RU2775681C1 - Стенд для акустических испытаний двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Стенд для акустических испытаний двигателя внутреннего сгорания. Изобретение относится к стендам для определения основных технических показателей двигателей внутреннего сгорания, а именно к специальным испытательным стендам, оборудованным различными устройствами и измерительной аппаратурой. Техническая задача улучшения акустических характеристик стенда для акустических испытаний ДВС решается в стенде для акустических испытаний ДВС, содержащим приводную (тормозную) машину, приводные элементы, силовой каркас, устройство крепления ДВС на стенде, несущую раму силового каркаса, на которой установлены объемные поглотители звука, выполненные из пористого звукопоглощающего материала, отличающемся, тем, что объемные поглотители звука содержат полостные трубчатые элементы круглой цилиндрической формы из жесткого звукоотражающего (звукоизолирующего) материала, образованные горловой, трубчатой и донной частями, при этом горловая часть находится на лицевой стенке поглотителя, в стенке трубчатой части выполнены сквозные демпфирующие окна, плотность материала донной части составляет не менее 7800 кг/м³, а геометрическая длина трубчатой части определяется из выражения

, где t°C - температура воздуха, установившаяся в пространстве испытательной камеры моторного бокса, °C, f_s - доминирующая дискретная частота излучаемого фонового шума в пространстве испытательной камеры моторного бокса, Гц, d - диаметр трубчатого элемента, м. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

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 ДВС (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, 3]:

[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 Meβtechnik 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], 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.

Однако в известном акустическом моторном стенде используется несущая рама силового каркаса, выполненная в виде замкнутого металлического короба 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) нагрузок, излучает в зону измерений соответствующий структурный шум, дополнительно ухудшающий процесс точных измерений шума исследуемого ДВС.

В качестве прототипа принято техническое решение, представленное в патенте на полезную модель RU № 23502, опубл. 20.06.2002, бюл. №17. Техническое решение выполнено в виде моторного стенда, содержащего, в частности, несущую раму силового каркаса, на которой смонтирован исследуемый ДВС. На верхнюю горизонтальную поверхность несущей рамы по всему ее периметру установлены легкосъемные объемные поглотители звука, 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 пленки, или уретановой пленки и т.п., высота которых не менее ¼ длины волны излучаемого двигателем звука самой низкой частоты звукового спектра, 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, а объемные поглотители полого профиля за счет дополнительного каркаса цилиндрической формы, выполненного из тонких металлических или полимерных прутков.

Объемные поглотители звука, применяемые в конструкции известного моторного стенда, эффективны в ограниченном высокочастотном диапазоне звукового спектра. Энергию звуковых волн фонового шума, излучаемых в среднем и низкочастотном спектральном диапазоне, указанные поглотители не уменьшают ввиду того, что в настоящее время все известные пористые звукопоглощающие материалы имеют высокий коэффициент звукопоглощения начиная с частоты 800 Гц. Кроме этого, выполнение в конструкции объемного поглотителя сквозных трубчатых полостей (как это представлено в третьем варианте прототипа), может привести к резонансному усилению звука на определенных частотах, так как в данном случае указанные полости выполняют функцию полуволновых резонаторных усилителей звука.

Задачей изобретения является улучшение акустических характеристик стенда для акустических испытаний ДВС.

Задача решается в моторном стенде для акустических испытаний ДВС, содержащим, приводную (тормозную) машину, приводные элементы, силовой каркас, устройство крепления ДВС на стенде, несущую раму силового каркаса, на которой установлены объемные поглотители звука, выполненные из пористого звукопоглощающего материала.

