ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ МАЛОГАБАРИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ И СИСТЕМ С ПРИВОДНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к технике исследования источников шума малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель, например, изделий электрооборудования или системы питания транспортного средства (типа модуля электробензонасоса, смонтированного в топливном баке, электровентилятора системы охлаждения двигателя в сборе с кожухом, электровентиляторов отопителя, кондиционера, моторедукторов стеклоподъемника, очистителя ветрового стекла и т.п.), выполняемых в стендовых условиях в акустической безэховой камере и конкретно имеет отношение к конструкциям испытательных камер и шумоизолирующих устройств, применяемых для изоляции фонового шума, излучаемого, в первую очередь, электровентиляторами приборного оборудования (например, источника питания постоянного тока, устройства регулирования напряжения питания).
Решение проблемы улучшения акустического комфорта в кабине (пассажирском салоне) 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 по виброакустике, в частности, транспортных средств и их отдельных компонентов, излучающих шум, содержащих в агрегатах и системах приводные электродвигатели (например, для привода очистителя ветрового стекла с моторедуктором, моторедуктора фароочистителя, электронасоса омывающей жидкости, электровентилятора охлаждения радиатора, электровентилятора отопителя, моторедуктора электростеклоподъемника, микромоторедуктора заслонки отопителя, моторедуктора верхнего люка, электропривода наружных зеркал, моторедукторов блокировки замков дверей, электроусилителя руля, модуля электробензонасоса, смонтированного в топливном баке и т.д.), являющихся характерными «малыми», но ярко выделяющимися источниками шумов и
вибраций в кабине (пассажирском салоне) транспортного средства, - являются экспериментальные исследования этих агрегатов и систем, проводимых в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов, идентичных реальным эксплуатационным условиям работы. В тех случаях, когда такие исследования и доводка проводятся с использованием приемников сигналов динамических откликов исследуемых объектов с помощью измерительных микрофонов, то с учетом слабого шумового сигнала, излучаемого непосредственно объектом испытаний (например, низких уровней шума малогабаритного электродвигателя), возникает, в первую очередь, необходимость обеспечения низкого шумового фона в помещении, где проводятся такие измерения.
Для лучшей воспроизводимости результатов испытаний, обеспечения стабильных нагрузочных режимов исследуемых электроустройств, качественного проведения акустических измерений без экранирующего воздействия корпусных элементов вспомогательного стендового оборудования и дополнительного паразитного шумового излучения других шумоизлучаемых узлов и агрегатов транспортного средства, необходимо свести к минимуму искажение свободного акустического поля, формируемого этими посторонними техническими устройствами и факторами. Для обеспечения необходимых условий испытаний при определении акустических характеристик малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель, используются специальные акустические безэховые камеры с отдельным пультовым помещением, в котором предпочтительно располагать регистрирующую, анализирующую и регулирующую аппаратуру с целью минимизировать «паразитный» фоновый шум непосредственно в измерительном пространстве испытательной камеры. Безэховая (полностью заглушенная) испытательная камера представляет собой автономное помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте. В безэховой камере размещаются специальные приводные акустические стенды и вспомогательные установки для исследований и экспериментальных оценок, улучшения шумовых характеристик малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель. Такие установки, как правило, предусматривают монтажные удерживающие устройства
упругого подвеса объекта исследований, а также источники питания постоянного тока с устройством регулирования напряжения питания. 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, футерующего звукоотражающие поверхности стен, потолка, пола камеры. 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 слабоотражающего 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.
