ШУМОПОНИЖАЮЩИЙ УЗЕЛ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE NOISE KILLER

Изобретение относится к области машиностроения и представляет собой конструкцию шумопонижающего узла, преимущественно транспортного средства, в частности наземного колесного транспортного средства (легкового и грузового автомобиля, трактора, транспортно-технологических машин), воздушного и водного транспортного средства (в их двигательных и трансмиссионных отсеках, пассажирских отделениях), также может применяться в машинных отделениях стационарных энергетических установок, компрессорных станций, шумоактивном технологическом оборудовании и прочих областях техники.
Известно применение шумопонижающих узлов в виде монолитных или составных плосколистовых шумопоглощающих панелей (футеровок) в конструкциях автомобилей, монтируемых в моторном отсеке (капоте, щитке передка, экранных элементах типа нижнего брызговика моторного отсека, верхнего декоративного кожуха двигателя, кожуха привода газораспределительного механизма двигателя, различных корпусных элементах шумоактивных и нешумоактивных узлов и др.), в пассажирском салоне и багажном отделении (панели крыши, лицевых панелях боковых дверей, панелях заднего пола, пола багажного отделения, ниши запасного колеса и т.д., совмещенные в единый модуль с деталями интерьера, например обивкой крыши или обивками багажного отделения).
Данные шумопоглощающие панели могут изготавливаться из пористых волокнистых или вспененных открытоячеистых звукопоглощающих материалов. В частности, волокнистые звукопоглощающие материалы изготавливаются на основе натуральных (хлопковых, шелковых, джутовых, сизальных, льняных, конопляных и др., или белковых животного происхождения), синтетических (акриловых, полиэстеровых, полиоксадиазольных, полиимидных, углеродных, арамидных, полипропиленовых, нейлоновых, и т.д.), минеральных волокон (базальтовых, керамических, стеклянных и т.д.), металлических волокон (в виде специально подготовленных металлических структур типа пористого волокнистого материала - ПВМ, пористого сетчатого материала - ПСМ, металлорезины - MP). Вспененные открытоячеистые материалы изготавливаются преимущественно на основе уретанового, нитрильного, винилового, бутадиенстирольных и других полимерных составов. Как правило, представленные шумопоглощающие панели монтируются с помощью механических крепежных элементов, липким клеевым слоем и/или термоадгезивным соединением встречных сопрягаемых поверхностей (или комбинацией указанных выше сопряжений). При необходимости защиты пористой структуры звукопоглощающего материала, например при их размещении в моторном отсеке, лицевая поверхность (в отдельных случаях и торцевые поверхности) шумопоглощающих панелей облицовывается защитным звукопрозрачным слоем газовлагонепроницаемой пленки или ткани (пропитанной специальным влагоотталкивающим веществом). Применение подобных защитных слоев позволяет исключить попадание в пористую структуру звукопоглощающего материала эксплуатационных жидкостей, влаги из внешней среды, исключить ее засорение мелкими аморфными частицами, а также в отдельных случаях (например, при использовании таких шумопоглощающих панелей на брызговике двигателя) снизить аэродинамическое сопротивление движущегося транспортного средства.
Описанные выше типы шумопонижающих узлов, выполненных в виде плосколистовых шумопоглощающих панелей известны, к примеру, из следующих патентов:
- патент Германии №3242604, опубликован 24.04.1984;
- патент РФ №7391, опубликован 16.08.1998;
- патент РФ №5970, опубликован 16.02.1998;
- патент РФ №2209326, опубликован 27.07.2003;
- патент Германии №10245903, опубликован 01.04.2004;
- патент РФ №2282544, опубликован 27.08.2006;
- патент РФ №2282544, опубликован 27.08.2006;
- патент РФ №52809, опубликован 27.04.2006;
- заявка РФ на изобретение №2005132866, опубликована 27.04.2007.
Другим типом известных шумопонижающих узлов являются цельноформованные детали интерьера салона, моторного отсека и багажного отделения с первичной или дополнительной попутной функцией звукопоглощения. Известно применение цельноформованных деталей с основной функцией звукопоглощения, в качестве шумопоглощающих элементов монтируемых на поверхностях панелей щитка передка со стороны моторного отсека, на панелях капота, на внутренних поверхностях нижних аэроакустических экранов моторного отсека, в качестве составных элементов акустических капсул моторного отсека. В качестве типичных цельноформованных деталей с дополнительной попутной функцией звукопоглощения следует отметить обивку крыши, полку багажника, ковровые покрытия пола, обивки боковин, обивку крышки багажника, колесные локеры коврового типа и др. В отдельных случаях известно применение формованных обивок дверей и обивок стоек кузова, изготовленных из пористых звукопоглощающих структур.
Описанные выше типы шумопонижающих узлов, выполненных в виде цельноформованных деталей известны, к примеру, из следующих патентов (заявок) и публикаций:
- патент США №5171619, опубликован 15.12.1992;
- патент РФ №2081010, опубликован 10.06.1997;
- патент США №6820720, опубликован 22.02.2001;
- международный патент №02066312, опубликован 29.08.2002;
- патент Германии №10332172, опубликован 21.10.2004;
- заявка Германии №202004011483, опубликована 23.12.2004;
- европейский патент №1493623, опубликован 05.01.2005;
- патент Великобритании №2416737, опубликован 08.02.2006;
- патент РФ №52109, опубликован 10.03.2006;
- заявка США №2006099380, опубликована 11.03.2006;
- заявка США №2007122594, опубликована 31.03.2007;
- европейский патент №1878568, опубликован 16.01.2008;
- Goroncy J. Nützlich und schön // Automobil Industrie. 1999. №10. - S.98-101.
