RU26131U1 - Акустический моторный исследовательский стенд - Google Patents

Description

Акустический моторный исследовательский стенд.

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

Для определения основных технических показателей двигателей внутреннего сгорания (далее - ДВС) 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 две (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, 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 be 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 (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.

Одним из интенсивных излучателей шума является корпус верхнего опорного подшипникового узла акустического моторного стенда 3, который представляет собой массивное металлическое основание, закрывающиеся сверху съемной тонкостенной металлической крышкой. Существенным недостатком известной конструкции корпуса верхнего опорного подшипникового узла является высокая виброакустическая возбудимость структуры корпуса на резонансных частотах изгибных колебаний его стенок, а также слабая звукоизолирующая способность тонкостенной металлической структуры стенок крышки от возбуждения и передачи воздушного шума, генерируемого в воздушной полости корпуса под крышкой, что приводит к дополнительному шумовому излучению в пространство безэховой акустической камеры во время проведения акустических испытаний исследуемого ДВС, и, таким образом, к снижению точности измерений шума, излучаемого объектом испытаний, и достоверности исследовательских акустических работ. Шум из зашумленной зоны машинного отделения

(например, шум от асинхронной балансирной машины, вентиляторов, насосов) через соединительный канал кожуха приводного ремня легко проникает во внутреннее пространство корпуса верхнего опорного подшипникового узла, возбуждает воздушным путем металлические стенки крышки корпуса, и, в конечном итоге, вторично переизлучается в помещение испытательной камеры в виде паразитного шумового сигнала, тем самым искажая реальное звуковое поле вокруг исследуемого ДВС. Вращающиеся приводные элементы стенда (вал, опорные подшипники, ремень) являются дополнительными источниками шума в пространстве корпуса опорного подшипникового узла, генерируя соответствующие звуковые волны, также передающиеся в пространство безэховой камеры при высокой виброакустической возбудимости основания и крышки, и слабой звукоизолирующей способности стенок крышки корпуса верхнего опорного подшипникового узла. Кроме этого, металлические стенки как крышки, так и основания возбуждаются жестким путем, передаваемым от вибрирующих приводных элементов стенда, излучая при этом соответствующий паразитный структурный шум в зону исследований ДВС, с установленными измерительными микрофонами, оказывая отрицательное влияние на состояние свободного звукового поля вокруг объекта испытаний.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить обозначенные выше недостатки.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном акустическом моторном исследовательском стенде, содержащем, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован металлический корпус верхнего опорного подшипникового узла, последний с зазором охвачен со всех сторон акустической капсулой «плавающего типа, представляющей собой звукоизолирующий звукопоглощающий кожух, установленный на упругой резиновой подложке, при этом, каркас акустической капсулы выполнен из тонкостенного металлического листа, задемпфированного с внешней и внутренней стороны слоем вибродемпфирующего материала (например, самоклеющимся или термоприплавляемым битумным ламинатом), футерованного с обеих сторон звукопоглощающими панелями из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала, облицованными внешним защитным звукопрозрачным слоем, каркас акустической капсулы снабжён двумя съемными, жестко фиксирующимися крышками, имеющими проем для охвата защитного кожуха приводного вала, сопрягающегося с

корпусом верхнего опорного подшипникового узла, при этом, стенки крышек каркаса акустической капсулы с внешней и внутренней стороны задемпфированы слоем вибродемпфирующего материала и футерованы звукопоглощающими панелями, облицованными внешним защитным звукопрозрачным слоем, зазор, образованный между стенками корпуса верхнего опорного подшипникового узла и стенками акустической капсулы заполнен объемным, с изменяемой геометрической формой под геометрию полости зазора поглотителем звука, выполненным из пористого волокнистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон, с защитной звукопрозрачной оболочкой из тонкой стеклоткани, при этом капсула снабжена четырьмя рукоятками съемного типа.

Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.

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

На фиг. 2, 3 представлен фрагмент конструкции предлагаемого акустического моторного исследовательского стенда, содержащий несущую раму, с установленным на ней корпусом опорного подшипникового узла, закрывающимся акустической капсулой «плавающего типа.