Новым является то, что объемные поглотители звука содержат полостные трубчатые элементы круглой цилиндрической формы из жесткого звукоотражающего (звукоизолирующего) материала, образованные горловой, трубчатой и донной частями, при этом горловая часть находится на лицевой стенке поглотителя, в стенке трубчатой части выполнены сквозные демпфирующие окна, плотность материала донной части составляет не менее 7800 кг/м³, а геометрическая длина трубчатой части определяется из выражения

, где t°C - температура воздуха, установившаяся в пространстве испытательной камеры моторного бокса, °C, f_s - доминирующая дискретная частота излучаемого фонового шума в пространстве испытательной камеры моторного бокса, Гц, d - диаметр трубчатого элемента, м.

Изобретение поясняется следующими графическими материалами, представленными на чертежах:

Фиг. 1, где схематично представлена полностью заглушенная безэховая камера, в которой установлен заявляемый в качестве изобретения стенд для акустических испытаний ДВС.

Фиг. 2, где изображена несущая рама стенда с установленными на ее поверхности объемными поглотителями звука.

Фиг. 3, 4, где схематично представлен объемный поглотитель звука, содержащий полостной трубчатый элемент, выполненный из жесткого звукоотражающего материала.

Фиг. 5, где изображено продольное сечение трубчатого элемента в составе объемного поглотителя звука.

Фиг. 6, 7, где изображены частные случаи исполнения несущего каркаса объемного поглотителя звука.

Изобретение, изображенное на фиг. 1, представляет собой 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 приводные элементы - 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 устройства крепления ДВС на стенде. Продольные балки устройства 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 вытяжной 28 вентиляцией.

На фиг. 2-7 представлен фрагмент конструкции заявляемого стенда для акустических испытаний ДВС, 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 составляет не менее ¼ λ, где λ - 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 мембрану 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 исследуемым ДВС). Защитная звукопрозрачная мембрана 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.

Звукопоглощающий материал 31 размещается 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 - мембраной 32. Применение в конструкции объемных поглотителей несущего каркаса позволит обеспечить им заданную геометрическую форму и долговечность.

В структуру объемных поглотителей 29 внедрены полостные трубчатые элементы круглой цилиндрической формы 35, выполненные из жесткого звукоотражающего материала, содержащие горловую 36, трубчатую 37 и донную 38 части.

Горловая часть 36 полостного трубчатого элемента 35 расположена на лицевой поверхности - мембране 39 объемного поглотителя 29. Трубчатый элемент 35 выполняет функцию акустического четвертьволнового резонатора. Как известно [4], в общем виде частота f и длина волны λ звуковых колебаний связаны со скоростью с распространения их в упругой (воздушной) среде следующим соотношением (1)

где λ - длина звуковой волны, м;

f - частота звуковых колебаний, Гц (с^-1);

c - скорость распространения звуковых волн (скорость звука), м/с;

[4] - Helmut V.Fuchs. Schallabsorber und Schalldämpfer, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007 - 546 р.;

В свою очередь, скорость распространения звуковых волн с в воздушной среде связана известной функциональной зависимостью [4] с температурным состоянием этой среды t?C, согласно выражению (2)

,

где c(t) - скорость распространения звуковых волн (скорость звука) в упругой среде (воздухе) при температуре воздуха t°С, м/с;

t°С - температура воздуха в °С.

Таким образом, с учетом известных выражений (1) и (2), четверть длины излучаемой звуковой волны ¼λ _s фонового шума в пространстве испытательной камеры моторного бокса, помещающейся в габаритах тупиковой пустотелой полости трубчатой части 37 трубчатого элемента 35, выполняющего функцию акустического четвертьволнового резонатора, и отсчитываемой от поверхности жесткой донной части (донышка) 38, включающая его горловую часть 36 с вязкоприсоединенным к ней динамическим удлинением (дополнительно учитывающем присоединенную концевую колеблющуюся массу воздуха на концевом срезе трубчатого элемента 35) акустического четвертьволнового резонатора на величину (0,1…0,3)d (здесь d - диаметр трубчатого элемента 35, в м), может быть представлена в виде соотношения (3):

или

где f _s - доминирующая дискретная частота излучаемого фонового шума в пространстве испытательной камеры моторного бокса, Гц,

С учетом выражений (5) и (6):