- Weibel O. The Acoustical demands on integrated, multifunctional parts // Unikeller Conference Proceeding - 1989. E9. - P.1-7.
- Wentzel R.E. VanBuskirk J.A Dissipative Approach to Vehicle Sound Abatement // SAE Technical Paper. - 1999. №1999-01-1668. - P.1-8.
- Braunstein J. The Hard-Working Headliner: An Expanding Role // Auto Interiors. 2000. Vol.7. №6. - P.18-22.
- Ernster S., Tudor J., Kathawate G. Acoustical Advantages of a New Polypropylene Absorption Material // SAE Technical Paper. - 1999. №1999-01-1669. - P.1-5.
Недостатками представленных известных технических решений является:
- не высокая шумопонижающая эффективность;
- низкие показатели экологической безопасности (как при технологических процессах производства шумопонижающих узлов, так и в процессе эксплуатации транспортных средств);
- высокая себестоимость изготовления.
Низкая шумопонижающая эффективность известных технических решений обусловлена задаваемыми конструктивными компоновочными ограничениями использования малых площадей звукопоглощающих поверхностей шумопонижающих узлов (невозможностью компоновки крупногабаритных шумопонижающих элементов в стесненных пространствах транспортных средств (моторном отсеке, пассажирском салоне, багажном отделении), проблемами компромиссного попутного наделения их высокими эксплуатационными показателями.
Низкие показатели экологической безопасности типичных шумопонижающих узлов обусловлены негативным воздействием на окружающую среду как при добыче исходного сырья, так и при производстве из него шумопонижающих узлов с последующей их эксплуатацией и конечной утилизацией в конце жизненного цикла (рисайклинга). Необходимость добычи сырья, в особенности, невосполнимых ресурсов, ведет к их истощению при параллельных процессах загрязнения окружающей среды в процессах добычи и переработки. Значительной проблемой является невозможность экологически безопасной повторной переработки (пригодность получаемого изделия к технологиям вторичной переработки, возможности демонтажа и разборки изделия), повторного использования годных шумопонижающих узлов или переработанных материалов данного изделия. Традиционные методы переработки связаны с химическими и технологическими процессами расщепления, что приводит к большим финансовым затратам и вызывает негативное воздействие. Переработка продуктов фрагментации (к примеру, фрагментов звукопоглощающих материалов, пакетов волокнистых полуфабрикатов, отдельных слоев и т.д.) шумопонижающих узлов, например, с целью извлечения электрической, тепловой и газовой энергии, скрытой в органических материалах, шлаках, содержащихся в продуктах фрагментации, требует применения сложных технологий. Кроме того, продукты фрагментации шумопонижающих узлов не являются однородными по своему структурному составу и требуют использования дополнительных технологических операций. В случае утилизации отходов путем их захоронения также повышаются затраты из-за нехватки мест для их захоронения.
Известны конструкции шумопонижающих узлов, выполненных в виде обособленных звукопоглощающих элементов, сгруппированных в единый модуль с использованием несущих оснований.
2
3
2
2
В частности, в международной заявке на изобретение №2006105933, опубликованной 12.10.2006, описана конструкция многослойного шумопонижающего узла, содержащего монолитную несущую основу и обособленные звукопоглощающие элементы, содержащие, как минимум, газонепроницаемый слой, удельным весом 20…100 г/м, газопроницаемый слой, обладающий удельным сопротивлением продуванию, равным до 250…2500 Нс/м, удельным весом 15…250 кг/м, толщиной 0,1…1,5 мм, открытоячеистый вспененный или волокнистый звукопоглощающий слой толщиной 2…30 мм и удельным весом 50…1000 г/м. При этом звукопоглощающие элементы запечатаны в индивидуальные герметичные «пакеты» путем образования соответствующих соединений как в периметрических зонах слоев звукопоглощающего элемента, так и с несущей основой.
В заявке США на изобретение №20050148259, опубликованной 7.07.2005, описана конструкция шумопонижающего узла, содержащего монолитную несущую основу, множество обособленных звукопоглощающих элементов из полимерного волокнистого материала, соединенных с несущей основой и между собой посредством технологической операции термопрессования, помимо этого внешняя поверхность звукопоглощающих элементов может содержать защитный слой.
В международном патенте на изобретение №03057466, опубликованном 17.07.2003, описана конструкция шумопонижающего узла, представляющего собой цельноформованную деталь, содержащую слой пористого звукопоглощающего материала, облицованного с двух сторон несущими слоями пленки или ткани. При этом в процессе формования детали выборочно образуются обособленные области, ограничивающие слой пористого звукопоглощающего материала в зоны с низкой плотностью и зоны высокой плотности.
В качестве прототипа выбрана конструкция шумопонижающего узла, описанного в заявке Германии на изобретение №2004050649, опубликованной 19.05.2005, содержащего несущую основу, на которой смонтированы обособленные звукопоглощающие элементы из пористого открытоячеистого или волокнистого материала, облицованные, по крайней мере, с одной стороны защитным микроперфорированным металлическим слоем толщиной 0,02…01 мм, при этом несущая основа имеет отверстия перфорации в зоне расположения обособленных звукопоглощающих элементов.
