СТЕНД ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Полезная модель относится к технике исследования источников шума колесных транспортных средств, выполняемых в акустической полубезэховой, с жестким звукоотражающим полом камере и конкретно имеет отношение к конструкциям стендов, включающих шумоизолирующие устройства, применяемых для экспериментальных акустических исследований колесных транспортных средств, преимущественно легковых автомобилей.
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнШййя окружающей среды и улучшения акустического комфорта 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 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 -двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и, в особенности, его система газообмена, включающая систему впуска и систему выпуска отработавших газов, как наиболее интенсивных газодинамических источников шума, то весьма важно проводить их исследования и доводку на динамическом стенде при имитации различных скоростных и нагрузочных режимов
(изменяя обороты ДВС, угол открытия дроссельной заслонки и т.п.) в аналогичных условиях свободного 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 динамический 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 полом) испытательные камеры представляют собой 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, потолка, пола. 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 и потолка 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.
Во время стендовых акустических исследований узлов, агрегатов и систем колесного транспортного средства, установленного на беговых барабанах динамического стенда, как правило, очень трудно добиться необходимой точности результатов измерений уровней звука при оценках акустических характеристик различных конструкций исследуемых элементов транспортного средства (например, системы выпуска, впуска, корпусных деталей силового агрегата, узлов трансмиссии и т.д.). Причина сложности получения объективных результатов заключается в наличии высокого уровня «паразитного» маскирующего шумового фона в точке измерений (в зоне установки измерительного микрофона) вблизи исследуемого элемента (срез выхлопной трубы, впускного патрубка, корпус ДВС), излучающего звук. Высокий «паразитный шумовой фон», воспринимаемый в данном случае как «помехи», передается в измерительную зону, в значительной степени, в виде шумового излучения вращающихся на барабанах стенда шин, контактирующих с рабочей поверхностью беговых барабанов стенда и излучающих шум вследствие этого взаимодействия. В особенности, такое отрицательное влияние фонового шума шин на результаты измерения акустических характеристик отдельных источников шума колесного транспортного средства доминирует на высоких скоростях вращения колес исследуемого транспортного средства.
Известен динамический стенд с беговыми барабанами для акустических исследований колесных транспортных средств, представленный в публикации
Walter Seeger "Geraususchabstrahlung eines Verbrennungsmotors. Einfluss der Ansaug - und Absauggerausche auf das Fahrzeug-lnnengerausch". Automobil-lndustrie, 1985, №5, p. 515...526. Здесь, в частности, оценки уровней и спектров шумов систем впуска и выпуска ДВС производились на автомобиле Opel-Kadett GSI, установленного на стенде с беговыми барабанами в полубезэховой акустической камере (см. фиг.1, 3 данной публикации). Измерительный микрофон располагался в непосредственной близи от излучающего звук исследуемого элемента автомобиля (срез выхлопной трубы, впускного патрубка). Существенным недостатком конструкции известного акустического стенда для исследования колесных транспортных средств является отсутствие шумоизолирующих устройств, обеспечивающих звукоизоляцию зоны измерений с установленным микрофоном от «паразитного» шумового фона - в частности, создаваемого вращающимися на беговых барабанах шинами транспортного средства, что не позволяет проводить качественную, с высокой точностью, оценку шумозаглушающих характеристик различных конструктивных вариантов глушителей системы выпуска, впуска, объективно исследовать корпусной шум силового агрегата.
