

большая площадь внешней звукоотражающей поверхности стенок защитного кожуха приводного вала, создающая существенный звукоотражающий эффект в контрольных измерительных точках, располагаемых вокруг исследуемого ДВС. металлическом основании, жестко закрепленном на двух поддерживающих

вертикальных стойках и в корпусе верхнего опорного подшипникового узла. Существенным недостатком данной конструкции защитного кожуха приводного вала является высокая вибровозбудимость и вибропроводность его тонкостенной металлической структуры на резонансных частотах колебаний стенок кожуха, низкие звукоизолирующие свойства, что приводит к дополнительному шумовому излучению во время проведения акустических испытаний исследуемого ДВС, и, таким образом, к снижению точности измерений шума, излучаемого объектом испытаний, и достоверности исследовательских акустических работ. Вибрация, генерируемая элементами привода (тормоза) стенда передается непосредственно на металлическую оболочку и основание защитного кожуха преимущественно твердым путем через жесткие присоединительные связи (корпус верхнего опорного подшипникового узла, вертикальные поддерживающие стойки). Кроме этого, металлические стенки кожуха дополнительно возбуждаются воздушным путем шумом от вращающегося приводного вала, опорных подшипников, ременной передачи, который, в конечном итоге, переизлучается в помещение испьп ательной камеры в виде паразитного шумового сигнала, тем самым искажая реальное звуковое поле вокруг исследуемого ДВС. Звуковые волны, генерируемые вращающимися приводными элементами стенда (валы, подшипники, ремень) безпрепятственно проникают в пространство моторного бокса через открытый торцевой проем кожуха приводного вала со стороны ДВС. Недостатком конструкции защитного кожуха приводного вала акустического моторного стенда также является большая площадь звукоотражения внешней поверхности оболочки и основания кожуха, что приводит к возникновению дополнительных звукоотражающих эффектов, искажающих реальное (свободное) звуковое поле вокруг исследуемого объекта (ДВС).

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить обозначенные выше недостатки.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном исследовательском моторном стенде, содержащем, в частности, защитный звукоизолирующий кожух ограждения привода, кинематически связывающего приводной вал двигателя внутреннего сгорания с приводным валом балансирной асинхронной машины, защитный звукоизолирующий кожух выполнен в виде многослойной виброшумозадемпфированной структуры, включающей несущую металлическую оболочку кожуха, внутренний звукопоглощающий слой из пористого,

6

ВОЛОКНИСТОГО или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, слой вибродемпфирующего материала и внешний звукопоглощающий слой из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, при этом несущая металлическая оболочка кожуха жёстко смонтирована на опорном металлическом основании посредством крепёжных элементов, а само опорное основание снабжено опорным кронштейном, которые задемпфированы слоистым вибродемпфирующим материалом, внутренняя поверхность опорного основания футерована звукопоглощающим материалом, торцы кожуха ограничены крышками с центральнымотверстием,которыеизнутризадемпфированы

вибродемпфирующими накладками и футерованы внешними звукопоглощающими панелями, внешние поверхности которых облицованы защитным звукопрозрачным слоем.

Как возможные варианты конструктивного исполнения, стенки защитного кожуха могут быть выполнены непараллельными. Либо стенки защитного кожуха могут быть выполнены криволинейными, в виде плоского опорного основания, замыкаемого полуцилиндром.

Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.

На фиг. 1 представлена полностью заглушенная безэховая акустическая камера 1, в которой установлен заявляемый в качестве полезной модели низкошумный исследовательский моторный стенд.

На фиг. 2, 3, 4 представлена конструкция защитного звукоизолирующего кожуха.

На фиг. 5 представлена схема механического привода акустического моторного стенда.

Полезная модель, изображённая на фиг. 1 представляет собой низкошумный исследовательский моторный стенд смонтированный в полностью заглушенной безэховой акустической камере 1, с установленной внизу под поверхностью пола 2 приводной (тормозной) балансирной асинхронной (или постоянного тока) машиной 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 (принцип строительства «камера в камере). Пол 10 акустической камеры 1 виброшумоизолирован от фундамента 5, на котором установлена балансирная асинхронная машина 3, резиновыми уплотнениями 11. Поверхности пола 10, стен 6

и потолка 12 камеры 1 покрыты специальными шумопоглощающими клиньями (или кулисами) 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 звукоизолирующим 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, корпус 23 верхнего опорного подшипникового узла смонтированы на несущем силовом каркасе 24. Пол испытательной камеры 1 представляет собой звукопрозрачные решетки 25, виброизолированные от рамы 26 несущего силового каркаса 24. Воздушная полость камеры 1 вентилируется высокопроизводительной приточной 27 и вытяжной 28 вентиляцией.