Использование представленных выше технических решений, а также технического решения, принятого за прототип, позволяет в некоторой степени увеличивать шумопонижающую эффективность конструкций, за счет реализации повышенного звукопоглощения, обусловленного процессами дополнительного дифракционного звукопоглощения периферическими контурными краями и дополнительного звукопоглощения торцевыми пористыми поверхностями обособленных звукопоглощающих элементов. Больший шумопонижающий эффект достигается в прототипе (относительно описанных выше технических решений) за счет обеспечения двухстороннего поглощения звуковой энергии путем использования перфорированной структуры несущей основы в зоне расположения автономных звукопоглощающих элементов. Однако получаемый эффект увеличения шумопонижающих эффективности как в описанных выше технических решениях, так и в прототипе является недостаточно высоким и/или достигается лишь в узком диапазоне частот. Данный факт обусловлен причиной не рационального подбора взаимного расположения автономных звукопоглощающих элементов, а также недостаточная степень звукопрозрачности несущей основы и составных неакустических слоев, образующих замкнутые пакетированные элементы пористой структуры звукопоглощающих элементов. Также использование представленных технических решений не позволяет в существенной степени решать проблему снижения себестоимости и улучшения экологических показателей, описанных выше.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в заданном улучшении звукопоглощающих свойств шумопонижающего узла транспортного средства (далее - шумопонижающего узла) при уменьшении расхода материала, снижении загрязнения окружающей среды отходами производства и утилизации акустических материалов, а также при существенном снижении себестоимости шумопонижающего узла.
Технический результат достигается за счет рационального подбора геометрических размеров и взаимного расположения обособленных звукопоглощающих элементов (далее - звукопоглощающих элементов) на поверхности несущей основы и использования продуктов фрагментации деталей пакета шумоизоляции транспортных средств с выработанным ресурсом, деталей технологического брака и технологических отходов, получаемых при производстве деталей шумоизоляции транспортных средств, для изготовления этих элементов.
Для достижения заявляемого технического результата в известном шумопонижающем узле транспортного средства, содержащем несущую металлическую или полимерную звукопрозрачную основу (далее - несущую основу) листового перфорированного или проволочного сетчатого типа, закрепленную к силовым элементам каркаса или панелям кузова монтажным адгезионным липким клеевым или термоактивным покрытием, или механическими крепежными элементами, футерованную, по крайней мере, на части поверхности несущей основы с одной из ее сторон, звукопоглощающими элементами, звукопоглощающие элементы представляют собой произвольной геометрической формы и габаритных размеров фрагментные отходы переработки пакетов шумоизоляции транспортных средств с выработанным ресурсом, технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов и/или пористых структур звукопоглощающих деталей (например, шумопоглощающих обивок интерьера кабины и/или моторного отсека транспортного средства). При этом звукопоглощающие элементы определенным образом распределяются и неподвижно закрепляются на поверхности несущей основы, преимущественно, с образованием воздушных зазоров между ними, при этом величина образуемого эквивалентного воздушного зазора между близлежащими торцевыми поверхностями звукопоглощающих элементов не превышает
эл
где S - площадь проекции на лицевую поверхность несущей основы, меньшей по площади из близлежащих звукопоглощающих элементов, закрепленной на ней, при этом, по крайней мере, со стороны размещения звукопоглощающих элементов поверхность шумопонижающего узла футерована звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или слоем звукопрозрачного нетканого материала.
Несущая основа шумопонижающего узла представляет собой некое подобие «матрицы» (см. например источник - Политехнический словарь, под ред. А.Ю.Ишлинский, издание 3-е. М.: Советская энциклопедия, 1989 г.), т.е. элемент, на котором определенным образом, с заданными эквивалентными воздушными зазорами, распределяются и неподвижно закрепляются звукопоглощающие элементы.
«Произвольная геометрическая форма» звукопоглощающих элементов подразумевает как различную, так и идентичную их геометрическую форму, которая при этом удовлетворяет компоновочно-монтажным возможностям и стесненным ограничениям установки шумопонижающего узла в пространствах моторного отсека, багажного отделения или пассажирского салона. Распределение звукопоглощающих элементов «определенным образом» подразумевает как хоатичное, так и упорядоченное (конкретными заданными зазорами между торцами и ориентацией друг относительно друга) их распределение по поверхности несущей основы.
В качестве величины эквивалентного воздушного зазора, образуемого между близлежащими торцевыми поверхностями звукопоглощающих элементов, следует понимать максимальное значение расстояния между двумя параллельными плоскостями, проведенными по касательным к двум крайним точкам проекций контуров соседних противолежащих элементов на плоскость несущего элемента шумопонижающего узла. Проекции контуров звукопоглощающих элементов преимущественно имеют следующие геометрические формы: треугольника, прямоугольника, трапеции, выпуклых многоугольников, круга (сегмента круга), эллипса (сегмента эллипса). Проекции контуров звукопоглощающих элементов, выполненных в виде выпуклых многоугольников, могут представлять собой выпуклый четырехугольник (сумма углов которого равна 360°), выпуклого многоугольника с числом сторон n, сумма внутренних углов которого равна 180°(n-2).
Звукопрозрачная газовлагонепроницаемая пленка может быть выполнена полиэстеровой алюминизированной, уретановой, поливинилхлоридной и т.п. Звукопрозрачный слой нетканого материала может быть выполнен из материала типа «малифлиз», «филтс», стеклоткани, и т.п.
Коэффициент перфорации несущей основы определяется из соотношения:
пер
кар
где S - суммарная площадь проекции отверстий перфорации на плоскость поверхности несущей основы, S - площадь лицевой поверхности несущей основы.
2
Площадь проекции лицевой поверхности одного звукопоглощающего элемента лежит в диапазоне 0,0004…0,09 м.