Известен стенд для замеров уровня внешнего шума легкового автомобиля Центра акустических исследований компании Volkswagen, конструкция которого подробно описана в публикации «Das neue Volkswagen - Akustikzentrum in Wolfsburg. Teil 1: Prufstande», ATZ, 2003, №3, с.250-260. Роликовый стенд с независимым приводом на каждое колесо располагается в полубезэховой камере размерами 25*20*6 м. Стены и потолок камеры покрыты звукопоглощающей облицовкой, отвечающей современному уровню, технического развития, представляющей собой сочетание комбинированных панельных резонаторов и асимметрично структурированных поглотителей и обеспечивающей минимальное отражение звука. Слева и справа, на расстоянии 7.5 м от осевой линиии движения автомобиля, находятся так называемые «измерительные дорожки» с 38 микрофонами (см. фиг.2 данной публикации). Цикл измерений внешнего шума ускоряющегося автомобиля может выполняться или вручную человеком, находящимся в автомобиле, или посредством программного управления с помощью автопилота. Недостатком представленной конструкции акустического стенда является ее узконаправленность, возможность качественной оценки лишь внешнего шума автомобиля в целом. Объективное исследование шума,
излучаемого отдельными системами, узлами и агрегатами автомобиля затруднено ввиду отсутствия в составе стенда шумоизолирующих устройств типа акустических экранов, колпаков, капсул и т.д., целенаправленно подавляющих шумовое излучение конкретных источников, создающих высокие уровни «паразитных» шумовых помех, для исследований и количественных оценок более слабых источников шума, излучаемых и оптимизируемых в процессах доводочных работ.
Из свидетельства на полезную модель Российской Федерации №20750, МПК7 B 60 R 13/08, публ. 27.11.2001, БИ №33, известна конструкция стенда для исследований эффективности шумозаглушающих характеристик глушителей шума выпуска отработавших газов двигателей колесных транспортных средств,
содержащего шумоизолирующий экран, способствующий ослаблению «паразитного шума» помех в точках измерений (местах установки микрофонов). При проведении акустических исследований системы выпуска ДВС транспортных средств передвижной шумоизолирующий экран устанавливается в непосредственной близости в зоне задка (бампера) автомобиля. Выхлопная труба основного глушителя, через удлинительную насадку и канал окна экрана выводится в свободную зону испытательной камеры, отделенную экраном от установленного на беговых барабанах транспортного средства. Конструкция шумоизолирующего экрана, представленного в данной полезной модели, обеспечивает шумоизоляцию лишь зоны измерений в районе задка автомобиля и недостаточно эффективно ослабляет шумовые помехи, генерируемые зоной взаимодействия колес транспортного средства и приводными барабанами стенда. В результате измерения уровней шума исследуемых источников излучения искажаются влиянием одного из самых существенных источников шумового «паразитного» (фонового) вклада в точке измерений -вращающихся шин автомобиля, установленного на беговых барабанах динамического стенда.
Известно устройство звукоизолирующего экрана для подавления звука, излучаемого шинами движущегося транспортного средства (заявка Великобритании 2163103 и G 10 K 11/16), выполненного в виде двухстеночной структуры, внутреннее пространство которой содержит как звукопоглощающие материалы, так и специальные резонаторные полости, образуемые между внутренними поверхностями стенок. Между поверхностями нижнего торца экрана и поверхностью дорожного покрытия имеется небольшой воздушный зазор.
Недостатками устройства являются его относительно невысокая звукоизолирующая способность (легковесная тонкостенная структура, смонтированная на кузове, воздушный зазор) и относительно узкий, в связи с этим, рабочий диапазон заглушаемых звуковых частот.
Известен стенд для акустических исследований колесных транспортных средств фирмы CEVAA (Centre d'Essais Vibro-Acoustique pour I'Automobile), представленный в публикации «Movements. All moving so fast!», Vehicle News, №268, June 2003, стр.77-79. При необходимости изолировать фоновый шум, излучаемый вращающимися шинами автомобиля, напротив колеса устанавливается звукоизолирующий экран, выполненный в виде объемного металлического кожуха, во внутренней полости которого смонтирована панель из звукопоглощающего материала. Однако, непосредственно внешняя поверхность оболочки экрана в данной конструкции выполнена из металлического листа и в связи с этим является звукоотражающей, что приводит к возникновению искажений реальных звуковых полей в зонах измерений. Звуковые волны, излучаемые исследуемыми узлами, агрегатами и системами автомобиля, дополнительно отражаются в этом случае от жестких металлических поверхностей кожуха экрана, попадая в пространство измерительной зоны вокруг исследуемого объекта испытаний, с установленными в нем измерительными микрофонами, что непосредственным образом оказывает отрицательное влияние на точность и объективность исследовательских и доводочных работ. Кроме этого, сама металлическая структура известного кожуха экрана является вибровозбудимой, принимающей вибрационное воздействие от пола испытательной камеры, что может приводить к динамическому (вибрационному) возбуждению тонкостенной металлической оболочки и, соответственно, дополнительному переизлучению в виде структурного «паразитного» шума в зону измерений.
