АКУСТИЧЕСКИЙ ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ СТЕНД С БЕГОВЫМИ БАРАБАНАМИ

Полезная модель относится к технике исследования и разделения отдельных вкладов источников звука (шума) в звуковое поле (внешний и внутренний шум) колесных транспортных средств, выполняемых в акустической полубезэховой, с жестким звукоотражающим полом камере и конкретно имеет отношение к конструкциям испытательных стендов, включающих в том числе узлы и агрегаты для преднамеренного монтажа частично отсоединенной от пола (днища) кузова трассы системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) транспортного средства с целью исследования соответствующего влияния соединительных твердых опорных (упругих) вибрационных связей между вибрирующей выхлопной трассой и присоединенной опорными связями структурой кузова (панелями кузова) на вибрационно возбуждаемый (передаваемый опорными связями выхлопной трассы) структурный шум панелей кузова, излучаемый в пространство пассажирского салона (кабину) колесного транспортного средства.
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта в кабине (пассажирском салоне) наземных колесных транспортных средств - важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая больших материальных, временных и интеллектуальных затрат. Наиболее мобильными и продуктивными процессами исследований и доводки, в частности, колесных транспортных средств по шуму и виброкомфорту являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов идентичных дорожным (полевым) условиям испытаний (например, динамических стендов с беговыми барабанами), стационарной измерительной и анализирующей аппаратуры. Постоянные, не зависящие от погоды и состояния
дорожного покрытия условия испытаний, удобство съема и анализа измерительной информации способствуют, в связи с этим, все более широкому распространению стендовых исследований виброакустических процессов, протекающих в наземных колесных транспортных средствах. Ввиду того, что основным виброшумоактивным источником транспортного средства является его энергетическая установка - ДВС с его системами (впуска, выпуска, охлаждения), то весьма важно проводить исследования и доводку этих доминирующих источников шума на динамометрическом стенде при имитации различных скоростных и нагрузочных режимов (изменяя обороты ДВС, угол открытия дроссельной заслонки и т.п.) в аналогичных условиях звукового поля (в которых находится транспортное средство на автостраде или полевых условиях в процессе его эксплуатации).
Достаточно полную имитацию условий скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля в реальных дорожных условиях можно достичь на стендах с беговыми барабанами, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях производящих автотранспортную технику и в НИИ. С другой стороны - условия свободного звукового поля возможно реализовать поместив этот динамометрический стенд с беговыми барабанами в специальное строительное сооружение - полубезэховую или безэховую акустическую камеру.
В связи с этим, современные технологии исследования акустических процессов, реализующихся на транспортных средствах (автомобилях, тракторах, мотоциклах и пр. видах колесных транспортных средств) предусматривают, в частности, применение специальных низкошумных беговых барабанов, позволяющих имитировать различные скоростные и нагрузочные режимы работы энергетических и трансмиссионных агрегатов транспортных средств в условиях размещения их в специальных безэховых или полубезэховых акустических камерах, способствующих формированию свободного звукового поля в зонах измерений.
Безэховая (полностью заглушенная) или полубезэховая (заглушенная, с отражающим звук полом) испытательные акустические камеры представляют собой автономное помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте. В такой камере размещается динамический стенд с беговыми барабанами (или моторный тормозной стенд), виброизолированный от основного здания и корпуса камеры.
Привод и тормозная установка размещаются в подвальном, или находящимся на одном уровне с камерой, специальном машинном помещении. Для приближения акустических свойств камеры к свободному звуковому полю выполняется направленное согласование акустических импедансов (сопротивлений) воздушной среды в свободном пространстве камеры и в пористой структуре звукопоглощающего материала, облицовывающего (футерующего) звукоотражающие поверхности стен и потолка, (пола - для вариантов полностью заглушенных акустических камер). Именно, поэтому конструкция звукопоглощающей облицовки стен (пола, потолка) камеры выполняется пористой и имеет структурную плотность (пористость), плавно изменяющуюся по глубине покрытия в направлении распространения звуковых волн к жесткой звукоотражающей поверхности стен (пола, потолка). Причем, наибольшая плотность пористой звукопоглощающей облицовки реализуется непосредственно у стенок камеры, а наименьшая - на внешнем (приемном) поверхностном слое звукопоглощающей футеровки стен и потолка помещения испытательной камеры. Необходимые условия такого волнового согласования сред распространения и поглощения звука в зонах стен, потолка и пола достигаются, в частности, применением различных объемных поглотителей звука клиновой формы (клинья, кулисы). Основными материалами, из которых изготавливаются звукопоглощающие поглотители, являются открытоячеистый пенополиуретан, стекловолокно, супертонкое базальтовое волокно, винипор с огнестойкой пропиткой.