Использование заявляемого технического решения позволяет получить следующие положительные эффекты:
- увеличение звукопоглощения за счет наиболее полного использования в процессах поглощения звука многочисленных периметрических зон звукопоглощающих элементов (дифракционного поглощения, площади торцевых зон многочисленных автономных звукопоглощающих элементов) и за счет использования несущих основ с заданной степенью звукопрозрачности;
- исключается загрязнение производственными и технологическими отходами, отходами транспортных средств с выработанным ресурсом (пакетов шумоизоляции, полимерными деталями интерьера ячеистой структуры);
- исключаются затраты и негативное воздействие на окружающую среду, связанные с добычей исходного сырья, производством высококачественных материалов и деталей из них, а также утилизацию;
- обеспечивается возможность повторного использования заявляемых шумопонижающих узлов без дополнительных технологических операций переработки, после выработки ресурса транспортного средства.
Проекции на поверхность шумопонижающего узла звукопоглощающих элементов могут быть как в виде «правильных» геометрических фигур, которые получают в процессах вырубки из крупногабаритных «стандартных» заготовок типа прямоугольных листов или протяженных полос, так и в виде произвольных геометрических форм, образованных технологических отходов в процессах вырубки деталей шумоизоляции транспортных средств и/или преднамеренных процессов дробления крупногабаритных рисайклинговых деталей шумоизоляции транспортных средств, или деталей интерьера (кабины, пассажирского салона, моторного отсека, багажного отделения) пористой (открытоячеистой, закрытоячеистой) структуры типа сидений, кокпита и т.п.
пер
Коэффициент перфорации несущей основы k≥0,2, выбирается с целью обеспечения высокой степени звукопрозрачности несущей основы.
2
2
2
Диапазон площадей проекции лицевой поверхности одного звукопоглощающего элемента выбирается равным 0,0004…0,09 м, что обусловлено следующими факторами. Использование звукопоглощающих элементов площадью проекции ≤0,0004 м (например, квадратной формы, размерами меньше 20×20 мм) вынуждает использовать большое количество крепежных элементов (механических, или адгезионного вещества типа липкого клеевого), большая трудоемкость изготовления очень большого числа звукопоглощающих элементов. Использование звукопоглощающих элементов площадью проекции ≥0,09 м (например, квадратной формы, размерами больше 300×300 мм) приводит к падению шумопонижающей эффективности, а также обуславливается ограниченностью их наличия ввиду малого количества технологических отходов, имеющих подобную (или большую) площадь.
отв
отв
-6
-4
2
Отверстия перфорации несущей основы листового типа могут быть расположены как равномерно, так и не равномерно. При неравномерном расположении наибольшее количество отверстий располагается в зонах, где необходимо обеспечить повышенное звукопоглощение с двух сторон элемента, а также повышенное односторонне поглощение от отдельного агрегата. Межцентровой шаг t отверстий перфорации определяется из соотношения t≤1,2S, где S - площадь проекции одного отверстия перфорации, равная 1×10…25×10 м.
Отверстия перфорации в структуре несущей основы перфорированного типа могут быть сквозными круглыми, либо могут быть выполнены в виде сквозных открытых просечек с отгибами, либо иметь иную геометрическую форму.
Несущая основа шумопонижающего узла сетчатого типа, может быть выполнена из проволочной металлической сетки с заданным размером ячеек, или может быть скомпонован («связан») из проволочных элементов, например, прямоугольного, круглого, либо любой другой геометрической формы поперечного сечения.
Несущая основа шумопонижающего узла может быть выполнена из листового прессованного пористого волокнистого, вспененного или комбинированной слоистой структуры вспенено-волокнистых слоев звукопоглощающих материалов.
С целью обеспечения компоновочных требований несущая основа шумопонижающего узла может быть выполнена в виде цельноформованной структуры, например, по своей геометрической форме повторяющая пространственные контуры сопрягаемых поверхностей или огибающая отдельные узлы автомобиля.
В случае футерования (звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пенкой или слоем звукопрозрачного нетканого материала) шумопонижающего узла с двух сторон два образуемых футерующих слоя могут взаимно сопрягаться в промежутках между звукопоглощающими элементами посредством технологической операции оплавления или склеивания, также два футерующих слоя могут не сопрягаться друг с другом, образуя, тем самым, закрытые воздушные полости между звукопоглощающими элементами.
Газовлагонепроницаемая звукопрозрачная пленка или слой нетканого звукопрозрачного материала может футеровать исключительно лицевую поверхность звукопоглощающих элементов, при этом их торцевые зоны остаются нефутерованными или же футеровать как лицевую поверхность звукопоглощающих элементов, так и их торцевые зоны.
кap
По крайней мере, локальная часть (площадью не более 0,3S) лицевой поверхности шумопонижающего узла поверх газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленки или слоя нетканого звукопрозрачного материала, при необходимости, может быть футерована незвукопрозрачным фрагментом тонкой (толщиной не более 0,3 мм) термозащитной металлической фольги, защищающей пористую структуру звукопоглощающих элементов от локального воздействия высоких температур (например, со стороны расположенного рядом корпуса катколлектора системы выпуска отработавших газов), обеспечивая, тем самым, требуемые долговечностные характеристики узла.
Звукопоглощающие элементы могут быть выполнены из различных типов и марок волокнистой и/или вспененной пористых структур материалов с отличающимися физическими характеристиками, химическим составом, толщиной, пористостью, количеством и сочетанием типов пористых слоев в составе многослойных пористых структур. В частности тип материала звукопоглощающих элементов может зависеть от эксплуатационных условий, к примеру, в высокотемпературных зонах могут использоваться звукопоглощающие элементы из высокотемпературных волокон (например, базальтовых), в зонах попадания влаги, масла, топлива - могут использоваться закрытоячеистые структуры пористых материалов.
Звукопоглощающие элементы могут быть смонтированы на несущих шпилеобразных элементах несущей основы.