С другой стороны, используемые в составе установки для акустических исследований малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель, источники постоянного питания с устройством регулирования напряжения, как правило, содержат электровентиляторы, необходимые для охлаждения блоков мощных управляющих тиристоров и транзисторов. Работающие электровентиляторы излучают существенный «паразитный» шум аэродинамического характера, искажающий реальные результаты измерений шумовых характеристик исследуемого объекта. Кроме этого, передающийся воздушным путем шум вентиляторов возбуждает изгибные колебания стенок корпусов используемых приборов, переизлучаемые в соответствующий дополнительный структурный шум, являющийся фоновым и отрицательно сказывающийся на качество и объективность проводимых акустических
исследований. Также возможно возникновение звукоотражающих эффектов от поверхностей стенок достаточно габаритных корпусов используемых приборов при расположении их в пространстве безэховой камеры. Именно поэтому, более правильным является размещение регистрирующей, анализирующей и регулирующей аппаратуры в отдельном пультовом помещении, шумо- и виброизолированном от помещения испытательной акустической камеры. В это же время, располагаемая в пультовом помещении аппаратура, содержащая электровентиляторы (например, источник постоянного питания с устройством регулирования напряжения), создает шумовое излучение, воздействующее на органы слуха находящегося в этом же помещении оператора, значительно ухудшающее условия труда и отрицательно влияющее на работоспособность и состояние здоровья проводящего испытания персонала. Ослабить вредное воздействие шумового излучения электровентиляторов, используемых в составе источников постоянного питания, устройств регулирования напряжения и другого приборного оборудования, можно, например, применением шумоизолирующих устройств типа акустических капсул.
Известна испытательная камера с установкой для акустических исследований отдельных малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель, представленная в публикации Adam Gavine «Bulletin Board», Testing Technology International, November 2000, стр.37-39. Исследуемый механизм (система) устанавливается на специальном монтажном столе, расположенном в безэховой акустической камере. Вокруг механизма, на определенном заданном расстоянии от его поверхности, установлены измерительные микрофоны, регистрирующие акустические сигналы, излучаемые работающим приводным электродвигателем, и передающие их на соответствующую регистрирующую и анализирующую аппаратуру. Питание приводного электродвигателя осуществляется источником постоянного тока с устройством регулирования напряжения питания. Недостатком представленной конструкции испытательной камеры для исследования малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель, является отсутствие шумоизолирующих устройств, ослабляющих излучение аэродинамического шума крыльчатками вентиляторов источника постоянного тока и устройства регулирования напряжения питания, а также структурного
шума, возникающего вследствие вибровозбуждения металлических стенок корпусов указанных приборов. В результате чего, в случае размещения данной аппаратуры в пространстве испытательной камеры, возникает дополнительный «паразитный» шумовой сигнал, ухудшающий процесс исследования акустических характеристик малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель. А в случае расположения источника постоянного тока и устройства регулирования напряжения в отдельном пультовом помещении возникает зашумленность рабочего места оператора, что приводит к ухудшению условий труда и нарушению требований существующих стандартов, определяющих нормы допустимого шума на рабочем месте.
Известна испытательная камера, содержащая установку для исследования процессов излучения шума различных комплектующих агрегатов автомобиля, содержащих приводной электродвигатель, ПРОТОТИП, представленная в публикации «IVM Automotive. Akustik als Dienstleistung» журнала ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 102 (2000) 3, стр.165. Здесь, в частности, приведена стендовая установка для исследования акустических характеристик электровентилятора в сборе с кожухом радиатора системы охлаждения автомобильного двигателя. Исследуемый электровентилятор упруго подвешивается с помощью специальных растяжек к пространственно-балочной металлической конструкции стойки. В зоне электродвигателя с крыльчаткой установлен измерительный микрофон, сигнал с микрофона подается на вход анализатора спектра с последующим выполнением спектрального, порядкового и модального анализа сигналов. Также, в отдельных случаях используется система оценки качества звука с применением специальной головы и торса с встроенными микрофонами, что позволяет характеризовать громкость, резкость и прочие субъективные характеристики восприятия звуков человеком. Питание электродвигателя осуществляется источником постоянного тока в комплекте с устройством регулирования напряжения питания. Данная испытательная камера обладает аналогичными конструктивными недостатками, описанными в предыдущем источнике.