Технология эффективных и экономически оправданных приемов исследований и доводки автомобиля по виброакустике предусматривает выбор наиболее рациональных путей снижения внутреннего шума (шума внутри кабины или пассажирского салона) и вибрации (сиденья, органов управления, пола) легкового автомобиля, связанных с доработкой конструкции конкретных виброшумоактивных агрегатов, ответственных за генерирование этой виброакустической энергии. Он возможен в том случае, когда определен конкретный вклад как каждого потенциального источника, так и всех передающих звеньев и путей их передачи в процессах формирования виброакустических полей автомобиля. Известно, в частности, что шум и вибрации в салоне легкового автомобиля определяются, в основном, следующими составляющими: структурной составляющей, передающейся от источников шума и вибрации через твердые элементные связи конструкций,
агрегатов и систем с кузовом автомобиля, в частности через опорные механические связи силового агрегата, его системы выпуска и агрегатов трансмиссии в виде упруго-демпфирующих виброизоляторов (опор подвески), на элементы силового каркаса и панели кузова, а также воздушной составляющей звуковой энергии, проникающей в салон автомобиля от источников излучения через открытые коммуникационные каналы или панели со слабой звукоизоляцией в воздушное пространство салона автомобиля (в дальнейшем - воздушная составляющая).
Каждый отдельный виброшумоактивный источник, и вклад его структурной и воздушной составляющих в формирование звукового поля в салоне легкового автомобиля целесообразно оценивать с реализацией технологии разрыва (устранения) твердых опорных связей и, соответственно, разрыва путей передачи вибрационной энергии на структуру кузова легкового автомобиля со стороны колеблющегося на этих опорных связях корпуса источника. В этом случае, воздушная составляющая определяется путем энергетического вычитания звуковой энергии структурной составляющей от суммарной звуковой энергии (воздушной и структурной составляющих), регистрируемой в кабине (салоне) транспортного средства.
Одним из виброшумоактивных источников транспортного средства, в частности, легкового автомобиля, является вибрирующая выхлопная трасса системы выпуска отработавших газов ДВС, состоящая из коллекторных ответвлений труб, соединительных трубопроводов между корпусами глушителей и нейтрализаторов, гибких податливых компенсаторов колебаний (сильфонных, шарнирных) и элементов подвески трассы к кузову в виде резинометаллических опор (подушек). Указанные составные элементы системы выпуска динамически возбуждаются, в первую очередь, механическим путем от вибрирующего на подвеске силового агрегата автомобиля, а также частично (дополнительно) возбуждаются пульсирующим газовым потоком, транспортируемым по элементам системы выхлопа, передавая вибрационную энергию через твердые опорные связи в виде резинометаллических опор подвески, в первую очередь, на пол кузова автомобиля. Вибровозбужденные таким образом элементы силового каркаса и панели кузова излучают соответствующий структурный (вибрационный) шум в пространство пассажирского салона (кабину), тем самым увеличивая уровень внутреннего шума автомобиля, формируемый другими путями передачи виброакустической энергии (твердым и воздушным путем) и дополнительно
ухудшая, в связи с этим, акустический комфорт в салоне (кабине). Для минимизации передачи вибрационной энергии через опорные связи элементов системы выпуска на пол кузова, трансформируемой впоследствии в звуковое излучение, локализирующееся в пространстве салона (кабины), важно оценить вклад в общее виброакустическое поле автомобиля таких вибропередающих связей и в дальнейшем, при необходимости, оптимизировать их механо-акустические характеристики путем соответствующего расположения точек крепления выхлопной трассы (конкретной компоновки опорных связей), изменять конструкции индивидуальных опорных элементов подвески или присоединительных к ним зон пола кузова, изменить конструктивную схему их расположения и т.д.