Звукопоглощающие элементы, могут быть расположены по обе стороны структуры несущей основы и при этом скреплены между собой тыльными сопрягаемыми поверхностями в зонах сквозных открытых промежутков отверстий перфорации или ячеек сетчатой структуры несущей основы посредством содержащихся на них или преднамеренно дополнительно нанесенных адгезионных липких клеевых или термоактивных покрытий.
Звукопоглощающие элементы могут быть смонтированы на поверхности несущей основы с помощью нанесенного тонкими линиями в виде образующих множества правильных или неправильных геометрических фигур слоя адгезионного липкого клеевого покрытия.
Звукопоглощающие элементы могут быть смонтированы на поверхности несущей основы с помощью нанесенного тонкими прерывистыми линиями в виде образующих множества правильных или неправильных геометрических фигур слоя адгезионного липкого клеевого покрытия.
Звукопоглощающие элементы смонтированы на поверхности несущей основы с помощью перфорированного сквозными отверстиями слоя адгезионного липкого клеевого покрытия.
2
2
Звукопоглощающие элементы смонтированы на поверхности несущей основы с помощью сплошного липкого клеевого покрытия удельного поверхностного веса ρ≤100 г/м или с помощью слоя адгезионного термоактивного покрытия удельного поверхностного веса ρ≤50 г/м.
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».
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое устройство шумопонижающего узла имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из чертежей и следующего детального описания, где:
- на фиг.1 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов (звукопоглощающие элементы), хаотично распределенные и неподвижно закрепленные с помощью адгезионного липкого клеевого или термоактивного покрытия на поверхности несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними, поверхность шумопонижающего узла со стороны размещения звукопоглощающих элементов футерована газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленкой или слоем нетканого звукопрозрачного материала;
- на фиг.2 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов, хаотично распределенные и неподвижно закрепленные с помощью механических крепежных элементов на поверхности несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними, поверхность шумопонижающего узла со стороны размещения звукопоглощающих элементов футерована газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленкой или слоем нетканого звукопрозрачного материала;
- на фиг.3 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов из различных типов и марок материалов, с отличающимися физическими характеристиками, химическим составом, толщиной, пористостью, количеством и сочетанием типов пористых слоев (звукопоглощающие элементы), хаотично распределенные и неподвижно закрепленные с помощью адгезионного липкого клеевого или термоактивного покрытия на поверхности несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними, поверхность шумопонижающего узла со стороны размещения звукопоглощающих элементов футерована газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленкой или слоем нетканого звукопрозрачного материала;
- на фиг.4 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов, распределенные и неподвижно закрепленные с помощью шпилеобразных элементов несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними, поверхность шумопонижающего узла со стороны размещения звукопоглощающих элементов футерована газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленкой или слоем нетканого звукопрозрачного материала;
- на фиг.5 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором с двух сторон смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов (звукопоглощающие элементы), хаотично распределенные и неподвижно закрепленные с помощью адгезионного липкого клеевого или термоактивного покрытия на поверхности несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними, поверхность шумопонижающего узла со стороны размещения звукопоглощающих элементов футерована газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленкой или слоем нетканого звукопрозрачного материала;
- на фиг.6 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов (звукопоглощающие элементы) лицевая и торцевые поверхности которых футерованы слоем газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленки или слоем нетканого звукопрозрачного материала, хаотично распределенные и неподвижно закрепленные с помощью адгезионного липкого клеевого или термоактивного покрытия на поверхности несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними;
- на фиг.7 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов (звукопоглощающие элементы), хаотично распределенные и неподвижно закрепленные с помощью липкого клеевого или термоактивного покрытия на поверхности несущей основы, с образованием воздушных зазоров между ними, при этом лицевая поверхность шумопонижающего узла в локальной части, футерована поверх газовлагонепроницаемой звукопрозрачной пленки или слоя нетканого звукопрозрачного материала, фрагментом тонкой термозащитной металлической фольги;
- на фиг.8 представлена схема определения величины эквивалентного воздушного зазора между близлежащими звукопоглощающими элементами шумопонижающего узла;
- на фиг.9 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, на котором смонтированы произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов (звукопоглощающие элементы), хаотично распределенные и неподвижно закрепленные с помощью адгезионного липкого клеевого или термоактивного покрытия на поверхности несущей цельноформованной перфорированной основы, с образованием воздушных зазоров между ними;
- на фиг.10 представлены примеры монтажа шумопонижающего узла на панелях кузова или элементах ходовой части (а - с помощью адгезионного клеевого или термоактивного слоя, б, в, г - механических крепежных элементов);
