RU26130U1 - Стенд для акустических исследований силового агрегата транспортного средства - Google Patents

Description

-i-5-o - ---r:--o ;ra-,.;,r---V МПК7 G01M 17/00

Стенд для акустических исследований силового агрегата транспортного

Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, в частности к испытательному стенду для проведения виброакустических стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС), являющихся составным энергетическим звеном силового агрегата {далее СА) транспортного средства.

Для определения основных технических показателей ДВС, являющихся составным энергетическим звеном силового агрегата транспортного средства, используют специальные испытательные стенды, оборудованные различными устройствами и измерительной аппаратурой. В состав основных узлов СА входит как непосредственно ДВС, так и отдельные трансмиссионные узлы - сцепление, коробка перемены передач, скомпонованные в единый силовой моноблок. В качестве объекта испытаний, как правило, выступает ДВС, как основной источник виброакустического излучения. Для удобства монтажа ДВС на стенде, как правило, используют штатный картер сцепления СА в качестве присоединительной монтажной зоны к элементам крепления стенда.

В качестве базового оборудования стенд испытаний СА содержит:

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

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

-стойки для установки и крепления СА 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 ДВС;

средства.

-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 СА в процессе испытаний;

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

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

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

Известно техническое решение по исполнению стенда для обкатки и испытания ДВС (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 Meptechnik 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 объеетивных 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 стенда для акустических исследований ДВС является более совершенной и принимается в качестве прототипа.

В это же время, в известном стенде для акустических исследований ДВС 3 используется схема подвески исследуемого двигателя с пространственным расположением резинометаллических виброизоляторов (опор), включающим стендовый вариант задней опоры двигателя, выполненной в виде развитой двухплечевой металлической плиты с соответствующими кронштейнами для установки резинометаллических упругих подушек по обе стороны плеч плиты, к которой крепится картер сцепления исследуемого СА и корпус переходного опорного подшипникового узла. Недостатком такой конструкции задней опоры двигателя является достаточно высокая вибровозбудимость самой металлической структуры плиты, непосредственно воспринимаемой динамические воздействия как от присоединенного, работающего исследуемого СА, так и с обратной стороны от динамической системы «СА-стенд (через корпус переходного опорного подшипникового узла от вращающегося приводного карданного вала), что приводит к добротной передаче (циркуляции потоков) по ней вибрационной энергии, с соответствующим излучением структурного шума, дополнительного и паразитного к шумовому излучению, производимому непосредственно исследуемым ДВС, и, таким образом, к снижению точности измерений шума, излучаемого объектом испытаний, и, как следствие, снижению достоверности исследовательских акустических работ. Недостатком также является наличие развитых участков звукоотражающей поверхности плиты, расположенных вблизи корпуса СА, искажающих в результате этого реальное звуковое поле исследуемого объекта - ДВС. Звуковые волны, излучаемые ДВС, отражаются от жесткой металлической поверхности участков плиты, попадая в измерительную зону расположения микрофонов вокруг исследуемого объекта испытаний, что непосредственным образом оказывает отрицательное влияние на точность и объективность акустических измерений.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить обозначенные выше недостатки.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном стенде для акустических исследований СА, содержащем, в частности, устройство крепления СА на стенде, на котором смонтирован исследуемый СА через две автономных передних резинометаллических упругих опоры и стендовую заднюю опору, выполненную в виде развитой двухплечевой металлической плиты с соответствующими кронштейнами для установки резинометаллических упругих подушек, к которой крепится картер сцепления присоединяемого к блоку цилиндров двигателя исследуемого СА и корпус переходного опорного подшипникового узла, при этом, плита внутри зоны, охваченной присоединительным фланцем картера сцепления, перфорирована сквозными разгрузочными, компенсирующими отверстиями диаметром 6-8 мм, а периферийная поверхность неперфорированных участков плиты облицована звукопоглощающим пористым, волокнистым или открытоячеистым пенистым материалом с внешним защитным звукопрозрачным слоем.

Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.

На фиг. 1 представлен заявляемый в качестве полезной модели стенд для акустических исследований СА транспортного средства, установленный в безэховой акустической камере.

На фиг 2 представлена схема механического привода стенда и СА, поясняющая динамику возникновения структурных вибраций и излучения звука стенками развитой двухплечевой металлической плиты стендовой задней опоры СА.

На фиг. 3, 4 представлены фрагменты конструкции предлагаемого стенда для акустических исследований СА, содержащие устройство крепления СА на стенде.

Полезная модель, изображенная на фиг. 1, представляет собой стенд для акустических исследований СА транспортного средства, смонтированный в безэховой акустической камере 1, с установленной внизу под поверхностью пола 2 приводной (тормозной) балансирной асинхронной (или постоянного тока) машиной 3 на виброизолированном слециальными пружинами 4 автономном фундаменте 5. Внутренняя бетонная оболочка 6 камеры 1 установлена по периметру пола 7 на специальных пружинах 8, и полностью виброизолирована от структуры 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 Поверхность пола 10, 2, стен 6 и потолка 12 камеры 1 покрыта специальными шумопоглощающими клиньями (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 17, закрытый защитным кожухом 18, промежуточный карданный вал 19. Область вращения приводного ремня 16 закрыта защитным кожухом 20. Объект испытаний - СА 21 монтируется на вертикальных стойках 22 устройства крепления две на стенде через автономные, разнесенные по обе стороны блока цилиндров две, передние резино-металлические упругие опоры 23 и стендовую заднюю опору 24, с резино-металлическими упругими подушками 25, к которой крепится картер сцепления 26 исследуемого СА 21 и корпус переходного опорного подшипникового узла 27. Продольные направляющие 28 устройства крепления ДВС жестко смонтированы на несущем силовом каркасе 29. Вдоль продольных направляющих 29 свободно перемещаются, с возможностью фиксироваться в необходимом положении, поперечные направляющие 30. Пол испытательной камеры 1 представляет собой звукопрозрачные решетки 31, виброизолированные от рамы 32 несущего силового каркаса 29. Воздушная полость камеры 1 вентилируется высокопроизводительной приточной 33 и вытяжной 34 вентиляцией.