Известно устройство для освобождения кабины транспортного средства от динамических воздействий всех механических опорных связей с остовом транспортного средства, транспортирующих вибрационную энергию в кабину, при удержании кабины в заданном первоначальном пространственном положении относительно остова автономной подвеской, динамически изолированной от структурных элементов кабины транспортного средства по авторскому свидетельству СССР №893665, представленное в виде автономного опорно-крепежного устройства типа «лебедки», удерживающего кабину транспортного средства в заданном пространственном положении и позволяющего проводить, таким образом, раздельное определение динамических вкладов структурной и воздушной составляющих шума, проникающих в кабину твердым и воздушным путем при одновременном освобождении от кабины всех опорных связей. Данное устройство позволяет оценить вклад структурной составляющей (шума, обусловленного передачей вибрационной энергии непосредственно вибрирующими элементами выхлопной трассы через элементы подвески (опоры) системы выпуска отработавших газов ДВС, передаваемого в кабину исключительно вибрационным путем), а также, при известном определенном суммарном уровне шума в салоне при действующих твердых (с опорами) и воздушных путях передачи, методами энергетического суммирования (или вычитания) определить уровень шума воздушной составляющей (передаваемой исключительно твердым путем). Данное техническое решение обладает рядом существенных недостатков, связанных с его ограниченным применением из-за больших габаритов устройства и, соответственно, существенными звукоотражающими эффектами, искажающими
реальное звуковое поле в зоне исследуемого транспортного средства, что заметно снижает объективность регистрируемых параметров акустических полей в кабине транспортного средства, а также с невозможностью использования автономного устройства типа "лебедка" для вывешивания (с демонтированными опорами подвески системы выпуска отработавших газов) отсоединенной от пола (днища) кузова выхлопной трассы ДВС транспортного средства (в частности, легкового автомобиля).
Известно также опорно-крепежное устройство поочередного исключения опорных вибрационных связей силового агрегата с кузовом при технологических процессах исследований и доводки автомобилей по виброакустике на динамометрическом исследовательском стенде с беговыми барабанами по заявке на полезную модель РФ №36882, МПК 7 G 01 M 7/02, публ. 27.03.2004, состоящее из составного жесткого несущего каркаса, огибающего сверху моторный отсек автомобиля, закрепленного к установочным проемам стенда, механизма перемещения и подвеса силового агрегата в виде регулировочных винтов с прикрепленными троссами (стержнями) и крепежными петлями (кронштейнами) для закрепления силового агрегата. Данное устройство позволяет исследовать эффективность звукоизоляционных и виброизоляционных качеств кузова и опор подвески силового агрегата автомобиля, а также определять количественный и качественный энергетический вклад отдельных опор в виброакустическое поле автомобиля. Недостатком известного технического решения является невозможность его применения для количественных и качественных исследований виброакустических процессов автомобиля, агрегатов и систем автомобиля, смонтированных под днищем (полом) кузова легкового автомобиля, определяемых, например, функционированием его системы выпуска отработавших газов, в частности, динамически возбуждаемыми и вибрирующими корпусными элементами выпускной системы, ввиду того, что конструкция известного опорно-крепежного устройства не может быть установлена под днищем кузова автомобиля, не содержит регулировочных и подвесных элементов для частичного или полного отсоединения опорных связей (резино-металлических подушек) системы от крепежных кронштейнов пола кузова и автономного вывешивания выхлопной трассы автомобиля с исключенными твердыми вибропередающими связями с кузовом.
Известен динамометрический стенд с беговыми барабанами, установленный в акустической полубезэховой камере, содержащей подвеску выхлопной трассы ДВС транспортного средства, представленный в патенте Российской Федерации на полезную модель №40794, принимаемый в качестве ПРОТОТИПА. Выхлопная трасса, выведенная вне пространства пола кузова автомобиля, смонтирована на автономных агрегатах подвески в виде набора несущих П-образных стоек с регулируемыми по высоте штифтами, на конце которых подвешены штатные упругие эластичные элементы. Стойки выполнены из полых замкнутых трубчатых профилей, полости которых заполнены сыпучим и/или пенистым вибродемпфирующим веществом, основания стоек футерованы упругой виброизолирующей подложкой. Представленная конструкция подвески, ввиду вынужденного преднамеренного искажения траектории выхлопной трассы с ее разворотом на 90° относительно продольной оси автомобиля с целью вывода ее вне пространства пола кузова, в существенной степени изменяет механико-акустические характеристики выхлопной трассы, как механической колебательной системы и оказывает, в связи с этим, искажающее динамическое воздействие на колебательные процессы силового агрегата на подвеске ввиду влияния протяженных габаритов распределенной массы и жесткости выхлопной трассы.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в реализации возможностей исследования влияния динамики соединительных твердых (упругих) вибрационных связей между вибрирующей выхлопной трассой (вибропередающей через связи на кузов) и структурой кузова на формирование структурного шума, излучаемого в пространство пассажирского салона (кабину) колесного транспортного средства кузовными панелями (преимущественно панелями пола кузова).