- на фиг.11 представлен вид на лицевую сторону (со стороны расположения звукопоглощающих элементов) и сечение шумопонижающего узла в сборе, содержащего произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства звукопоглощающих материалов, хаотично распределенные и неподвижно закрепленные между двумя слоями звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или звукопрозрачного нетканого материала с помощью адгезионного липкого клеевого или термоактивного покрытия, покрывающем как лицевые, так и торцевые поверхности звукопоглощающих элементов;
- на фиг.12 представлен вид на лицевую сторону и сечение шумопонижающего узла в сборе, содержащего произвольной геометрической формы фрагментные технологические отходы производства звукопоглощающих материалов, хаотично распределенные и неподвижно закрепленные между двумя слоями звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или звукопрозрачного нетканого материала с помощью липкого клеевого или термоактивного покрытия, покрывающем лицевые поверхности звукопоглощающих элементов;
- на фиг.13 представлена схема сопрягаемой монтажной поверхности звукопоглощающей панели шумопонижающего узла, смонтированной с помощью адгезионного липкого клеевого покрытия, выполненного в виде составленного тонкими сплошными линиями узора из множества прямоугольников;
- на фиг.14 представлена схема сопрягаемой монтажной поверхности звукопоглощающей панели шумопонижающего узла, смонтированной с помощью адгезионного липкого клеевого покрытия, выполненного в виде составленного прерывистыми строчками узора из множества прямоугольников;
- на фиг.15 представлена схема сопрягаемой монтажной поверхности звукопоглощающей панели шумопонижающего узла, смонтированной с помощью адгезионного липкого клеевого покрытия, выполненного в виде перфорированной структуры;
- на фиг.16 представлена схема сопрягаемой монтажной поверхности звукопоглощающей панели шумопонижающего узла, смонтированной с помощью монтажного термоактивного покрытия;
- на фиг.17 представлена схема возможного размещения шумопонижающего узла в конструкции легкового автомобиля;
- на фиг.18 представлена конструкция двери легкового автомобиля, содержащая шумопонижающий узел двух вариантов: (а) - два футерующих слоя шумопонижающего узла взаимно сопрягаются в промежутках между звукопоглощающими элементами; (б) - два футерующих слоя шумопонижающего узла не сопрягаются друг с другом, образуя, тем самым закрытые воздушные полости между звукопоглощающими элементами;
- на фиг.19 представлена конструкция капота легкового автомобиля со смонтированными четырьмя шумопонижающими узлами, локальная часть лицевой поверхности одного из которых футерована фрагментом тонкой термозащитной металлической фольги;
- на фиг.20 представлена конструкция капота легкового автомобиля со смонтированными четырьмя шумопонижающими узлами, локальная часть лицевой поверхности одного из которых футерована фрагментом тонкой термозащитной металлической фольги, а в зоне наибольшей виброшумоактивности расположены звукопоглощающие панели с увеличенной толщиной пористого слоя (выделены штриховкой);
- на фиг.21 представлена конструкция щитка передка кузова легкового автомобиля с тремя смонтированными шумопонижающими узлами, локальная часть лицевой поверхности одного из которых футерована фрагментом тонкой термозащитной металлической фольги;
- на фиг.22 представлена конструкция щитка передка кузова легкового автомобиля с тремя смонтированными шумопонижающими узлами, локальная часть лицевой поверхности одного из которых футерована фрагментом тонкой термозащитной металлической фольги, а в зоне наибольшей виброшумоактивности расположены звукопоглощающие панели с увеличенной толщиной пористого слоя (выделены штриховкой);
- на фиг.23 представлена конструкция колесного локера легкового автомобиля, выполненного в виде шумопонижающего узла;
- на фиг.24 представлена схема багажника легкового автомобиля, содержащего шумопонижающие узлы в виде полки багажника, обивки крышки багажника, обивки боковин багажника, крышки ниши запасного колеса;
- на фиг.25 представлена конструкция крышки ниши запасного колеса, выполненного в виде шумопонижающего узла;
- на фиг.26 представлена конструкция обивки крыши пассажирского салона, выполненной в виде шумопонижающего узла;
- на фиг.27 представлены результаты определения реверберационного коэффициента звукопоглощения двух конструкций шумопонижающего узла.
На представленных чертежах введены следующие цифровые и буквенные обозначения:
1 - несущая основа;
2
2 - адгезионное липкое клеевое (2-1 - образуемое тонкими сплошными линиями; 2-2 - образуемое тонкими прерывистыми линиями; 2-3 - перфорированное сквозными отверстиями) или термоактивное покрытие (2-4 - удельного поверхностного веса ρ≤50 г/м);
3 - механические крепежные элементы звукопоглощающих элементов;
4 - обособленные звукопоглощающие элементы;
5 - шпилеобразные элементы, неподвижно закрепленные на несущей основе;
6 - фрагмент силового элемента каркаса или панели кузова;
7 - механические крепежные элементы шумопонижающего узла;
8 - звукопрозрачная газовлагонепроницаемая пленка или слой звукопрозрачного нетканого материала;
9 - фрагмент тонкой термозащитной металлической фольги.
Шумопонижающие узлы, выполненные в виде брызговика (экрана) моторного отсека (10), кожуха привода газораспределительного механизма двигателя (11), верхнего кожуха (экрана) двигателя (12), обивки капота (13), обивки щитка передка (14), обивок стоек кузова (15), обивки крыши кузова (16), полки багажного отделения (17), обивок боковин багажного отделения (18), обивки крышки багажника (19), коврового покрытия пола багажного отделения (20), крышки ниши запасного колеса (21), колесных локеров (22), обивки спинки заднего сиденья (со стороны багажного отделения, номер 23), узла, интегрированного в боковую дверь (24);
25 - внутренняя панель двери;
26 - обивка двери;
27 - панель капота;
28 - панель щитка передка;
29 - панель арки колеса;
30 - лицевая панель крыши;
экв
Δ - величина эквивалентного воздушного зазора, образуемого между близлежащими торцевыми поверхностями звукопоглощающих элементов.
