Стенд для акустических испытаний электрогидравлических устройств, интегрируемых с резервуарами гидравлических жидкостей транспортных средств
STAND FOR ACOUSTIC TESTING OF ELECTRO-HYDRAULIC APPARATUS INTEGRATED WITH HYDRAULIC FLUID TANKS OF VEHICLES

Изобретение относится к средствам обеспечения лабораторных исследований акустического шума электрогидравлических агрегатов (устройств), встраиваемых в резервуары гидравлических жидкостей транспортных средств, в частности, для исследований интегрируемых с топливными баками транспортных средств топливных насосов с электроприводом, которые являются характерным «малым», но ярко выделяющимся источником шумов и вибраций в пассажирском салоне транспортного средства.
Улучшение акустического комфорта в пассажирском салоне является одной из важных задач производителей транспортных средств, требующей больших материальных, временных и интеллектуальных ресурсов. Экспериментальные исследования, проводимые в стендовых / лабораторных условиях и с привлечением многообразной техники имитации рабочих режимов, являются разноплановыми и высоко продуктивными процессами, обеспечивающими доводку виброакустических параметров транспортных средств и их отдельных компонентов, по меньшей мере, до регламентируемых уровней.
Для лучшей воспроизводимости результатов испытаний, а также в случаях, когда акустические исследования осуществляются с использованием измерительных микрофонов (приемников сигналов динамических откликов исследуемых объектов), и особенно в случаях малого уровня шумового сигнала, излучаемого непосредственно объектом испытаний (характерно для малогабаритных электродвигателей и насосов), возникает необходимость обеспечения низкого шумового фона и минимума искажений свободного акустического поля в помещении, где проводятся такие исследования. Указанные условия наилучшим образом могут быть обеспечены проведением исследований в условиях специальной акустической безэховой камеры.
Безэховая (полностью заглушенная) испытательная камера представляет собой автономное помещение внутренние ограждающие поверхности которого снабжены звукопоглощающим покрытием, которое расположено на виброизолированном фундаменте, отделенном от фундамента основного здания. В безэховой камере могут быть размещены и размещаются контекстуально необходимые статические и/или динамические (с приводными и/или нагрузочными электромашинами) стенды.
Одним из представителей статических стендов, используемых в составе безэховой камеры, является стенд для акустических испытаний малогабаритных механизмов и систем, снабженных приводным электродвигателем, по патенту RU 40795, МПК G01M 17/00, публ. 19.01.2004, содержащий расположенные за пределами безэховой камеры регистрирующую и анализирующую аппаратуру, источник питания электродвигателя с регулятором уровня напряжения, расположенные в безэховой камере упругий (эластичный) подвес, измерительные микрофоны и каркас, включающий в себя снабженные опорами стойки, а также неподвижно соединенные со стойками, с образованием параллелепипеда, прогоны, расположенные со стороны опор, и ригели, расположенные со стороны удаленных от опор концов стоек. Где каждая из опор стоек выполнена с возможностью крепления, с использованием упругой виброизолирующей подложки, к полу безэховой камеры, упругий подвес с возможностью крепления на ригелях каркаса и с возможностью удержания объекта исследований в пространстве между элементами каркаса. При этом стойки, прогоны и ригели каркаса выполнены из заглушенных труб, полости которых заполнены сыпучим и/или вспененным вибродемпфирующим веществом, а внешняя поверхность каркаса облицованной звукопоглощающим покрытием реверберационный коэффициентом звукопоглощения которого не ниже 0,8 в диапазоне частот от 500 до 8000 Гц.
В решении по патенту RU 40795 подвес выполнен в виде эластичных / упругих тяжей, расположенные со стороны исследуемого объекта, концы которых снабжены легкосъемными крюками S-образной формы. В описании данного решения указано, что в комплект стенда входит набор крюков различных размеров, ситуативно используемых в зависимости от геометрических параметров объекта исследований, и проиллюстрирован вариант стенда для процесса исследований топливного насоса с электроприводом, который установлен в резервуар (далее - бак), подвешенный, на период испытаний, на тяжах в пространстве между элементами каркаса, и заполненный имитатором топлива (диэлектрической трудновоспламеняемой жидкостью, вязкость которой близка к вязкости среды, штатно перекачиваемой насосом). При этом в преамбуле описания обозначена возможность использования стенда для исследований, в том числе, электронасосов омывающей жидкости. Для обозначения среды, штатно перекачиваемой насосом электрогидравлического устройства, или ее имитатора далее использован термин жидкость.