Указанный технический результат при осуществлении заявляемой полезной модели достигается тем, что в известном акустическом динамометрическом стенде с беговыми барабанами, установленном в полубезэховой испытательной камере и содержащем, в частности, установочный фундамент, беговые барабаны с приводными агрегатами и системами управления скоростными и нагрузочными режимами работы стенда, пазовые направляющие; в пазовых направляющих стенда смонтировано, по крайней мере, одно агрегатное монтажное устройство крепления опорного элемента подвески частично или полностью отсоединенной от кузова выхлопной трассы
транспортного средства в виде сборной несущей пространственной конструкции из сочлененных между собой несущих кронштейнов, поперечной балки в виде трубы, опорной стойки с несущим крепежным хомутом, упругой эластичной подвески с подвесным крепежным элементом; при этом, подвесной крепежный элемент выполнен в виде хомута с установочным кронштейном, монтируемым на заданном участке трубопровода исследуемой выхлопной трассы, опорная стойка выполнена в виде телескопического соединения двух трубок, внутренняя трубка опорной стойки содержит подвесной крюк, на который вывешивается через упругую эластичную подвеску подвесной крепежный элемент, внешняя трубка имеет пазы для соединения с установочной шпонкой несущего крепежного хомута, а сам несущий крепежный хомут монтируется на трубе поперечной балки и оборудован фиксатором в виде винта с клиновидным наконечником; опорная стойка имеет возможность заданного изменения местоположения относительно траектории выхлопной трассы автомобиля, а также регулируется по высоте и углам наклона в поперечной и продольной плоскостях; торцы трубы поперечной балки оборудованы фланцами с резьбовыми отверстиями, а внутренняя полость трубы заполнена сыпучим вибродемпфирующим веществом.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется чертежами, где
На фиг.1 представлен вид спереди акустического динамометрического стенда, установленного в полубезэховой камере и оснащенного агрегатным монтажным устройством крепления отсоединенной от кузова выхлопной трассы автомобиля (с демонтированными элементами подвески системы выпуска отработавших газов).
На фиг.2 представлен вид сверху акустического динамометрического стенда, оснащенного агрегатным монтажным устройством крепления, частично
или полностью отсоединенной от кузова выхлопной трассы автомобиля, установленного в полубезэховой камере.
Позициями на фиг.1-2 обозначены:
1 - внешняя бетонная оболочка полубезэховой акустической камеры;
2 - внутренняя бетонная оболочка полубезэховой акустической камеры;
3 - звукопоглощающая облицовка кулисного типа;
4 - пружины;
5 - установочный фундамент динамометрического барабанного стенда;
6 - жесткий звукоотражающий пол;
7 - беговые барабаны;
8 - исследуемое транспортное средство (в частности, легковой автомобиль);
9 - пазовые направляющие стенда;
10 - выхлопная трасса системы выпуска отработавших газов ДВС исследуемого транспортного средства;
11 - агрегатное монтажное устройство стенда крепления частично или полностью отсоединенной от кузова выхлопной трассы автомобиля (далее -агрегатное монтажное устройство стенда).
На фиг.3 изображен корпусной элемент выхлопной трассы исследуемого автомобиля, упруго подвешенный на агрегатном монтажном устройстве заявляемого в качестве полезной модели акустического динамометрического стенда.
Позициями на фиг.3 обозначены:
12 - пол (днище) кузова транспортного средства (в частности, легкового автомобиля);
13 - штатные кронштейны подвески выхлопной трассы исследуемого транспортного средства;
14 - корпус глушителя системы выпуска отработавших газов ДВС исследуемого транспортного средства;
15 - трубопровод выхлопной трассы исследуемого транспортного средства;
17 - поперечная балка агрегатного монтажного устройства стенда;
18 - опорная стойка;
19 - подвесной крепежный элемент агрегатного монтажного устройства стенда;
20 - упругая эластичная подвеска;
24 - подвесной крюк опорной стойки;
26 - несущий крепежный хомут;
39 - установочный кронштейн подвесного крепежного элемента;
На фиг.4 представлен вид спереди одной из опорных стоек агрегатного монтажного устройства стенда.
На фиг.5 показан вид «А», сбоку на опорную стойку агрегатного монтажного устройства стенда.