где

π = 3,14;

S _т - площадь проходного сечения, в м², трубчатой части 37;

L _d - динамическая длина акустического четвертьволнового резонатора с учетом динамического удлинения на величину (0,1…0,3)d,

геометрическая длина L акустического четвертьволнового резонатора, используемая на стадии его конструирования, может быть определена из известных геометрических и физических параметров согласно следующих выражений:

В окончательном виде, после преобразований

В стенке трубчатой части 37 выполнены сквозные демпфирующие окна 40, выполняющие функцию дополнительного демпфирующего диссипативного элемента по необратимому рассеиванию резонансной колебательной энергии в тепловую энергию, расширяя при этом частотную полосу эффективного функционирования акустического четвертьволнового резонатора. Для дополнительного повышения звукопоглощающих характеристик акустического четвертьволнового резонатора (трубчатого элемента 35) в средней и высокочастотной области звукового спектра, не снижая при этом, его акустические свойства в расчетной резонансной частоте звукопоглощения, суммарная площадь сквозных демпфирующих окон 40 ?F _o определяется согласно экспериментально определенному соотношению (10):

где F _т - площадь поверхности трубчатой части 37, м²;

F _o - площадь сквозного демпфирующего окна 40, м².

Сквозные демпфирующие окна 40 могут быть выполнены различной геометрической формы - прямоугольной, круглой, эллипсоидной и т.п.

Акустические четвертьволновые резонаторы осуществляют физический процесс поглощения энергии звуковой волны, базирующийся на взаимной противофазной компенсации полей давлений, образуемой падающей на горловую часть 36 и отраженной звуковой волны от донной части 38 акустического резонатора. В результате осуществляется эффективная противофазная взаимная амплитудная компенсация распространяемых в противоположных направлениях звуковых волн, частота колебаний которых совпадает с собственной резонансной частотой колебаний акустических резонаторов f _R , когда волновая акустическая проводимость горловой части 36 стремится к бесконечности, а волновое акустическое сопротивление прохождению такой волны в горловую часть стремится к нулю. Этим и обеспечивается их высокая эффективность подавлять (поглощать) распространяемую звуковую энергию на дискретных частотах звуковых колебаний, совпадающих с собственными (резонансными) частотами акустических колебаний резонаторов f _R .

Использование индивидуальных автономных акустических четвертьволновых резонаторов в качестве технического устройства поглощения акустической энергии, предусматривает применение жесткого, звукоотражающего (звукоизолирующего) донышка (донная часть 38). В идеальном варианте необходимо обеспечить указанный составной элемент четвертьволновых резонаторов в виде абсолютно жесткого тела. Это позволило бы избежать изменения (сдвига) фаз звуковой волны, падающей и отраженной от поверхности такого типа жесткого звукоотражающего донышка. Некоторая динамическая податливость гибкого звукоотражающего донышка обуславливает возникновение дополнительного изменения фазы между падающей и отраженной звуковой волной на звукоотражающую поверхность такого типа частично податливого донышка (чего не допускает идеализированная абсолютно жесткая, динамически неподатливая и не поглощающая звуковую энергию конструкция идеально жесткого звукоотражающего донышка). Возникающая динамическая деформация стенки донышка от воздействия падающих звуковых волн, вследствие его частичной гибкости, и сопутствующего ей энергетического поглощения (затрачиваемого на вызываемую динамическую деформацию, с возникновением соответствующих потерь энергии), в итоге формирует образующийся дополнительный сдвиг фазы распространяемой (падающей и отраженной) звуковой волны. В результате, не реализуется идеализированный физический процесс полной противофазной компенсации амплитуд падающей и отраженной звуковой волны.

