RU28549U1 - Низкошумный исследовательский моторный стенд - Google Patents

Description

Низкошумный исследовательский моторный 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;

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.

лг//

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 нафузочного устройства;

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

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

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.

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 афегатами обеспечения функционирования стенда. Недостатками используемой концепции акустического моторного стенда является применение камеры с жестким звукоотражающим полом, искажающим свободное 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, как правило, 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 качественной центровки с коленчатым валом исследуемого ДВС, и, как следствие,- генерирование вибросил на частотах и порядковых гармониках их вращения, передаваемых через опорные связи как непосредственно исследуемому ДВС, вызывая его дополнительное шумоизлучение, так и некоторым присоединенным структурам акустической

камеры (например, полу камеры), что влечет дополнительное искажение регистрируемых шумовых характеристик как исследуемого ДВС, так и излучение «паразитного звука непосредственно защитными кожухами валов стенда, а также и излучение «паразитного звука непосредственно полом акустической камеры, вследствие передачи этого вибрационного возбуждения на пол (пазовую плиту) через опорные стойки валов. Как и в случае известного технического решения по патенту РФ № 2107175, противопоставленные в публикациях 1 и 2 не решены проблемы ослабления звукоотражающих эффектов от поверхностей кожухов, ограждающих вращающиеся приводные валы, соединяющие коленвал исследуемого ДВС и тормозную машину.

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, и является открытой для качественных, объективных измерений параметров акустического поля исследуемого ДВС. В это же время, недостатками конструкции акустического моторного стенда с ременным приводом 3 являются:

высокая виброакустическая возбудимость конструкции на резонансных частотах колебаний стенок защитного кожуха приводного вала, соединяющего коленвал исследуемого ДВС и вал тормозного стенда;

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

большая площадь внешней звукоотражающей поверхности стенок защитного кожуха приводного вала, создающая существенный звукоотражающий эффект в контрольных измерительных точках, располагаемых вокруг исследуемого ДВС.

Указанные недостатки отсутствуют в конструкции акустического моторного стенда, описанной в свидетельстве на полезную модель Российской Федерации № 22553, применяемой в качестве ПРОТОТИПА.

В известном исследовательском акустическом моторном стенде используется звукоизолирующий защитный кожух приводного вала, выполненный в виде многослойной виброшумозадемпфированной структуры, включающей несущую металлическую оболочку кожуха, внутренний звукопоглощающий слой из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, слой вибродемпфирующего материала и внешний звукопоглощающий слой из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, при этом несущая металлическая оболочка кожуха жёстко смонтирована на опорном металлическом основании посредством крепёжных элементов, а само опорное основание снабжено опорным кронштейном, которые задемпфированы слоистым вибродемпфирующим материалом, внутренняя поверхность опорного основания футерована звукопоглощающим материалом. Существенным недостатком данной конструкции исследовательского акустического моторного стенда является низкие звукоизолирующие свойства защитного кожуха приводного вала в низкочастотной области спектра, имеющей доминирующие дискретные уровни излучения шума в этом частотном диапазоне ввиду слабого коэффициента звукопоглощения на низких частотах применяемых в промышленности шумопоглощающих материалов при ограниченных толщинах их использования по возможностям компоновки. Металлические стенки кожуха возбуждаются воздушным путем шумом от вращающегося приводного вала, опорных подшипников, ременной передачи, который, хорошо поглощаясь используемой виброшумозадемпфированной структурой защитного кожуха на

средних и высоких частотах, в это же время, в низкочастотном диапазоне усиливается возбуяедением низких собственных мод воздушной полости, образуемой замкнутым пространством кожуха как цилиндрической трубы с закрытыми торцевыми стенками и переизлучается в помещение испытательной камеры в виде паразитного шумового сигнала, тем самым искажая реальное звуковое поле вокруг исследуемого ДВС и снижая точность и объективность акустических измерений.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить обозначенные выше недостатки.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном исследовательском моторном стенде, содержащем, в частности, защитный звукоизолирующий кожух ограждения привода, кинематически связывающего приводной вал двигателя внутреннего сгорания с приводным валом балансирной асинхронной машины, защитный звукоизолирующий кожух выполнен в виде многослойной виброшумозадемпфированной структуры, включающей несущую металлическую оболочку кожуха, внутренний звукопоглощающий слой из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала, слой вибродемпфирующего материала и внешний звукопоглощающий слой; несущая металлическая оболочка кожуха жёстко смонтирована на опорном металлическом основании посредством крепёжных элементов, а само опорное основание снабжено опорным кронштейном, при этом, во внутренней полости кожуха смонтирован 1/4 волновой резонатор в виде открытой с одного конца цилиндрической трубы, жестко и герметично присоединенный к торцевой крышке кожуха другим концом трубы. При этом, длина цилиндрической трубы равна половине длины кожуха с вычетом 1/3 внутреннего диаметра трубы резонатора. В этом случае, динамический срез открьггого конца трубы 1/4 волнового резонатора с учетом присоединенной массы колеблющегося столба воздуха в полости резонатора, находится в пучности колебательной скорости низшей (первой) собственной продольной моды воздушной полости кожуха, обеспечивая ее эффективное подавление.

Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.

На фиг. 2, 3, 4, 5 представлены фрагменты конструкции низкошумного исследовательского моторного стенда, содержащие элементы защитного звукоизолирующего кожуха.

Полезная модель, изображённая на фиг. 1 представляет собой низкошумный исследовательский моторный стенд смонтированный в полностью заглушенной безэховой акустической камере 1, с установленной внизу под поверхностью пола 2 приводной (тормозной) балансирной асинхронной (или постоянного тока) машиной 3 на виброизолированном специальными пружинами 4 автономном фундаменте 5. Внутренняя бетонная оболочка 6 камеры 1 установлена по периметру пола 7 на специальных пружинах 8, и полностью изолирована от внешней бетонной оболочки 9 (принцип строительства «камера в камере). Пол 10 акустической камеры 1 виброшумоизолирован от фундамента 5, на котором установлена балансирная асинхронная машина 3, резиновыми уплотнениями 11. Поверхности пола 10, 2, стен 6 и потолка 12 камеры 1 покрыты специальными шумопоглощающими клиньями (или кулисами) 13. Балансирная асинхронная машина 3 передает крутящий (тормозной) момент через нижний вал 14, установленный в корпусе 15 нижнего опорного подшипникового узла, приводной ремень 16, верхний вал 1, закрытый защитным звукоизолирующим кожухом 18, внутренняя полость которого имеет 1/4 волновой резонатор 19. Область вращения приводного ремня закрыта защитным кожухом 20. Объект испытаний - две 21 монтируется на вертикальных стойках 22 системы крепления две на стенде. Продольные балки 23 системы крепления ДВС, корпус 24 верхнего опорного подшипникового узла смонтированы на несущем силовом каркасе 25. Пол испытательной камеры 1 представляет собой звуколрозрачные решетки 26, виброизолированные от рамы 27 несущего силового каркаса 25. Воздушная полость камеры 1 вентилируется высокопроизводительной приточной 28 и вытяжной 29 вентиляцией.

Защитный звукоизолирующий кожух 18 приводного вала 17 выполнен в виде многослойной виброшумозадемпфированной струкгуры типа цилиндра заданной длины с закрытыми торцевыми стенками, включающей:

внутренний звукопоглощающий слой 30 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем (ткань, пленка) 31;

СЛОЙ вибродемпфирующего материала 32 (самоклеющийся или термоприплавляемый ламинат, например, битумный); несущую металлическую оболочку 33;

внешний звукопоглощающий слой 34 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем (ткань, пленка) 35; Несущая металлическая оболочка кожуха 33 жестко монтируется на опорном металлическом основании 36 с помощью винтов 37. Опорное основание 36 усилено (ужесточено) опорным кронштейном 38. Для предотвращения проникновения звука в помещение испьггательной камеры 1 со стороны торцевой части полости кожуха 18, торец кожуха 18 закрывается крышкой 39, выполненной из металлического листа с центральным отверстием 40, обрамляющим с зазором корпус стендовой задней подшипниковой опоры 41 ДВС 21. Торцевая крышка 39 имеет резьбовые отверстия 42 для жесткого фиксирования фышки в торце кожуха 18 с помощью винтов. К внутренней поверхности торцевой крышки 39 жестко присоединен (например, сварочным швом или винтовым соединением) 1/4 волновой резонатор 19, выполненный, например, из металлической или пластиковой тонкостенной трубы. Наличие 1/4 волнового резонатора 19 во внутренней полости кожуха 18 обеспечит эффективное подавление низшей (первой) собственной моды воздушной полости (замкнутого пространства) кожуха, возбу кдаемой вращающимися приводными элементами стенда (ремнем 16, валом 43, опорными подшипниками 44, приводным валом 17), и, таким образом, уменьшит искажение звукового поля звуковых волн в низкочастотном звуковом диапазоне, что позволит избежать (ослабить) искажения регистрируемых шумовых излучений в этом диапазоне, излучаемых непосредственно объектом исследований - ДВС 21.

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

Claims (1)

1. Низкошумный исследовательский моторный стенд, содержащий, в частности, защитный звукоизолирующий кожух ограждения привода, кинематически связывающего приводной вал двигателя внутреннего сгорания с приводным валом балансирной асинхронной машины, отличающийся тем, что кожух выполнен в виде многослойной виброшумозадемпфированной структуры, включающей несущую металлическую оболочку кожуха, внутренний звукопоглощающий слой из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала, слой вибродемпфирующего материала и внешний звукопоглощающий слой, несущая металлическая оболочка кожуха жестко смонтирована на опорном металлическом основании посредством крепежных элементов, а само опорное основание снабжено опорным кронштейном, при этом во внутренней полости кожуха смонтирован 1/4 волновой резонатор в виде открытой с одного конца цилиндрической трубы, жестко и герметично присоединенный к торцевой крышке кожуха другим концом трубы, при этом длина цилиндрической трубы равна половине длины кожуха с вычетом 1/3 внутреннего диаметра трубы резонатора.