На фиг. 2, 3, 4 представлена конструкция защитного звукоизолирующего кожуха 19 приводного вала 18 в виде многослойной виброшумозадемпфированной структуры, включающей:

внутренний звукопоглощающий слой 29 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем (ткань, пленка) 30;

слой вибродемпфирующего материала 31 (самоклеющийся или термоприплавляемый ламинат, например, битумный); несущую металлическую оболочку 32;

внешний звукопоглощающий слой 33 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем (ткань, пленка) 34;

На фиг. 5 представлена схема механического привода акустического моторного стенда, поясняющая динамику возникновения структурных вибраций и излучения звука стенками защитного кожуха.

Несущая металлическая оболочка кожуха 32 жестко монтируется на опорном металлическом основании 35 с помощью винтов 36. Опорное основание 35 усилено (ужесточено) опорным кронштейном 37. Для ослабления возбуждения структурных вибраций и звука, опорное основание 35 и опорный кронштейн 37 задемпфированы слоями вибродемпфирующего материала 38 (например, самоклеющегося или термоприплавляемого битумного ламината). Внутренняя поверхность опорного основания футерована звукопоглощающим материалом 39, позволяющим

совместно с внутренней звукопоглощающей футеровкой 29 оболочки 32 кожуха 19, частично поглотить воздушный звук, генерируемый вращающимися приводными элементами стенда (ремнем 16, валом 40, опорными подшипниками 41, приводным валом 18), внутри полости кожуха 19, устраненить образования стоячих звуковых волн между параллельными противолежащими стенками кожуха вала и опорного основания, вызывающих усиленную передачу звукового резонансного излучения. Футеровка внешней поверхности оболочки 32 кожуха 19, основания 35 и кронштейна 37 эффективным звукопоглощающим материалом 33 с последующей облицовкой, например, звукопроницаемым, негорючим, влагостойким стеклотканевым волокном или тонкой, защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой 34, кроме дополнительного ослабления звука, излучаемого из полости кожуха 19, позволяет, в первую очередь, обеспечить ослабление эффекта звукоотражения волн, генерируемых объектом исследований ДВС на поверхности кожуха 19, основания 35 и кронштейна 37 со стороны свободного пространства акустической безэховой камеры 1, т.е. уменьшить искажение поля звуковых волн, излучаемых непосредственно объектом исследований - ДВС 20.

Для предотвращения проникновения звука в помещение испытательной камеры 1 со стороны торцевой части полости кожуха 19, торец кожуха 19 закрывается крышкой 42, выполненной из металлического листа 43 с центральным отверстием 44, обрамляющим с зазором корпус стендовой задней подшипниковой опоры 45 ДВС 20. Торцевая крышка 42 имеет резьбовые отверстия 46 для жесткого фиксирования крышки в торце кожуха 19 с помощью винтов. Металлическая структура 43 крышки 42 изнутри задемпфирована вибродемпфирующей накладкой 47, и футерована внутренней звукопоглощающей панелью 48. Извне крышка 42 футерована внешней звукопоглощающей панелью 49. Поверхности внутренней 48 и внешней 49 звукопоглощающих панелей облицованы защитным звукопрозрачным слоем (ткань, пленка) 50.

На фиг. 6 представлена в качестве варианта схема звукоизолирующего защитного кожуха, имеющая непараллельные стенки кожуха и основания () для усиления эффекта диффузности звукового поля в закрьп ой полости кожуха, с целью устранения образования стоячих звуковых волн в полости кожуха между противолежащими поверхностями стенок.

позволяющие избегать формирования в поперечном сечении полости кожуха стоячих звуковых волн между противолежащими стенками кожуха. В последнем случае (фиг. 8) опорное основание 35 имеет форму цилиндрической поверхности.

Практическая реализация предлагаемой конструкции низкошумного акустического моторного стенда позволяет повысить точность и объективность результатов стендовых виброакустических испытаний ДВС.

Claims (3)

1. Низкошумный исследовательский моторный стенд, содержащий, в частности, защитный звукоизолирующий кожух ограждения привода, кинематически связывающего приводной вал двигателя внутреннего сгорания с приводным валом балансирной асинхронной машины, отличающийся тем, что защитный звукоизолирующий кожух выполнен в виде многослойной виброшумозадемпфированной структуры, включающей несущую металлическую оболочку кожуха, внутренний звукопоглощающий слой из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, слой вибродемпфирующего материала и внешний звукопоглощающий слой из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, при этом несущая металлическая оболочка кожуха жестко смонтирована на опорном металлическом основании посредством крепежных элементов, а само опорное основание снабжено опорным кронштейном, которые задемпфированы слоистым вибродемпфирующим материалом, внутренняя поверхность опорного основания футерована звукопоглощающим материалом, торцы кожуха ограничены крышками с центральным отверстием, которые изнутри задемпфированы вибродемпфирующими накладками и футерованы внешними звукопоглощающими панелями, внешние поверхности которых облицованы защитным звукопрозрачным слоем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стенки защитного кожуха выполнены непараллельными.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стенки защитного кожуха выполнены криволинейными в виде плоского опорного основания, замыкаемого полуцилиндром.