RU23501U1 - Низкошумный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания - Google Patents

Description

в ч исп спе изм Низкошумный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания. Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, стности к испытательному стенду для проведения виброакустических стендовых ытаний двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС). Для определения основных технических показателей ДВС используют циальные испытательные стенды, оборудованные различными устройствами и ерительной аппаратурой. В качестве базового оборудования стенд для испытаний ДВС содержит: автономный (виброизолированный) фундамент для поглощения вибраций, возникающих из-за действия в ДВС 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 ДВС охлаждаемого смазочного масла, охлаждающей жидкости системы охлаждения ДВС, отвода в атмосферу отработавших и картерных газов ДВС; устройства и коммуникации для питания ДВС 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);

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 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 ДВС 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;

с б7//Ж Л

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 technikbel 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 ДВС без реализации в нем рабочего процесса) установки стенда (их две) 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 ДВС 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 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 ДВС, 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.

В это же время, одним из интенсивных излучателей шума такого усовершенствованного стенда является корпус верхнего опорного подшипникового узла, который представляет собой массивное металлическое основание, закрывающееся сверху съемной тонкостенной металлической крышкой. Существенным недостатком известной конструкции корпуса верхнего опорного подшипникового узла является высокая виброакустическая возбудимость крышки на резонансных частотах колебаний ее стенок, а также слабая звукоизолирующая способность тонкостенной металлической структуры стенок крышки от передачи воздушного шума из полости кожуха, что приводит к дополнительному шумовому излучению в зону измерения шума ДВС 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 беспрепятственно 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 вибрации и шума в пространстве корпуса опорного подшипникового узла, генерируя соответствующие звуковые волны, также передающиеся в пространство безэховой камеры при высокой виброакустической возбудимости и слабой звукоизолирующей способности стенок крышки корпуса верхнего опорного подшипникового узла. Кроме этого, металлические стенки крышки возбуждаются жестким путем, передаваемым от контактирующего с ними чрезвычайно виброактивного металлического основания. Вибрирующие стенки крышки при этом излучают 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 низкошумном стенде для испытаний ДВС, смонтированном в заглушенной безэховой акустической камере, содержащем, в частности, установленную виброизолировано от пола акустической камеры несущую раму, на которой жёстко закреплено массивное металлическое основание корпуса верхнего опорного подшипникового узла, кинематически связанного с приводным валом балансирной машины и приводным валом исследуемого двигателя внутреннего сгорания, установленного на продольных балках, закреплённых на несущей раме, при этом корпус верхнего опорного подшипникового узла охвачен защитным кожухом, стенки корпуса кожуха с внутренней и внешней стороны задемпфированы слоем вибродемпфирующего материала, с внешней стороны несущая оболочка кожуха с образованием замкнутой полости охвачена несущим каркасом, выполненным из труб с замкнутым прямоугольным профилем и закреплённым на основании корпуса верхнего опорного подшипникового узла, внутренняя полость труб заполнена сыпучим вибродемпфирующим звукоизолирующим веществом И/ИЛИ композиционной смесью нескольких сыпучих вибродемпфирующих материалов, на стенках несущего каркаса закреплены тонкостенные перфорированные металлические панели, при этом замкнутая полость, образованная между стенками тонкостенных перфорированных металлических панелей несущего каркаса и корпусом кожуха заполнена пористым звукопоглощающим материалом. Стенки корпуса кожуха, например, могут быть облицованы слоем самоклеящегося И/ИЛИ термоприплавляемого битумного ламината. Внутренняя полость труб каркаса, например, может быть заполнена кварцевым песком. Замкнутая полость, образованная между стенками тонкостенных перфорированных металлических панелей несущего каркаса и корпусом кожуха заполняется супертонким базальтовым волокном, или стекловолокном, или открытоячеистым пенополиуретаном, или похожим по своим физико-механическим свойствам эффективным звукопоглощающим материалом.