Предлагаемое заявителем техническое решение позволяет в значительной степени устранить обозначенные выше недостатки.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в известной испытательной безэховой камере для акустических исследований малогабаритных механизмов и систем с приводным электродвигателем, содержащей, в частности, измерительное помещение в виде безэховой камеры, пультовое помещение, устройство упругого подвеса объекта исследований, измерительные микрофоны, регистрирующие и анализирующие приборы, источник питания постоянного тока с кабелями для запитки электродвигателя, устройство регулирования напряжения питания - регистрирующие и анализирующие приборы, источник питания постоянного тока, устройство регулирования напряжения питания размещены в пультовом помещении, при этом источник питания постоянного тока с устройством регулирования напряжения питания установлены внутри отдельной автономной акустической капсулы, выполненной в виде замкнутого, звукоизолирующего кожуха кубической формы, установленного на упругих виброизолирующих проставках (например, резиновых), каркас капсулы выполнен из металлического листа, изнутри задемпфированного слоем листового вибродемпфирующего материала (например, битумного ламината), футерованного изнутри звукопоглощающими панелями из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем (например, тонкой звукопрозрачной фольгой), передняя панель капсулы содержит открывающуюся дверь с запорным устройством и смотровым окном (например, из органического стекла), при этом, по периметру смотрового окна смонтирован звукопоглощающий уплотнитель (например, из пористого, волокнистого или открытоячеистого пенистого материала), задняя панель капсулы содержит съемную крышку с вентиляционными отверстиями, а в нижней части задней панели предусмотрены технологические проемы для выхода кабелей, при этом корпуса приборов установлены раздельно во внутреннем пространстве акустической капсулы на отдельных полках в виде закрепленных на боковых стенках капсулы несущих металлических пластин, усиленных металлическим угловым профилем и задемпфированных вибродемпфирующим материалом (например, битумным ламинатом).
На фиг.1 представлена заявляемая в качестве полезной модели испытательная камера для акустических исследований объектов, типа
малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель. Позициями на фиг.1 показаны:
1 - внешняя бетонная оболочка безэховой камеры;
2 - внутренняя бетонная оболочка безэховой камеры;
3 - звукопоглощающая облицовка кулисного типа;
4 - звукопрозрачный пол;
5 - измерительные микрофоны;
6 - устройство упругого подвеса объекта исследований;
7 - элемент объекта исследований (топливный бак);
8 - элемент объекта исследований (модуль электробензонасоса);
9 - элемент объекта исследований (кабель питания модуля электробензонасоса);
10 - микрофонный кабель;
11 - пультовое помещение;
12 - источник питания постоянного тока;
13 - устройство регулирования напряжения питания;
14 - регистрирующая и анализирующая аппаратура;
15 - акустическая капсула.
На фиг.2 представлена блок-схема источника питания постоянного тока с устройством регулирования напряжения питания на примере источника питания, типа СНП-40. Условные обозначения на блок-схеме:
Т - трансформатор питания;
V1, V2 - выпрямительные тиристоры;
СФ - схемы формирования;
РЭ - регулирующий элемент;
УУ1 и УУ2 - управляющие устройства;
оп1
оп2
U и U - опорные напряжения;
Ф - сглаживающий фильтр;
H
R - сопротивление нагрузки;
С3 - схема защиты.
Прибор СНП-40 состоит из двух отдельных блоков - выпрямителя тиристорного (ВТ) и стабилизатора полупроводникового (СП). На передней панели ВТ расположена лампочка ПЕРЕГРУЗКА. На передней панели СП
оп1
оп2
расположены: индикаторная лампочка, тумблер включения прибора СЕТЬ, ручки РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ, амперметр, вольтметр. На задних панелях расположены клеммы (вход, выход, нагрузка, заземление), разъемы, предохранители, шнур питания. В блоке ВТ установлены: два мощных тиристора, дроссель фильтра, конденсаторы фильтра, вентилятор, печатная плата схемы формирования и схемы защиты. В СП установлены: блок мощных транзисторов, вентилятор, узел электронного стабилизатора. По принципу действия прибор представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования, состоящую из двух степеней стабилизации. Первая ступень стабилизирует напряжение на переходе эмиттер-коллектор регулирующего элемента при изменении тока нагрузки и напряжении сети. Вторая ступень стабилизирует напряжение на нагрузке при изменении тока нагрузки и напряжения сети. Схема работает следующим образом: при изменении напряжения сети или тока в нагрузке изменяется выходное напряжение прибора, величина этого изменения сравнивается с опорным напряжением U, образуя управляющее напряжение, которое усиливается устройствами УУ1 и УУ2 и изменяет напряжение на РЭ таким образом, чтобы напряжение на нагрузке было постоянным. В свою очередь, величина изменения напряжения на РЭ сравнивается с опорным напряжением U, образуя управляющее напряжение, усиливаемое устройством УУ1, которое через схему формирования СФ изменяет угол отсечки выпрямительных тиристоров V1 и V2 так, что напряжение на переходе эмиттер-коллектор РЭ остается практически постоянным.