Полезная модель, изображенная на фиг. 1, представляет собой акустический моторный исследовательский 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 виброизолирована 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. По поверхностям пола 10, 2, стен 6 и потолка 12 камеры 1 установлены специальные шумопоглощающие клинья (кулисы) 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 17, закрытый защитным кожухом 18. Область вращения приводного ремня 16 закрыта защитным кожухом 19. Объект испытаний - ДВС 20 монтируется на вертикальных стойках 21 системы крепления ДВС на стенде через специальные резино-металлические упругие опоры 22. Продольные балки 23 системы крепления ДВС, основание 24 корпуса 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, 3 представлен фрагмент конструкции предлагаемого низкошумного исследовательского стенда для испытаний ДВС, содержащий несущую раму 27, на которой жестко закреплено массивное металлическое основание 24 корпуса верхнего опорного подшипникового узла, закрывающееся сверху металлической крышкой 30. Корпус верхнего опорного подшипникового узла закрыт акустической капсулой «плавающего типа 31, установленной на упругой резиновой подложке 32. Капсула 31 выполнена в виде тонкостенного металлического каркаса 33, закрывающегося спереди съемными металлическими крышками - верхней 34 и нижней 35, жестко фиксирующихся посредством крепежных винтов 36. Для ослабления возбуждения структурных вибраций и звука, и дополнительной звукоизоляции, стенки каркаса 33 и крышек 34, 35 с внешней и внутренней стороны задемпфированы слоем вибродемпфирующего материала 37 (например, самоклеющегося или термоприплавляемого битумного ламината). Для существенного поглощения дополнительных звуковых волн, генерируемых приводными элементами стенда и работающим оборудованием в машинном отделении, стенки капсулы 31 (каркаса 33, крышек 34, 35) с двух сторон футерованы эффективными звукопоглощающими панелями 38 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала, облицованными, в свою очередь, внешним защитным звукопрозрачным слоем 39 (например, звукопроницаемым, негорючим, влагостойким, стеклотканевым полотном или тонкой, защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой). Кроме этого, футеровка внешней поверхности капсулы 31 звукопоглощающими панелями 38, позволяет, в первую очередь, обеспечить

ослабление эффекта звукоотражения волн, генерируемых объектом исследований ДВС и падающих на поверхности капсулы 31 со стороны свободного пространства акустической безэховой камеры 1, т.е. уменьшить искажение поля звуковых волн, излучаемых непосредственно объектом исследований - ДВС 20. Свободное пространство между поверхностями стенок корпуса верхнего опорного подшипникового узла и акустической капсулой заполнено объемным поглотителем звука 42, выполненным из пористого волокнистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон, с защитной звукопрозрачной оболочкой из тонкой стеклоткани. Данный поглотитель легко принимает необходимую геометрическую форму, образованную поверхностью стенок корпуса верхнего опорного подшипникового узла и акустической капсулы, целиком заполняя свободный объем внутри полости, образованной поверхностями капсулы и корпуса верхнего подшипникового узла и дополнительно осуществляет высокоэффективное поглощение «паразитных звуковых волн, генерируемых элементами привода стенда. Верхняя 34 и нижняя 35 крышки капсулы 31 плотно (беззазорно) охватывают защитный кожух 18 приводного вала 17 и кронштейн 40 защитного кожуха 18, снижая, таким образом, передачу звуковых волн в зону измерений акустической безэховой камеры со стороны торцевой части полости кожуха 18. Для удобства перемещения капсулы 31 (например, при необходимости доступа к приводным элементам верхнего опорного подшипникового узла во время проведения технического обслуживания) предусмотрены рукоятки 41. Рукоятки 41 выполнены съемного типа, для возможности их демонтажа с целью улучшения эргономических характеристик капсулы.

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

Claims (1)

1. Акустический моторный исследовательский стенд, содержащий, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован металлический корпус верхнего опорного подшипникового узла, отличающийся тем, что корпус верхнего опорного подшипникового узла с зазором охвачен со всех сторон акустической капсулой "плавающего" типа, представляющей собой звукоизолирующий звукопоглощающий кожух, установленный на упругой резиновой подложке, при этом каркас акустической капсулы выполнен из тонкостенного металлического листа, задемпфированного с внешней и внутренней сторон слоем вибродемпфирующего материала, футерованного с обеих сторон звукопоглощающими панелями из пористого волокнистого или открыто ячеистого пенистого материала, облицованными внешним защитным звукопрозрачным слоем, каркас акустической капсулы снабжен двумя съемными, жестко фиксирующимися крышками, имеющими проем для охвата защитного кожуха приводного вала, сопрягающегося с корпусом верхнего опорного подшипникового узла, при этом стенки крышек каркаса акустической капсулы с внешней и внутренней сторон задемпфированы слоем вибродемпфирующего материала и футерованы звукопоглощающими панелями, облицованными внешним защитным звукопрозрачным слоем, зазор, образованный между стенками корпуса верхнего опорного подшипникового узла и стенками акустической капсулы, заполнен объемным с изменяемой геометрической формой под геометрию полости зазора поглотителем звука, выполненным из пористого волокнистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон с защитной звукопрозрачной оболочкой из тонкой стеклоткани, при этом капсула снабжена четырьмя рукоятками съемного типа.