На фиг. 1 представлен низкошумный исследовательский стенд для испытаний ДВС в заглушенной 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

6

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 еиброшумоизолирован резиновыми уплотнениями 11 в зонах сопряжения с примыкающими поверхностями фундамента 5, на котором установлена балансирная асинхронная машина 3. Поверхности пола 10, 2, стен 6 и потолка 12 камеры 1 покрыты специальными шумопоглощающими клиньями (кулисами) 13. Балансирная асинхронная машина 3 закреплена к полу фундамента 5 и передает крутящий (тормозной) момент через нижний вал 14, установленный в корпусе 15 нижнего опорного подшипникового узла, приводной ремень 16, верхний вал 17, закрытый защитным кожухом 18. Область вращения приводного ремня 16 закрыта защитным кожухом 19. Объекг испытаний - ДВС 20 монтируется на вертикальных стойках 21 системы крепления ДВС на стенде, с использованием штатных или специальных виброизолирующих опор (подушек). Продольные балки 22 системы крепления ДВС, стойки 23 защитного кожуха 18, основание 24 корпуса верхнего опорного подшипникового узла смонтированы на несущей раме силового каркаса 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 представлен фрагмент конструкции предлагаемого низкошумного стенда для испытаний ДВС, содержащий несущую раму 27, на которой жестко закреплено массивное металлическое основание 24 корпуса верхнего опорного подшипникового узла, закрывающееся сверху съемным звукоизолирующим защитным кожухом 30. Несущий металлический корпус 31 кожуха 30 жестко монтируется на опорном основании 24 с помощью винтов 32. Для ослабления возбуждения структурных вибраций и звука, металлические стенки корпуса 31 с внутренней и внешней стороны задемпфированы слоем эффективного вибродемпфирующего материала 33 (самоклеющегося или термоприплавляемого битумного ламината). К опорному основанию 24, также посредством винтов 32, крепится каркас, выполненный из металлических труб 34 замкнутого прямоугольного профиля. Внутренняя полость труб 34 заполняется сыпучим вибродемпфирующим звукоизолирующим веществом 35 (например, кварцевым песком) или композиционной смесью нескольких сыпучих вибродемпфирующих материалов, обеспечивая тем самым низкую вибровозбудимость и вибропроводность структуры каркаса. Извне каркас

обшивается тонкими перфорированными металлическими панелями (обшивка каркаса) 36. Образовавшееся пространство между обшивкой каркаса 36 и корпусом 31 заполняется эффективным пористым (волокнистым, пенистым) звукопоглощающим материалом 37, что существенно снижает проникновение дополнительных звуковых волн, генерируемых приводными элементами стенда и работающим оборудованием в машинном отделении, в пространство испытательной камеры. Кроме этого, перфорация металлических панелей 36 кожуха 30 ослабляет возникновение звукоотражающих эффектов на внешних поверхносгях кожуха от падающих звуковых волн в пространстве акустической камеры 1 и обеспечивает дополнительное резонаторное поглощение звука перфорированной оболочкой полости кожуха, что повышает качество проведения виброакустических исследований.

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

Claims (4)

1. Низкошумный стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания, смонтированный в заглушенной безэховой акустической камере, содержащий, в частности, установленную виброизолировано от пола акустической камеры несущую раму, на которой жестко закреплено массивное металлическое основание корпуса верхнего опорного подшипникового узла, кинематически связанного с приводным валом балансирной машины и приводным валом исследуемого двигателя внутреннего сгорания, установленного на продольных балках, закрепленных на несущей раме, при этом корпус верхнего опорного подшипникового узла охвачен защитным кожухом, отличающийся тем, что стенки корпуса кожуха с внутренней и внешней стороны задемпфированы слоем вибродемпфирующего материала, с внешней стороны несущая оболочка кожуха с образованием замкнутой полости охвачена несущим каркасом, выполненным из труб с замкнутым прямоугольным профилем и закрепленным на основании корпуса верхнего опорного подшипникового узла, внутренняя полость труб заполнена сыпучим вибродемпфирующим звукоизолирующим веществом и/или композиционной смесью нескольких сыпучих вибродемпфирующих материалов, на стенках несущего каркаса закреплены тонкостенные перфорированные металлические панели, при этом замкнутая полость, образованная между стенками тонкостенных перфорированных металлических панелей несущего каркаса и корпусом кожуха заполнена пористым звукопоглощающим материалом.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что стенки корпуса кожуха облицованы слоем самоклеящегося и/или термоприплавляемого битумного ламината.

3. Стенд по пп.1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя полость труб каркаса заполнена кварцевым песком.

4. Стенд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что замкнутая полость, образованная между стенками тонкостенных перфорированных металлических панелей несущего каркаса и корпусом кожуха заполнена супертонким базальтовым волокном, или стекловолокном, или открытоячеистым пенополиуретаном.