На фиг.6 изображено крепление несущих кронштейнов агрегатного монтажного устройства стенда к пазовым направляющим динамометрического стенда.
На фиг.7 показан подвесной крепежный элемент агрегатного монтажного устройства стенда.
На фиг.8-11 представлены в схематичном виде варианты использования агрегатного монтажного устройства стенда (в виде единичного экземплярного элемента, нескольких монтажных устройств одновременно, в том числе - с использованием парной опорной стойки).
Монтажное устройство является составным агрегатным элементом динамометрического стенда и представляет собой съемную сборную конструкцию агрегата в виде несущих кронштейнов 16 (см. фиг.6), поперечной балки 17 в виде круглой трубы, опорной стойки 18, подвесного крепежного элемента 19 и упругой эластичной подвески 20 (см. фиг.3). Опорная стойка 18 выполнена в виде телескопически соединенных между собой двух металлических трубок - внешней 21 и внутренней 22 (см. фиг.4, 5). Внутренняя трубка 22 вставлена в полость внешней трубки 21 с возможностью перемещения в вертикальном направлении, и фиксируется на заданной высоте стопорным винтом 23. В верхней части внутренней трубки 22 жестко смонтирован (например, сварочным швом) подвесной крюк 24, на который подвешивается упругая эластичная подвеска 20 (например, штатный элемент подушек подвески системы выпуска ДВС исследуемого колесного транспортного средства). Нижняя часть внешней трубки 21 имеет пазы и монтируется на установочную шпонку 25 несущего крепежного хомута 26 с возможностью целенаправленного изменения
угла наклона опорной стойки в поперечной плоскости и фиксации в необходимом положении с помощью болтового соединения 27. Несущий крепежный хомут 26 устанавливается на трубе 28 поперечной балки 17 и стягивается винтом 29. Для дополнительного надежного фиксирования несущего крепежного хомута 26 от проворачивания предусмотрен фиксатор 30 в виде винта с клиновидным наконечником. Таким образом, выполнение конструкции поперечной балки в виде трубы и крепление опорной стойки к балке с помощью несущего крепежного хомута позволяет проводить регулировку угла наклона опорной стойки в продольной плоскости. Для обеспечения высокого шумовибродемпфирующего эффекта, внутренняя полость трубы 28 поперечной балки заполнена сыпучим, пенистым или другим вибродемпфирующим веществом 31 (например, кварцевым песком, бетоном, интегральной пеной, свинцовой или чугунной дробью, или сочетанием в смеси этих веществ в заданных пропорциях). Торцы трубы 28 оборудованы фланцами 32 с резьбовыми отверстиями (см. фиг.6) для соединения трубы 28 с несущими кронштейнами 16 посредством крепежных болтов 33. Несущие кронштейны 16, в свою очередь, монтируются и фиксируются болтами 34 в пазовых направляющих 9 динамометрического стенда. Подвесной крепежный элемент 19 представляет собой сборную конструкцию в виде хомута (см. фиг.7), монтируемого на заданном участке трубопровода выхлопной трассы исследуемого транспортного средства. Верхняя часть 35 подвесного крепежного элемента содержит резьбовые отверстия 36 для ввинчивания стяжных винтов 37, стягивающих верхнюю 35 и нижнюю 38 части подвесного крепежного элемента. К торцу нижней части 38 жестко монтируется (например, сварочным соединением) установочный кронштейн 39, который вывешивается через упругую эластичную подвеску 20 на подвесном крюке 24 опорной стойки 18 (см. фиг.3). Монтажное устройство, в виде составного агрегатного элемента динамометрического стенда, в процессе исследовательских и доводочных работ по виброакустике транспортного средства используется как в виде единичного экземплярного элемента (см. фиг.8), устанавливаемого в одной из зон размещения элемента подвески системы выпуска отработавших газов (например, при исследовании вибропередачи на кузов через конкретный элемент подвески), так и в виде нескольких монтажных устройств (см. фиг.9-10), располагаемых одновременно в нескольких зонах элементов подвески системы выпуска отработавших газов - при исследованиях одновременной вибропередачи на кузов несколькими (всеми) опорными
элементами при демонтированных нескольких (всех) элементах подвески системы выпуска отработавших газов от крепежных кронштейнов кузова. В отдельных случаях, предусмотрено использование парных опорных стоек (см. фиг.11), смонтированных на единой поперечной балке и располагаемых по обе стороны трубопровода (корпуса глушителя или нейтрализатора).