Известен стенд для акустических исследований колесных транспортных средств, представленный в публикации «Akustik-und Schwingungs-komfort des neuen BMW 5er», Sonderausgabe von ATZ und MTZ, 2003 г., стр.154-159, принимаемый в качестве ПРОТОТИПА. В данной публикации, в частности, приведен пример исследования шума автомобиля BMW 5-ой серии в условиях стендовых испытаний на беговых барабанах динамического стенда, установленного в акустической полубезэховой камере. Напротив задних колес
автомобиля установлены шумоизолирующие экраны для уменьшения «паразитного» фонового шума шин при исследовании акустических характеристик отдельных источников шума автомобиля, например, шума, излучаемого открытым срезом выхлопной трубы системы выпуска отработавших газов двигателя. Экран является мобильным, легкопереносимым устройством, со специальными рукоятками для перемещения экрана в процессе установки и демонтажа в пространстве испытательной камеры. Конструкция шумоизолирующего экрана обладает аналогичными конструктивными недостатками, что и экран акустического стенда фирмы CEVAA, описанными выше.
Предлагаемое техническое решение позволяет в значительной степени устранить обозначенные выше недостатки.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном стенде для акустических исследований колесных транспортных средств (преимущественно, легкового автомобиля), содержащем, в частности, шумоизолирующие устройства для уменьшения фонового «паразитного» шума, излучаемого вращающимися на беговых барабанах шинами колесного транспортного средства - шумоизолирующее устройство выполнено в виде объемных двухсторонних шумопоглощающих экранов, структура которых включает комбинацию плотно взаимно сопрягающихся слоев несущего перфорированного металлического листа и расположенных по обе стороны от него слоев самоклеющегося звукопоглощающего пористого волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем; шумопоглощающие экраны устанавливаются непосредственно напротив шин автомобиля с плотным беззазорным контактом с поверхностью кузова и пола испытательной камеры. При этом, установочные основания экранов выполнены в виде 2-х пластин с регулировочными пазами, которые фиксируются в штатных пазовых направляющих динамического барабанного стенда и позволяют применять селективную выборку и фиксацию положения экранов в зависимости от колеи исследуемого автомобиля;
фронтальные панели экранов имеют технологический проем для установки упорного ограничительного ролика защитного ограждения стенда, а торцевая часть боковых и верхней панелей выполнена упругой в виде припуска шумопоглощающего материала без жесткого металлического слоя.
Сущность полезной модели поясняется графически.
На фиг.1-4 представлена акустическая полубезэховая камера, с установленным в ней заявляемым в качестве полезной модели стендом для акустических исследований колесного транспортного средства. Позициями на фиг.1-4 обозначены:
1 - внешняя бетонная оболочка полубезэховой камеры;
2 - внутренняя бетонная оболочка полубезэховой камеры;
3 - звукопоглощающая облицовка кулисного типа;
4 - пружины;
5 - фундамент динамического барабанного стенда;
6 - жесткий звукоотражающий пол;
7 - беговые барабаны;
8 - исследуемое транспортное средство;
9 - крепежный трос;
10 - измерительные микрофоны;
11 - защитное ограждение стенда;
12 - упорный ограничительный ролик;
13 - штатные пазовые направляющие динамического барабанного стенда;
14 - шумопоглощающий экран.
На фиг.5, 6, 7 представлена в 3-х проекциях конструкция шумопоглощающего экрана.
На фиг.8 представлено сечение по А-А шумопоглощающего экрана.
На фиг.9 показано крепление пластин основания шумопоглощающего экрана в штатных пазовых направляющих динамического барабанного стенда.