Из уровня техники известно:
- что электрогидравлические устройства (применительно к транспортным средствам - насосы с приводом от электродвигателя) являются генераторами упругих колебаний, обусловленных вибрацией механических элементов насоса и пульсацией перекачиваемой насосом среды, вибрацией подвижных элементов электродвигателя, динамическими силами, возникающими в его обмотках, а также возникающими в магнитной системе электродвигателя магнитострикционными и электромагнитными силами амплитуды которых зависят, в том числе, и от величины питающего напряжения, и от наличия и уровня высокочастотных электрических помех, блуждающих в питающей электродвигатель электрической сети.
- что стенки баков являются вибровозбудимыми, структурно связанными с электрогидравлическими устройствами, элементами конструкции транспортных средств; что бак может повышать уровень звука источника (преимущественно, в области низкочастотных гармоник) как за счет увеличения поверхности звукового излучения, так и за счет резонанса стенок бака (зависит, в том числе, и от степени наполнения бака); что амплитуда вибрационных смещений зависит, в том числе, и от степени наполнения бака, и от конструктивных особенностей бака, и от распределения механических напряжений в стенках бака, полученных в процессе его изготовления.
Из выше изложенного примечания следует, что акустические исследования электрогидравлических устройств целесообразно производить в составе баков, с которыми электрогидравлические устройства должны быть интегрированы в составе транспортного средства, а также при различном наполнении баков, при различных, в пределах допустимых норм, уровнях питающего электрогидравлическое устройство напряжения и, как вариант, с применением режимов, имитирующих наличие в питающей электрогидравлическое устройство сети высокочастотных электрических помех с заданными параметрами.
В контексте заявляемого стенда, а также исходя из условий, которые желательно реализовать в процессе проведения исследований, в стенде по патенту RU 40795 можно выделить следующие недостатки:
- Отсутствие насоса для наполнения бака перекачиваемой электрогидравлическим устройством жидкостью до заданного регламентом испытаний уровня, а также для полного или частичного удаления жидкости из бака по окончании заданного регламентом этапа исследований.
- Отсутствие измерителя (датчика) и указателя (индикатора) уровня жидкости в баке.
- Необходимость изготовления и закрепления на баках, на предваряющих исследования этапах, зацепов, которые, как правило, изначально (штатно) отсутствуют, выполненных с возможностью взаимодействия с крюками подвеса.
- Необходимость индивидуальной, на предваряющих исследования этапах, подгонки длины тяжей и их расположения на ригелях каркаса в случае выполнения исследований с участием разнотипных баков.
- Возможность внесения тяжами подвеса искажений в свободное акустическое поле безэховой камеры, обусловленных вибровозбудимостью тяжей, которая зависит и от физических свойств материала, из которого изготовлены тяжи, и от длины тяжей, и от степени натяжения тяжей, которая, в свою очередь, варьируется в зависимости от степени наполнения бака.
Из патента DE 10220496, МПК В60Р 7/08, B60R 7/00, B60R 21/06, публ. 27.11.2003, и патента RU 52588, МПК B60R 7/00, B60R 21/06, публ. 10.04.2006 известны устройства удержания предметов в багажном отделении автомобиля, любое из которых содержит рамку и закрепленное на рамке сеточное изделие. Рамка устройства по DE 10220496 выполнена жесткой, а рамка по патенту RU 52588 эластичной. Сеточное изделие в решении по DE 10220496 выполнено в виде эластичного сетного полотна с различной, в поперечном и продольном направлениях, упругостью (метод формирования сетного полотна не указан); сеточное изделие в решении по патенту RU 52588 выполнено узловым плетением эластичных нитей, сформированным, в совокупности с рамкой, или с образованием сетного полотна, или с образованием сетного кармана / мешка. При этом из патента RU 2233921, МПК D04G 1/00, D04C 1/06, публ. 10.08.2004, известно сеточное изделие, см. Фиг. 6 описания, сформированное в виде сетного мешка, выполненного методом безузлового плетения.
Пояснения к используемым терминам:
Сетное полотно - конструктивный материал большинства орудий лова, образованный взаимно пересекающимися гибкими нитями, скрепленными в точках их пересечения. Сетные полотна делятся на узловые и безузловые. Сетные полотна при отношении диаметра нити к шагу ячеи менее 0,02 называются сетью и используются для объячеивающих орудий лова, при отношении больше 0,02 - делью и применяются в отцеживающих орудиях лова - см. стр. 223 книги «Морской энциклопедический справочник», том 2 (О-Я), под редакцией Н.Н. Исанина, Л. Судостроение, 1987.