Как известно [5],

[5] - Бобылев, В.Н. Изоляция воздушного шума однослойными ограждающими конструкциями [Текст]: учеб. пособие / В.Н. Бобылев, В.А. Тишков, Д.В. Монич. - Нижегород. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород: ННГАСУ, 2014. - 67 с. ISBN 978-5-528-00004-6

при нормальном падении звука собственная звукоизоляция ограждения R может быть определена согласно формуле (11):

где m=ρh - масса единицы поверхности ограждения или поверхностная плотность, кг/м²;

ρ - плотность материала ограждения, кг/м³;

ω = 2πf - круговая частота звука, Гц;

W - удельное акустическое сопротивление воздуха при прохождении звуковых волн (характеристический импеданс), Па⋅с/м;

h - толщина ограждения (донной части 38), м.

Таким образом, как следует из выражения (11), для увеличения звукоизолирующих (звукоотражающих) свойств донышка 38 и, соответственно, повышения эффективности функционирования акустического четвертьволнового резонатора, необходимо стремиться к более высокой поверхностной плотности материала донной части 38.

Согласно доступным информационным источникам [6], высокой плотностью [6] - http://promtk.izhnet.ru/calc/density/ обладает сталь (значение ρ составляет от 7800 кг/м³), оловянные и свинцовые баббиты (7380 -9550 кг/м³), медные сплавы (8200 -9100 кг/м³). Таким образом, выбор значения плотности ρ материала донной части 38 не менее 7800 кг/м³, обеспечит высокие звукоизолирующие свойства донышка, а также позволит снизить требования к выбору его толщины и ограничиться достаточным диапазоном значений h, равным 2…5 мм.

К звукоизолирующим (звукоотражающим свойствам) трубчатой части 37 не предъявляются повышенные требования. В связи с этим, данный конструктивный элемент возможно выполнить из материала с более низкой плотностью, например, полиамида.

Для исключения нежелательного попадания в полость трубчатого элемента 35 мелких аморфных частиц, различного типа технологических и/или эксплуатационных жидкостей (влаги, топлива, смазочно-охлаждающих жидкостей), с последующим проникновением через демпфирующие окна 40 в структуру пористого звукопоглощающего вещества 31 объемного поглотителя 29, горловая часть 36 может быть перекрыта облицовочной звукопрозрачной воздухонепродуваемой мембраной (на фиг. не показана) пленочного типа. Обеспечиваемые свойства звукопрозрачности мембраны характеризуются выбранными соответствующими значениями параметров сопротивления продуванию воздушным потоком тканевых или нетканого полотна, или микроперфорированных пленочных, или микроперфорированных фольговых слоев, и/или установленными значениями толщины, изгибной жесткости и удельной поверхностной массы, определяемых массой приходящейся на 1 м ² поверхности (непродуваемых воздушным потоком сплошных пленочных или фольговых слоев). Значения величин сопротивления продуванию воздушным потоком звукопрозрачных воздухопродуваемых мембран в виде тканей или нетканых полотен (микроперфорированных пленочных полимерных или микроперфорированных фольговых металлических слоев), должны находиться в пределах 20…500 н·с/м³, при толщинах волокнистого слоя тканевого материала, волокнистого нетканого полотна, микроперфорированного пленочного полимерного или микроперфорированного фольгового металлического слоя, составляющих 0,025…0,25 мм и их поверхностной плотности 20…300 г/м².

Значения поверхностной плотности (удельной поверхностной массы) мембран в виде сплошных звукопрозрачных пленок непродуваемых воздушным потоком, должны находиться в диапазоне 20…70 г/м², при толщине пленки 0,01…0,1 мм. Данная мембрана - облицовочная оболочка пленочного типа может быть выполнена из различных конструкционных материалов - полиэстеровой алюминизированной, уретановой, поливинилхлоридной пленки, или из аналогичного типа других приемлемых для этих целей пленочных полимерных материалов.

Монтаж трубчатого элемента 35 в структуру объемного поглотителя 29 возможно производить различными конструктивно-технологическими способами, например, посадкой с натягом в предварительно сформированные в звукопоглощающем материале 31 полости, пазовым креплением или креплением клеевым слоем.

