RU23502U1 - Низкошумный моторный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания (варианты) - Google Patents

Description

Низко Дл внутренне стенды, об В шумный моторный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания (варианты). я определения основных технических показателей двигателей го сгорания (далее - ДВС) используют специальные испытательные орудованные различными устройствами и измерительной аппаратурой. ачестве 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 системы, обеспечивающие регулирование и управление ДВС в процессе испытаний; 2001129963 Г j. у --,,ma,mamim у- . МПК7С01М 17/00 ч дополнительные устройства и приборы, предназначенные для специальных исследований с целью определения отдельных параметров две (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 ч ч

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 1иумовых 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 (нафузочного) 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. прямоугольного сечения. Недостатком такой конструкции несущей рамы является большая площадь ее звукоотражающей поверхности, искажающей реальное звуковое поле исследуемого объекта - ДВС. Звуковые волны, излучаемые ДВС, отражаются от жесткой металлической поверхности несущей рамы, попадая в измерительную зону вокруг исследуемого объекта испытаний, с установленными измерительными микрофонами, что непосредственным образом оказывает отрицательное влияние на точность и качество акустических исследовательских работ. С другой стороны, структура металлического короба несущей рамы, вибрируя от воспринимаемых динамических (вибрационных) нафузок, излучает в зону измерений соответствующий струюурный шум, дополнительно ухудшающий процесс точных измерений шума исследуемого ДВС. Предлагаемое техническое решение позволяет устранить обозначенные выше недостатки. Сущность полезной модели заключается в том, что в известном моторном стенде для акустических испьпаний двигателей внутреннего сгорания, содержащем, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС и выполненную в виде металлического профиля объёмного сечения, на верхнюю горизонтальную поверхность несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон, открытоячеистого пенополиуретана, с защитной звукопрозрачной оболочкой из тонкой стеклоткани, или алюминизированной лавсановой плёнки, или уретановой плёнки и т.п., высота которых не менее 1/4 длины волны излучаемого двигателем звука самой низкой доминирующей частоты звукового спею-ра. Во втором варианте конструктивного исполнения моторного стенда для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащем, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС и выполненную в виде металлического профиля объёмного сечения, на верхнюю горизонтальную поверхность несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон, открытоячеистого пенополиуретана, при этом, звукопоглощающий материал размещен внутри несущего каркаса из тонких металлических или полимерных трубок, или металлической или полимерной проволочной сетки, который извне v облицован дополнительным звукопоглощающим слоем из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем. В третьем варианте конструктивного исполнения моторного стенда для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащем, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС и выполненную в виде металлического профиля объёмного сечения, на верхнюю горизонтальную поверхность несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон, открьпоячеистого пенополиуретана, при этом, звукопоглощающий материал размещен внутри несущего каркаса из тонких металлических или полимерных трубок, или металлической или полимерной проволочной сетки, который извне облицован дополнительным звукопоглощающим слоем из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, при этом в объёмных поглотителях сформированы полости, в которых установлены каркасы цилиндрической формы, выполненные из тонких металлических или полимерных прутков. В четвертом варианте конструктивного исполнения моторного стенда для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащем, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС и выполненную в виде металлического профиля объёмного сечения, на верхнюю горизонтальную поверхность несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемиые объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон, открьггоячеистого пенополиуретана с защитной звукопрозрачной оболочкой, при этом, объемные поглотители в продольном сечении имеют Z-образную форму, а место сопряжения объемных поглотителей выполнено в виде Г-образного замка. Как возможный вариант конструктивного исполнения, звукопоглощающие накладки могут быть выполнены -П- и/или -Г- образного профиля, охватывая при этом звукоотражающие поверхности