Кошель - в т.ч. сетчатый снаряд для ловли рыбы (см. стр. 296 книги «Толковый словарь русского языка», под ред. С.И. Ожегова, Н.Ю. Шведовой, М. АЗЪ 1995), или, в т.ч., мягкая складная корзина, плетеный или вязаный кулек, сетчатый мешок (см. стр. 295 книги «Толковый словарь живого великорусского языка», В.И.Даль, том 2 (И-О), М. «Астрель. АСТ» 2001, напечатанной на основе издания 1955г., воспроизводившего 2-е издание словаря 1880-1882 г.г.).
Задачей предлагаемого технического решения является создание стенда для акустических испытаний электрогидравлических устройств, встраиваемых в баки транспортных средств. В качестве прототипа принято решение по патенту RU 40795.
Задача решается в стенде для акустических испытаний электрогидравлических устройств, встраиваемых в баки гидравлических жидкостей транспортных средств, содержащий расположенные за пределами безэховой камеры регистрирующую и анализирующую аппаратуру, источник питания с регулятором уровня напряжения, расположенные в безэховой камере подвес, измерительные микрофоны, а также выполненный в виде параллелепипеда каркас, включающий в себя стойки, прогоны и ригели;
Задача решается тем, что:
- подвес стенда выполнен в виде сетного (сетчатого) кошеля, устье которого неподвижно закреплено, с возможностью демонтажа, на ригелях каркаса, а дель сформирована с возможностью удержания в пространстве между элементами каркаса различных баков из числа интегрируемых в составе транспортного средства с исследуемым электрогидравлическим устройством,
- при этом дель кошеля выполнена образованной взаимопересекающимися шнурами амортизационными, соединенными в точках их пересечения без образования узлов,
- стенд снабжен перекачивающим насосом, выполненным с возможностью наполнения бака жидкостью до заданного регламентом испытаний уровня, а также для полного или частичного удаления жидкости из бака по окончании заданного регламентом этапа исследований, и хранилищем перекачиваемой жидкости, выполненным с возможностью хранения предусмотренной регламентом испытаний жидкости, а также опосредованной перекачивающим насосом подачи жидкости в бак и приема жидкости из бака,
- стенд выполнен снабженным измерителем и указателем объема размещенной в баке жидкости.
Изобретение поясняется чертежом (Фиг. 1), иллюстрирующим описание заявляемого стенда.
Позициями на фиг. 1 показаны:
1 - бак испытываемого электрогидравлического устройства.
2 - формирующие дель кошеля шнуры амортизационные (показаны условно).
3 - исследуемое электрогидравлическое устройство; на чертеже показан вариант электрогидравлического устройства, совмещенного с датчиком уровня топлива.
4 - источник питания испытываемого электрогидравлического устройства, указателя и датчика (при их наличии) уровня топлива; может быть совмещен или дополнительно оснащен регулятором напряжения и, как вариант, источником высокочастотных электрических помех с заданными, регламентом испытаний, параметрами. Источник питания перекачивающего насоса не показан; им может быть или временно подключаемый к перекачивающему насосу источник питания испытываемого электрогидравлического устройства, или электрическая сеть безэховой камеры (не показана).
5 - перекачивающий насос.
6 - хранилище жидкости.
7 - указатель объема размещенной в баке жидкости.
8 - стойки каркаса.
9 - ригели каркаса (прогоны позициями не обозначены).
10 - шланги перекачивающего насоса и хранилища жидкости.
11 - измерительные микрофоны.
Изобретение может быть реализовано в расположенном в безэховой камере (не показана) стенде, содержащем измерительные микрофоны 11, связанную с микрофонами регистрирующую и анализирующую аппаратуру (не показана), источник питания 4 с регулятором уровня напряжения (не показан) и, как вариант, с источником (не показан) высокочастотных электрических помех с заданными, регламентом испытаний, параметрами, подвес, измеритель и указатель 7 объема размещенной в баке жидкости, каркас, а также перекачивающий насос 5, хранилище 6 перекачиваемой жидкости и шланги 10 перекачивающего насоса и хранилища жидкости.