Заявляемый шумопонижающий узел транспортного средства (см. фиг.1…3), содержит несущую металлическую или полимерную звукопрозрачную основу 1 листового перфорированного или проволочного сетчатого типа, закрепленную к силовым элементам каркаса или панелям кузова монтажным адгезионным липким клеевым или термоактивным покрытием 2, или механическими крепежными элементами 7, футерованную, по крайней мере, на части поверхности несущей основы с одной из ее сторон, звукопоглощающими элементами 4, представляющими собой произвольной геометрической формы и габаритных размеров фрагментные отходы переработки пакетов шумоизоляции транспортных средств с выработанным ресурсом, технологические отходы производства пористых звукопоглощающих материалов и/или пористых структур звукопоглощающих деталей, например шумопоглощающих обивок интерьера кабины и/или моторного отсека транспортного средства, которые определенным образом распределены и неподвижно закреплены на поверхности несущей основы 1, преимущественно, с образованием воздушных зазоров между ними, при этом величина образуемого эквивалентного воздушного зазора между близлежащими торцевыми поверхностями звукопоглощающих элементов 4 не превышает
эл
(где S - площадь проекции на лицевую поверхность несущей основы 1, меньшей по площади из близлежащих звукопоглощающих элементов 4, закрепленных на ней), при этом, по крайней мере, со стороны размещения звукопоглощающих элементов 4 поверхность шумопонижающего узла футерована звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленкой или слоем звукопрозрачного нетканого материала 8. Для обеспечения высокой степени звукопрозрачности коэффициент перфорации структуры несущей основы 1 определяется из следующего соотношения
пер
кар
где S - суммарная площадь проекции отверстий перфорации на плоскость поверхности несущей основы 1 (без учета площади боковых поверхностей, образуемых отверстиями по толщине несущей основы 1), S - площадь лицевой поверхности несущей основы 1.
Вибрирующие стенки корпусных деталей силового агрегата легкового автомобиля и, в частности, его составного элемента - двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС), такие как блок и головка цилиндров, масляный поддон, клапанная крышка головки блока, кожух (крышка) ограждения привода газораспределительного механизма и вспомогательных агрегатов и другие вибрирующие жесткие структуры внешних стенок ДВС и/или корпусных деталей силового агрегата, в частности трансмиссионных элементов типа картера сцепления и картера коробки передач, сосредоточенные в пространстве моторного отсека (подкапотном пространстве), являются источниками интенсивного структурного шума - основного (доминирующего) источника внешнего и внутреннего шума легкового автомобиля. В пространстве моторного отсека сосредоточены также источники аэродинамических шумов, такие как свободный воздухозаборный срез патрубка воздухоочистителя системы впуска ДВС, крыльчатка вентилятора системы охлаждения ДВС, крыльчатка генератора и т.п., которые также вносят свой вклад в формирование диффузного звукового поля в частично замкнутом пространстве моторного отсека. Поток шумовой энергии из этого частично замкнутого пространства моторного отсека, в первую очередь, свободно излучается в окружающую среду через открытые проемы нижней части моторного отсека, многократно отражаясь как от поверхностей капота, формирующих пространство моторного отсека - щитка передка, брызговиков колес, брызговиков ДВС, так и непосредственно от внешних поверхностей стенок корпусов деталей агрегатов и систем транспортного средства, расположенных в подкапотном пространстве, а также от поверхности дорожного покрытия, по которому движется автотранспортное средство, с отражением ее, в том числе, и в полость моторного отсека. Некоторая часть шумовой энергии из моторного отсека передается (проникает) через щиток передка и панели переднего пола кузова в замкнутое пространство пассажирского салона (кабину водителя) автомобиля ввиду ограниченной звукоизолирующей способности стенок кузова, образующих пространство салона (панелей кузова в сборе с пакетом шумоизоляции и деталями интерьера), а некоторая часть шумовой энергии частично поглощается внешними шумопоглощающими облицовками, смонтированными, например, на внутренней поверхности капота, щитка передка, панелях брызговиков колес, брызговике ДВС и т.п. (если такими обивками конкретный моторный отсек автотранспортного средства оборудован). Ввиду того, что отражаемые от поверхностей капота, щитка передка, брызговиков колес, брызговиков ДВС и других жестких поверхностей корпусов элементов (агрегатов, систем) транспортного средства, расположенных в подкапотном пространстве, звуковые волны практически не поглощаются указанными жесткими поверхностями (в тех случаях, когда на них не монтируются шумопоглощающие панели) либо в недостаточной степени интенсивно поглощаются ввиду их ограниченной звукопоглощающей способности, если общая площадь примененных шумопоглощающих панелей, смонтированных на элементах моторного отсека, является относительно небольшой, в то время как площадь свободных открытых проемов моторного отсека - значительной, то, в конечном итоге, эти звуковые волны интенсивно и беспрепятственно излучаются наружу в окружающую среду через данные открытые вентиляционные проемы.
При движении автомобиля в результате протекания процессов взаимодействия шин с поверхностью дороги, процессов обтекания кузова потоком набегающего воздуха, в пространстве вокруг автомобиля генерируется звуковая энергия. Образуемая во внешней среде звуковая энергия передается в пространство пассажирского салона путем переизлучения этой энергии структурами панелей кузова, а также прямым путем через уплотнительные элементы дверей и подвижных стекол дверей, разветвленную пространственную структуру сообщающихся пустотелых коробчатых силовых элементов (порогов, стоек, усилителей и др.), открытые технологические отверстия и неиспользуемые функциональные отверстия панелей кузова, некачественно герметизированные щелевые сопряжения панелей кузова. Также при движении автомобиля с высокими скоростями происходит генерирование воздушной составляющей шума элементами экстерьера и разгерметизируемыми уплотнительными узлами, создаваемой набегающим турбулизирующим и/или эжектирующим воздушным потоком. Помимо основных (наиболее интенсивных) источников генерирования звуковой энергии существуют менее интенсивные источники шума, однако оказывающие раздражающее воздействие на потребителя и в конечном итоге влияющие на оценку акустического комфорта в салоне автомобиля. В качестве таких раздражающих источников следует отметить процесс закрывания дверей автомобиля, собственное звучание панелей кузова (возбужденных звуковым излучением от диффузоров громкоговорителей и структурным вибрационным возбуждением, вызванным непосредственно работой акустических систем), многочисленные вспомогательные агрегаты и системы автомобиля, такие как система отопления и вентиляции салона, система очистки ветрового стекла, электростеклоподъемники, электроусилитель рулевого колеса, электроуправляемые зеркала заднего вида, и др.