Работает заявляемый стенд для акустических испытаний ДВС следующим образом. При включении балансирной асинхронной машины 3 начинает вращаться нижний вал 14, установленный в корпусе 15 нижнего опорного подшипникового узла, который через приводной ремень 16 передает крутящий момент верхнему валу 18. При вращении вышеуказанных приводных элементов возникают динамические возбуждения присоединенных опорных и защитных конструктивных элементов моторного стенда, в частности, вертикальных стоек 21, стоек 22 защитного кожуха 19, корпуса 23 верхнего опорного подшипникового узла, несущей рамы 26 силового каркаса 24, защитных кожухов 17 и 19. Динамически возбужденные элементы моторного стенда переизлучают в пространство безэховой акустической камеры 1 звуковые волны в виде «паразитного» фонового шума, отрицательно влияющего на качество проведения исследовательских работ по виброакустике ДВС. Легкосъемные объемные поглотители 29, установленные на поверхности несущей рамы 26, частично поглощают звуковые волны фонового шума на средних и высоких частотах (1…10 кГц) за счет их диссипативного рассеивания с преобразованием в теплоту. При этом резонансное звуковое излучение в низкочастотном диапазоне, формирующееся на выраженных в звуковых спектрах фонового шума дискретных доминирующих функциональных частотах f _s , генерируемых приводными и опорными конструктивными элементами моторного стенда, эффективно подавляется за счет интегрированных внутри структуры пористого звукопоглощающего вещества объемного поглотителя 29 частотонастроенных полостных трубчатых элементов 35, выполняющих функцию акустических четвертьволновых резонаторов. Содержащиеся в конструкции трубчатого элемента 35 сквозные демпфирующие окна 39 дополнительно поглощают звуковую энергию в области средних и высоких частот звукового спектра за счет увеличения площади звукопоглощающей поверхности.

Практическая реализация предлагаемой конструкции стенда для акустических испытаний ДВС позволит повысить акустические характеристики объемных поглотителей звука за счет расширения эффективного частотного диапазона звукопоглощения и, таким образом, повысить точность и объективность результатов стендовых виброакустических испытаний ДВС.

Claims (11)

1. Стенд для акустических испытаний ДВС, содержащий приводную машину, приводные элементы, силовой каркас, устройство крепления ДВС на стенде, несущую раму силового каркаса, на которой установлены объемные поглотители звука, выполненные из пористого звукопоглощающего материала, отличающийся тем, что объемные поглотители звука содержат полостные трубчатые элементы круглой цилиндрической формы из жесткого звукоотражающего материала, образованные горловой, трубчатой и донной частями, при этом горловая часть находится на лицевой стенке поглотителя, в стенке трубчатой части выполнены сквозные демпфирующие окна, плотность материала донной части составляет не менее 7800 кг/м³, а геометрическая длина трубчатой части определяется из выражения

где t°C - температура воздуха, установившаяся в пространстве испытательной камеры моторного бокса, °С;

f_s - доминирующая дискретная частота излучаемого фонового шума в пространстве испытательной камеры моторного бокса, Гц;

d - диаметр трубчатого элемента, м.

2. Стенд для акустических испытаний ДВС по п. 1, отличающийся тем, что суммарная площадь сквозных демпфирующих окон ∑F_o определяется согласно выражению:

∑F_o=0,4…0,6 F_т,

где F_т - площадь поверхности трубчатой части, м²;

F_o - площадь сквозного демпфирующего окна, м².

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что трубчатая часть трубчатого элемента выполнена из полиамида.

4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что горловая часть трубчатого элемента перекрыта звукопрозрачной воздухонепродуваемой мембраной толщиной 0,025…0,25 мм и удельным поверхностным весом 20…200 г/м².

5. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что горловая часть трубчатого элемента перекрыта звукопрозрачной воздухопродуваемой мембраной, сопротивление продуванию воздушным потоком которой находится в диапазоне 20…500 H⋅с/м³.

Images