Стенд для акустических исследований колесных транспортных средств содержит объемные двухсторонние шумопоглощающие экраны 14, установленные непосредственно напротив шин, с плотным беззазорным контактом с поверхностью кузова исследуемого транспортного средства 8, в частности, автомобиля, и поверхностью пола 6 испытательной камеры, и зафиксированные в штатных пазовых направляющих 13 динамического барабанного стенда. Конструкция шумопоглощающих экранов состоит из фронтальной 15, двух боковых 16 и верхней 17 панелей. Структура панелей включает комбинацию плотно под прямым углом взаимно сопрягающихся слоев несущего перфорированного металлического листа
18 (см. фиг.8) и расположенных по обе стороны от него слоев самоклеющегося звукопоглощающего пористого волокнистого или открытоячеистого пенистого материала 19 с внешним защитным звукопрозрачным слоем 20. Защитный звукопрозрачный слой 20 изготавливается преимущественно из моющегося, огнестойкого, влаго-масло-бензостойкого материала, типа полиэстеровой пленки, не впитывающего указанные вещества внутрь пористой структуры звукопоглощающего материала, легко подвергающегося очистке пылесосом или влажной очистке. Перфорация отверстиями несущего металлического листа 18 позволяет снизить его возможное шумовое излучение от возможного динамического (вибрационного) возбуждения вследствие образования условий для короткого акустического замыкания, реализуемого через отверстия перфорации между лицевой и тыльной поверхностью перфорированного листа. Двухсторонняя футеровка звукопоглощающим материалом несущего металлического листа, в совокупности с его перфорированной структурой, обеспечивает более эффективное поглощение звуковых волн, излучаемых вращающимися на беговых барабанах шинами, позволяя звуковым волнам через перфорированные отверстия проникать в зону внешних пористых слоев звукопоглощающих панелей и, тем самым, ослаблять звуковую энергию более толстым пористым слоем материала, включающим как внутреннюю, так и внешнюю футеровки экрана. Кроме этого, ослабляется составляющая шума, образуемая в результате отражения звука от жестких внешних поверхностей панелей экранов, ввиду изготовления их из перфорированного, слабо отражающего звук, металлического листа с двухсторонней футеровкой звукопоглощающим материалом -что благоприятно сказывается на ослаблении негативного искажения звуковых полей в измерительных зонах (местах установки измерительных микрофонов). Для повышения изгибной жесткости конструкции шумопоглощающих экранов несущий префорированный металлический лист усилен несущей трубкой 21 замкнутого профиля, например, квадратного (на фиг.5-7 трубка показана пунктирной линией). Основания экранов выполнены в виде двух металических пластин 22 с регулировочными пазами 23 и жестко фиксируются установочными винтами 24 в штатных пазовых направляющих 13 динамического барабанного стенда (см. фиг.9). Такая конструкция оснований с применением регулировочных пазов позволяет осуществлять регулировку местоположения шумопоглощающих экранов в
зависимости от колеи исследуемого автомобиля. Футеровка шумопоглощающим материалом 19 несущего перфорированного металлического листа 18 боковых 1 б и верхней 17 панелей выполнена с припуском (на фиг.6 и 7 граница припуска выделена тонкой пунктирной линией) - таким образом, торцевая, контактирующая с объектом испытаний, часть экранов является упругой, без жесткого металлического слоя, что позволяет обеспечить плотный беззазорный контакт торцев экранов с кузовом легкового автомобиля. Фронтальная панель 15 шумопоглощающих экранов снизу имеет технологический проем 25 для установки упорного ограничительного ролика защитного ограждения стенда.
Применение заявляемой конструкции стенда для акустических исследований колесных транспортных средств позволяет снизить влияние «паразитного» фонового шума, излучаемого со стороны вращающихся на беговых барабанах шин, в особенности на высоких скоростях вращения, и, таким образом, повысить точность и объективность результатов измерений шумовых характеристик исследуемых отдельных узлов, агрегатов и систем колесного транспортного средства.