не менее чем одной боковой стороны поверхности стенки несущей рамы, в первую очередь со стороны ДВС, излучаемого шум. Ч На фиг. 1 представлена полностью заглушенная безэховая акустическая камера, в которой установлен заявляемый в качестве полезной модели низкошумный моторный стенд для испытаний ДВС. На фиг. 2-6 показаны варианты конструкции предлагаемого низкошумного моторного стенда для испытаний ДВС. Полезная модель, изображенная на фиг. 1, представляет собой моторный стенд, смонтированный в безэховой акустической камере 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 (принцип строительства «камера в камере). Пол 10 акустической камеры 1 виброшумоизолирован резиновыми уплотнениями 11 в зонах сопряжения с примыкающими поверхностями фундамента 5, на котором установлена балансирная асинхронная машина 3. Поверхности пола 10, 2, 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 закрьгга защитным кожухом 17. Объект испытаний - ДВС 20 монтируется на вертикальных стойках 21 системы крепления ДВС на стенде. Продольные балки системы крепления ДВС, стойки 22 защитного кожуха 19, корпус 23 верхнего опорного подшипникового узла смонтированы на несущей раме 26 силового каркаса 24. Внутренний пол испытательной камеры 1 представляет собой звукопрозрачные решетки 25, виброизолированные от несущей рамы 26 силового каркаса 24. Воздушная полость акустической камеры 1 вентилируется высокопроизводительной приточной 27 и вьггяжной 28 вентиляцией. Сущность полезной модели поясняется графически. На фиг. 2 представлен фрагмент конструкции первого варианта заявляемого низкошумного моторного стенда, содержащий несущую раму 26, выполненную в виде замкнутого металлического короба 30 прямоугольного сечения. На верхнюю горизонтальную металлическую поверхность рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители 29, выполненные из пористого звукопоглощающего материала 31. Для эффективного поглощения .. падающих на поверхность рамы 26 звуковых волн, высота В объемного поглотителя 29 должна составлять 1/4Я,, где А, - длина волны излучаемого двигателем звука самой низкой частоты звукового спектра, начиная с которой излучение считается доминирующим в спектре излучения корпусного шума ДВС. Как правило, такой частотой является величина, составляющая примерно 300 Гц, и, соответственно, толщина (высота) объемного поглотителя составит примерно 0.3 метра. Пористая структура звукопоглощающего материала 31 объемного поглотителя 29 заключена в защитную звукопрозрачную оболочку 32, например, из тонкой стеклоткани, алюминизированной лавсановой пленки, уретановой пленки и т.п.. Сама пористая структура поглотителя 29 может представлять собой известный пористый волокнистый или пенистый звукопоглощающий материал, на основе базальтовых или стекляных волокон, открытоячеистого пенополиуретана или другого аналогичного звукопоглощающего материала. Выполнение объемных поглотителей съемного типа, беззазорно укладываемых на верхнюю горизонтальную поверхность рамы, позволит при необходимости легко производить демонтаж поглотителей (например, во время постановки ДВС на стенд, проведения ремонтных или регулировочных работ со стендом или исследуемь1м ДВС). Защитная звукопрозрачная оболочка 32 объемного поглотителя 29 изготавливается преимущественно из моющегося, огнестойкого, влаго-масло-бензостойкого материала, не пропускающего указанные вещества внутрь структуры поглотителя, легко подвергающегося очистке пылесосом или влажной очистке. На фиг. 3 представлен фрагмент конструкции второго варианта низкошумного моторного стенда, содержащий несущую раму, выполненную в виде замкнутого металлического короба 30 прямоугольного сечения. На верхнюю горизонтальную металлическую поверхность рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители 29, выполненные из пористого звукопоглощающего материала 31, размещенного внутри объемного несущего каркаса 33 из тонких металлических или полимерных трубок, или металлизированной или полимерной сетки. Извне несущий каркас 33 дополнительно облицован звукопоглощающим слоем 34 из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем 32. Применение в конструкции объемных поглотителей несущего каркаса позволит обеспечить им заданную геометрическую форму и долговечность.

замкнутого металлического короба 30 прямоугольного сечения. На верхнюю горизонтальную металлическую поверхность рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители 29, выполненные из пористого звукопоглощающего материала 31 полого сечения за счет введения в конструкцию объемного поглотителя дополнительного каркаса 35 цилиндрической формы, выполненного, например, из тонких металлических или полимерных прутков. Такая конструкция объемного поглотителя позволит снизить общий вес поглотителей и увеличить звукопоглощение в области низких частот звукового спектра.