Для охлаждения входящих в состав СНП-40 мощных тиристоров и блока мощных транзисторов в конструкцию прибора входят два электровентилятора (электродвигатель ДВ-4/2 УЧ), при работе которых излучается высокий уровень шума.
На фиг.3 представлена в изометрическом изображении акустическая капсула заявляемой в качестве составного элемента полезной модели испытательной камеры для акустических исследований малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель. На фиг.4 показано сечение по А-А акустической капсулы. На фиг.5 показано сечение по В-В двери акустической капсулы. На фиг.6 представлена задняя панель акустической капсулы.
Акустическая капсула 15 выполнена в виде объемного замкнутого звукоизолирующего, звукопоглощающего кожуха кубической формы, установленного на упругих виброизолирующих (например, резиновых) проставках 16. Выполнение капсулы в виде замкнутого объема кубической формы позволяет минимизировать число низших собственных мод воздушной полости камеры (сделать спектр откликов на низших собственных модах более редким), что благоприятно для ослабления резонансного усиления звуков, излучаемых через открытые проемы (отверстия перфорации в задней панели) и ослабления структурного возбуждения стенок капсулы воздушными резонансами замкнутой полости. Меньшее число собственных резонирующих мод позволяет так же облегчить решение проблемы направленного демпфирования звукоизлучения путем настроенного подбора вибродемпфирующих и звукопоглощающих материалов, футерующих внутренние панели капсулы. Передняя панель 17 капсулы содержит открывающуюся дверь 18 с запорным устройством 19. Для возможности визуального наблюдения и контроля за показаниями приборов, размещенных внутри капсулы, в дверь 18 вмонтировано смотровое окно 20, выполненное из прочного и травмобезопасного органического стекла, соединенного с металлической структурой двери саморезами 21. По всему периметру смотрового окна проложен звукопоглощающий уплотнитель 22, ослабляющий проникновение звуковых волн в пультовое помещение. Каркас капсулы выполнен из тонкостенного металлического листа 23, задемпфированного с внутренней стороны слоем вибродемпфирующего материала 24 (например, самоклеющегося или термоприплавляемого битумного ламината). Облицовка металлического листа вибродемпфирующим материалом позволяет ослабить возбуждение структурных вибраций стенок каркаса и обеспечить дополнительную звукоизоляцию. Для эффективного поглощения воздушных звуковых волн, генерируемых крыльчатками электровентиляторов источника питания постоянного тоака и регулятора напряжения питания, стенки каркаса 23 футерованы звукопоглощающими панелями 25 из пористого (волокнистого или открытоячеистого пенистого) материала, облицованными, в свою очередь, внешним защитным звукопрозрачным слоем 26 (например, звукопроницаемым, негорючим, влагостойким, стеклотканевым полотном или тонкой, защитной,
термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой). Корпуса приборов устанавливаются во внутреннем пространстве акустической капсулы на полках, выполненных из металлических пластин 27, усиленных металлическим угловым профилем 28 и с двух сторон (сверху и снизу) задемпфированных слоями вибродемпфирующего материала 29. Задняя панель 30 акустической капсулы содержит съемную крышку 31, перфорированную отверстиями. Применение в конструкции задней панели крышки съемного типа позволяет обеспечить доступ к кабельным разъемам и клеммам источника питания постоянного тока и устройства регулирования напряжения питания (например, прибора СНП-40). Перфорация крышки 31 отверстиями, с одной стороны, обеспечивает проникновение охлаждающего воздуха, нагнетаемого крыльчаткой вентиляторов, внутрь капсулы и непосредственно к блокам мощных управляющих тиристоров и транзисторов СНП-40, а с другой стороны -перфорированная структура крышки является слабым излучателем структурного (вибрационного) звука, значительно ослабляя генерирование задней панелью капсулы структурного шума, возникающего в результате вибровозбуждения стенки панели. В нижней части задней панели предусмотрены два технологических проема 32 для прокладки соединительных, сетевых и питающих кабелей.