Регистрирующая и анализирующая аппаратура, указатель 7 объема размещенной в баке жидкости (при использовании светопрозрачных баков может отсутствовать в виде функционально самостоятельного устройства), источник питания 4 с регулятором уровня напряжения и, как вариант, с источником высокочастотных электрических помех с заданными параметрами, выполнены размещенными за пределами безэховой камеры.
Каркас, подвес, измерительные микрофоны 11, измеритель объема размещенной в баке жидкости (при использовании светопрозрачных баков может отсутствовать в виде функционально самостоятельного устройства), выполнены размещенными в безэховой камере.
Каркас, выполнен образованным стойками 8, прогонами (прорисованы, но позициями не обозначены) и ригелями 9, неподвижно соединенными с образованием параллелепипеда. Каждая из стоек 8 выполнена снабженной опорами (прорисованы, но позициями не обозначены), сформированными с возможностью крепления, с использованием упругой виброизолирующей подложки (не показана), к полу безэховой камеры (не показаны). Стойки 8, прогоны и ригели 9 каркаса выполнены из заглушенных труб, полости которых заполнены сыпучим и/или вспененным вибродемпфирующим веществом. Внешняя поверхность каркаса выполнена облицованной звукопоглощающим покрытием (не показано), реверберационный коэффициент звукопоглощения которого не ниже 0,8 в диапазоне частот от 500 до 8000 Гц.
Перекачивающий насос 5, хранилище 6 перекачиваемой жидкости, а также шланги 10 перекачивающего насоса и хранилища жидкости выполнены, предпочтительно, мобильными, вводимыми (вносимыми / ввозимыми) в безэховую камеру на предваряющих исследования подготовительных этапах. В случае, если нахождение в безэховой камере перекачивающего насоса 5, хранилища 6 перекачиваемой жидкости и их шлангов 10 предусмотрено регламентом испытаний электрогидравлического устройства, то внешние поверхности, по меньшей мере, перекачивающего насоса и хранилища перекачиваемой жидкости выполняют снабженными звукопоглощающей облицовкой реверберационный коэффициент звукопоглощения которой не ниже 0,8 в диапазоне частот от 500 до 8000 Гц.
Стенд выполнен снабженным, на период испытаний, исследуемым электрогидравлическим устройством 3 и баком 1, из числа тех, с которыми исследуемое электрогидравлическое устройство 3 может быть интегрировано в составе транспортного средства.
Подвес стенда выполнен в виде сетного (сетчатого) кошеля, устье которого неподвижно закреплено (с возможностью демонтажа по завершении всех испытаний исследуемого электрогидравлического устройства), на ригелях 9 каркаса. Где дель (показана пунктирной линией) кошеля выполнена сформированной с возможностью удержания в пространстве между элементами каркаса любого из баков 1, использование которых предусмотрено регламентом (регламентами) испытаний исследуемых электрогидравлических устройств. При этом дель кошеля выполнена образованной взаимопересекающимися шнурами 2 амортизационными, соединенными, в точках их пересечения, без образования узлов, подобных тем, что имеют место при вывязывании сетей из лески / нити / шнура.
Для исследований электрогидравлических устройств легковых автомобилей, в наиболее предпочтительном варианте, дель кошеля может быть выполнена сформированной с ячейками размером от 160 до 200 мм шнурами 2 амортизационными диаметром 8 или 10 мм по ТУ 38 105572-2011, с фиксацией шнуров 2, в местах их пересечения, стягиванием посредством термически обработанной, предпочтительно, оцинкованной проволоки стальной низкоуглеродистой по ГОСТ 3282-74 (не показана).
Из уровня техники известно. Что баки транспортных средств могут быть выполнены или из материала, не пропускающего свет, или свето прозрачными. Свет не пропускающие баки должны быть выполнены оснащенными измерителем объема размещенной в баке жидкости (на чертеже условно показан измеритель, совмещенный с исследуемым электрогидравлическим устройством 3 - решение также известно из уровня техники). При использовании свето прозрачных баков роль измерителя объема размещенной в баке жидкости и, соответственно, указателя 7, может быть исполнена прозрачными стенками бака. В качестве измерителя и указателя объема размещенной в баке жидкости также может быть использован любой известный из уровня техники расходомер (счетчик количества перекачиваемой насосом для наполнения/опустошения бака жидкости) с соответствующими регламенту испытаний параметрами производительности и погрешности, встраиваемый в гидравлическую линию одного из шлангов 10 насоса 5 и хранилища 6 перекачиваемой жидкости.