На фиг. 5 представлен фрагмент конструкции четвертого варианта низкошумного моторного стенда, содержащий несущую раму 26, на верхнюю горизонтальную металлическую поверхность которой, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители 29 Z-образного вида, что обеспечивает плотное и надежное сопряжение устанавливаемых поглотителей в виде «Г-образного замка.

На фиг. 6 представлена в качестве варианта конструкция объемного поглотителя 29 П-образного профиля. Данные поглотители монтируются на верхнюю горизонтальную поверхность несущей рамы, охватывая в том числе и звукоотражающие боковые стенки рамы. В этом случае обеспечивается дополнительное поглощение звуковых волн, падающих на боковые поверхности рамы.

На фиг. 7 представлена фафическая зависимость общих уровней шума от оборотов работающего с полной нафузкой 4-х цилиндрового ДВС ВАЗ, рабочим объёмом два литра, без установленных и с установленными в безэховой камере объемными поглотителями. Измерительный микрофон расположен в 1 м от корпуса

На фиг. 8 и 9, представлены 1/3 окгавные спектры уровней корпусного шума 4-х цилиндрового ДВС ВАЗ, рабочим объёмом два литра, при его работе с полной нагрузкой на оборотах максимального момента 3200 1/мин и на обототах максимальной мощности 5600 1/мин. Измерительный микрофон расположен в 1 м от корпуса ДВС.

Данные экспериментальные результаты подтверждают эффективность ослабления негативных звукоотражающих эффектов от поверхностей стенок несущей рамы.

эффектов на верхней поверхности несущей рамы от падающих звуковых волн в пространстве акустической камеры, и повысить точность и объективность результатов стендовых виброакустических испьп-аний ДВС.

Claims (8)

1. Низкошумный моторный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащий, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС, выполненную в виде металлического профиля объемного сечения, отличающийся тем, что на верхней горизонтальной поверхности несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала, причем высота объемных поглотителей составляет не менее 1/4 длины волны излучаемого ДВС звука самой низкой доминирующей частоты звукового спектра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что структура пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала выполнена на основе базальтовых или стеклянных волокон, открытоячеистого пенополиуретана с защитной звукопрозрачной оболочкой из тонкой стеклоткани, или алюминизированной лавсановой пленки, или аналогичных по своим физико-механическим характеристикам материалов.

3. Низкошумный моторный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащий, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС, выполненную в виде металлического профиля объемного сечения, отличающийся тем, что на верхней горизонтальной поверхности несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала, при этом звукопоглощающий материал размещен внутри несущего каркаса из тонких металлических или полимерных трубок или металлической или полимерной проволочной сетки, который извне облицован дополнительным звукопоглощающим слоем из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что структура звукопоглощающего материала выполнена на основе базальтовых или стеклянных волокон, открытоячеистого пенополиуретана.

5. Низкошумный моторный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащий, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС, выполненную в виде металлического профиля объемного сечения, отличающийся тем, что на верхней горизонтальной поверхности несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала, при этом в объемных поглотителях сформированы полости, в которых установлены каркасы цилиндрической формы, выполненные из тонких металлических или полимерных прутков.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что структура звукопоглощающего материала выполнена на основе базальтовых или стеклянных волокон, открытоячеистого пенополиуретана, при этом звукопоглощающий материал размещен внутри несущего каркаса из тонких металлических или полимерных трубок или металлизированной или полимерной сетки, который извне облицован дополнительным звукопоглощающим слоем из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем.

7. Низкошумный моторный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащий, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС, выполненную в виде металлического профиля объемного сечения, отличающийся тем, что на верхней горизонтальной поверхности несущей рамы, по всему ее периметру, установлены легкосъемные объемные поглотители, выполненные из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала, при этом объемные поглотители в продольном сечении имеют Z-образную форму, а место сопряжения объемных поглотителей выполнено в виде Г-образного замка.

8. Низкошумный моторный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что объемные поглотители в поперечном сечении имеют П- и/или Г-образный профиль и смонтированы на несущей раме с возможностью охвата, по крайней мере, одной боковой стенки несущей рамы, в частности, со стороны излучаемого шум ДВС.