На фиг. 2 представлена схема установки технологических элементов механического привода стенда и СА, обеспечивающих передачу крутящего (тормозного) момента и реализацию технологического процесса испытаний заданием различных скоростных и нагрузочных режимов исследуемого ДВС. Крутящий (тормозной) момент передается от балансирной асинхронной машины к коленчатому валу ДВС 44 через нижний вал (на фиг. 2 не показан), приводной ремень 16, верхний вал 17, смонтированный на двух опорных шариковых подшипниках 35 в корпусе верхнего опорного подшипникового узла 36, промежуточный карданный вал 19, специальный вал 37, смонтированный на двух опорных шариковых подшипниках 38 в корпусе переходного опорного подшипникового узла 27, ведомый диск сцепления 39, установленный на шлицах 40 специального вала 37, и постоянно замкнутый нажимной пружиной 41 и ведущим диском сцепления 42 к маховику 43.

На фиг. 3 представлен фрагмент конструкции предлагаемого стенда для акустических исследований СА транспортного средства, содержащий СА 21 смонтированный на устройстве крепления ДВС на стенде через автономные, разнесенные по обе стороны блока цилиндров ДВС, передние резино и М

металлические упругие опоры 23 и стендовую заднюю опору 24, с резинометаллическими упругими подушками 25, к которой крепится картер сцепления 26, соединенный с блоком цилиндров двигателя исследуемого СА 21 и корпус переходного опорного подшипникового узла 27.

Сущность полезной модели поясняется графически.

На фиг. 4 представлен фрагмент конструкции предлагаемого стенда для акустических исследований СА, содержащий продольные направляющие 28 устройства крепления ДВС на стенде, вдоль которых перемещаются с возможностью фиксироваться в заданном положении поперечные направляющие 30. В свою очередь, вдоль поперечных направляющих 30 перемещаются и фиксируются в необходимом положении вертикальные стойки 22. На двух вертикальных стойках 22 устройства крепления ДВС на стенде, установлена, в частности, стендовая задняя опора ДВС 24, выполненная в виде развитой двухплечевой металлической плиты 45 с соответствующими кронштейнами 46 для установки резинометаллических упругих подушек 25, к которой крепится картер сцепления, соединенный с блоком цилиндров двигателя исследуемого СА и корпус переходного опорного подшипникового узла. В металлической плите 45 выполнены следующие отверстия: 47 - для прохождения специального вала и корпуса переходного опорного подшипникового узла, 48 - для монтажа корпуса переходного подшипникового узла к плите 45, 49 - для крепления картера сцепления, соединенного с блоком цилиндров двигателя исследуемого СА. Зона поверхности металлической плиты 45, закрываемая картером сцепления, установленного на стенде СА, перфорирована сквозными разгрузочными, компенсирующими отверстиями 50 диаметром 6-8 мм для выравнивания образующихся полей давлений по обеим сторонам изгибно-колеблющейся плиты, как излучателя поршневого типа. Таким образом, применение разгрузочных, компенсирующих отверстий позволяет снизить паразитный структурный шум, излучаемый колеблющейся металлической структурой плиты во время проведения акустических исследований ДВС. В это же время, для снижения эффекта звукоотражения волн, падающих на концевые периферические участки поверхности плиты 45 как со стороны излучающего шум ДВС, так и с обратной стороны - излучающих шум вращающихся элементов механического привода, свободные концевые периферические участки плиты 45 (не закрытые картером сцепления) футерованы звукопоглощающим пористым, волокнистым или открытоячеистым пенистым материалом 51, облицованным, в свою очередь, тонким защитным звукопрозрачным слоем 52. Защитный звукопрозрачный слой 52 используется преимущественно из

моющегося, огнестойкого, влаго-масло-бензостойкого материала, не пропускающего указанные вещества внутрь структуры звукопоглощающего материала, легко подвергающегося очистке пылесосом или влажной очистке (например, алюминизированная полиэстеровая пленка).

Практическая реализация предлагаемой конструкции стенда для акустических исследований СА транспортного средства позволяет повысить точность и объективность результатов стендовых виброакустических испытаний две в составе СА.

Claims (1)

1. Стенд для акустических исследований силового агрегата транспортного средства, содержащий, в частности, устройство крепления силового агрегата на стенде посредством двух автономных передних резинометаллических упругих опор и стендовой задней опоры, отличающийся тем, что стендовая задняя опора выполнена в виде развитой двуплечевой металлической плиты с соответствующими кронштейнами для установки резинометаллических упругих подушек, к которой крепится картер сцепления присоединяемого к блоку цилиндров двигателя исследуемого силового агрегата и корпус переходного опорного подшипникового узла, при этом плита внутри зоны, охваченной присоединительным фланцем картера сцепления, перфорирована сквозными разгрузочными, компенсирующими отверстиями, а периферийная поверхность неперфорированных участков плиты облицована звукопоглощающим пористым, волокнистым или открытоячеистым пенистым материалом с внешним защитным звукопрозрачным слоем.