В наилучшем варианте, в качестве измерителя объема размещенной в баке жидкости может быть использован либо интегрируемый с баком (вариант на чертеже не показан), либо интегрируемый с исследуемым электрогидравлическим устройством 3 датчик уровня жидкости из числа штатно используемых в составе транспортного средства, к которому относится исследуемое электрогидравлическое устройство, а в качестве указателя 7 - электродинамический или цифровой указатель с соответствующими измерителю параметрами.
Хранилище 6, перекачивающий насос 5 и бак 1 исследуемого электрогидравлического устройства 3 могут быть выполнены соединенными посредством шлангов 10 либо в процессе всего цикла исследований, либо с возможностью соединения на предваряющих испытания подготовительных этапах исследований. При этом перекачивающий насос 5 может быть выполнен неподвижно соединенным с хранилищем 6 жидкости.
Принцип работы стенда, в принципе, понятен из чертежа и расположенного выше описания.
Бак 1 с испытываемым электрогидравлическим устройством 3 выполнен свободно (без дополнительного крепления к дели) уложенным на дели кошеля, расположенным в пространстве между элементами каркаса, заполненным жидкостью в требуемом регламентом исследований объеме (до требуемого уровня). Наполнение /опустошение бака 1 осуществляется перекачивающим насосом 5 с использованием хранилища 6 перекачиваемой жидкости, степень наполнения бака 1 контролируют посредством указателя 7 объема размещенной в баке жидкости или, как вариант, по изменению внешнего вида бака, если последний выполнен свето прозрачным. Измерительные микрофоны 13 располагают на расстоянии 0.25 м от внешней поверхности стенок бака 1. Микрофоны 13 выполнены электрически соединенными с регистрирующей и анализирующей аппаратурой. Источник питания 4, регулятор напряжения (не показан) и, как вариант, источник (не показан) высокочастотных электрических помех с заданными, регламентом испытаний, параметрами выполнен электрически соединенным с исследуемым электрогидравлическим устройством 3, указателем 7 и датчиком (при их наличии) объема (уровня) размещенной в баке жидкости. На период наполнения жидкостью бака 1 (опустошения бака 1) перекачивающий насос 5 электрически соединяют с источником питания (не показан), в качестве которого, в зависимости от электропривода насоса, может быть использован или источник 4 питания испытываемого электрогидравлического устройства 3, или электрическая сеть безэховой камеры (не показана).
Ячейки дели обеспечивают свободный доступ к баку 1, исследуемому электрогидравлическому устройству 3 и датчику уровня жидкости, контекстуально необходимых электрических проводов и одного из шлангов 10 перекачивающего насоса 5, а также не препятствую распространению в пространство безэховой камеры акустических шумов, генерируемых исследуемым электрогидравлическим устройством 3.
Шнур 2 амортизационный по ТУ 38 105572-2011 включает в себя прядь эластичных (упругих), квадратного сечения, нитей и оболочку (оплетку), изначально сформированную плетением хлопчатобумажных или синтетических нитей, или нитей из смешанных волокон вокруг предварительно растянутой пряди. Наличие в пряди некоторого множества стянутых оплеткой эластичных нитей обеспечивает достаточно высокие вибродемпфирующие качества шнура.
Подвес в виде кошеля, дель которого образована взаимно пересекающимися шнурами 2 амортизационными, неподвижно соединенными в точках их пересечения, обеспечивает:
- укладку и удержание баков достаточно широкой номенклатуры без каких-либо подготовительных действий,
- дробление дель образующих шнуров на ограниченные размерами ячейки участки, длина каждого из которых меньше длины эластичных / упругих тяжей подвеса стенда прототипа, что снижает вибровозбудимость шнуров в низкочастотном диапазоне,
- взаимное демпфирование участками шнуров, сходящимися в каждом из мест фиксации ячеек, колебаний, возбуждаемых работой исследуемого электрогидравлического устройства, на формирующих ячейки участках шнуров.
Безузловая дель, ячейки которой выполнены закрепленными связыванием посредством тонкой стальной проволоки, характеризуется малой поверхностной площадью любого из мест сопряжения пересекающихся шнуров и, как следствие, их малой звукоотражающей способностью, что минимизирует искажения, вносимые делью в свободное акустическое поле помещения безэховой камеры.
Стенд обеспечивает проведение акустических испытаний, во всем их многообразии, любых электрогидравлических устройств, встраиваемых в баки транспортных средств.