При использовании заявляемого шумопонижающего узла, располагаемого в моторного отсеке, пассажирском салоне, багажном отделении или во внешнем пространстве, прямые и многократно отраженные звуковые волны, падающие на поверхность звукопоглощающих элементов 4, проходят через звукопрозрачную газовлагонепроницаемую пленку или слой звукопрозрачного нетканого материала 8, проникая в пористую структуру звукопоглощающих элементов. В пористой структуре звукопоглощающих элементов 4 происходит поглощение звуковых волн в результате демпфирования пульсаций нагнетаемого воздуха и звуковых волн за счет преобразования их в работу динамических деформаций пористого скелета и процесса трения распространяемых звуковых волн в сообщающихся каналах пористой структуры с необратимым преобразованием (рассеиванием) в тепловую энергию. Звуковые волны также частично проходят через сквозные отверстия перфорации (через промежутки, ограниченные семейством ячеек - при использовании несущего каркаса в виде сетчатой детали) в структуре несущей основы и дополнительно теряют звуковую энергию при таком прохождении. В результате многократных падений и отражений звуковые волны, проходя через структуру шумопонижающего узла, многократно теряют свою энергию. В случае, если шумопонижающий узел подвергается вибрационному возбуждению, его каркас совершает соответствующие упругие деформации изгиба, сопровождаемые излучением паразитного структурного шума. При формировании деформаций изгиба несущей основы шумопонижающего узла между противолежащими зонами лицевой и тыльной сторонами его стенки формируются соответствующие поля динамических давлений (повышенных и пониженных знакопеременных давлений). Благодаря наличию в структуре несущей основы перфорированных отверстий или ячеек сетки - происходит их быстрое компенсационное выравнивание (быстрое «перетекание» воздушной среды через образованные сквозные отверстия из зон повышенного давления в зоны пониженного давления). В связи с этим использование заявляемой конструкции шумопонижающего узла позволяет получить дополнительный шумопонижающий эффект по ослаблению паразитного структурного шума, излучаемого непосредственно вибрирующей структурой несущей основы. Использование в конструкции шумопонижающего узла звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или слоя звукопрозрачного нетканого материала позволяет исключить попадание и накапливание в пористой структуре звукопоглощающих элементов мелких частиц, жидкостей, насекомых, исключить разрушение пористой структуры вследствие возможного замерзания попавшей в поры влаги при низких (знакопеременных) температурах эксплуатации.
3
Эффективность заявляемого технического решения иллюстрируется экспериментальными результатами определения параметра «реверберационный коэффициент звукопоглощения» количественно характеризующего степень поглощения звуковой энергии заявляемого шумопонижающего узла содержащего отходные малогабаритные, с заданным взаимным расположением, на поверхности несущей основы, звукопоглощающие элементы (заявляемая конструкция), в сравнении с шумопонижающим узлом, содержащим крупногабаритный звукопоглощающий элемент. Испытания проводились с использованием стендовой установки «Кабина Альфа», содержащей измерительную реверберационную камеру объемом 6,45 м. При акустических испытаниях оба варианта шумопонижающих узлов устанавливались на специальные подставки высотой 300 мм от пола реверберационной камеры стендовой установки «Кабина Альфа». Реверберационный коэффициент звукопоглощения определялся при сопоставлении времени реверберации (затухания) диффузного звука в пустой реверберационной камере и в реверберационной камере с помещенным в ней образцом исследуемых шумопонижающих узлов.
2
2
При испытаниях использовались следующие конфигурации шумопонижающих узлов. Несущая основа выполнялась из пластмассового листа (материал АБС) толщиной 3 мм, габаритными размерами 1500×1500 мм, перфорированного круглыми сквозными отверстиями диаметром 10 мм, межцентровым шагом 15 мм, коэффициент перфорации 0,2. Заявляемый шумопонижающий узел содержал 100, хаотичным образом расположенных, малогабаритных звукопоглощающих элементов, выполненных из отходов производства плосколистовых звукопоглощающих материалов марки АА 25 S (производства ЗАО НПП «Тэкникал Консалтинг», г.Тольятти) общей площадью лицевой поверхности 1 м. Структура звукопоглощающих элементов содержала слой открытоячеистого пенополиуретана толщиной 25 мм, адгезионный липкий клеевой слой, имеющий различную конфигурацию габаритных размеров и геометрических форм. Поверхность шумопонижающего узла со стороны расположения звукопоглощающих элементов футерована аллюминизированной полиэстеровой (звукопрозрачной газовлагонепроницаемой) пленкой толщиной 0,012 мм. Выбранный для сравнения шумопонижающий узел содержал аналогичную несущую основу и аллюминизированную полиэстеровую пленку, однако звукопоглощающий элемент выполнялся крупногабаритным из неотходного кондиционного листа материала АА 25 S, площадью лицевой поверхности 1 м.
Из результатов проведенных экспериментальных исследований, представленных на фиг.28, следует, что использование заявляемой конструкции шумопонижающего элемента, в сравнении с шумопонижающим узлом, содержащим крупногабаритный звукопоглощающий элемент, позволил в существенной степени увеличить (на 0,20…0,41 усл.ед., т.е. на 20…40%) величину реверберационного коэффициента звукопоглощения (степень поглощения звуковой энергии) в диапазоне октавных полос частот 1000…8000 Гц.
Разумеется, заявляемое изобретение не ограничивается конкретными конструктивными примерами его осуществления, описанными в тексте и показанными на прилагаемых чертежах. Остаются возможными и некоторые несущественные изменения различных элементов или материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой изобретения.