АКУСТИЧЕСКАЯ ПОЛУБЕЗЭХОВАЯ КАМЕРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА КОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Полезная модель относится к технике исследования источников шума колесных транспортных средств, выполняемых в акустической полубезэховой, с жестким звукоотражающим полом камере и конкретно имеет отношение к конструкциям микрофонных стоек, установленных на полу камеры и применяемых для установки измерительных микрофонов, регистрирующих акустические сигналы на заданной высоте над поверхностью пола и с заданным углом разворота оси микрофона относительно исследуемого на стенде объекта испытаний.
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта наземных колесных транспортных средств - важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая больших материальных, временных и интеллектуальных затрат. Наиболее мобильными и продуктивными процессами исследований и доводки, в частности, колесных транспортных средств по шуму и виброкомфорту являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов идентичных дорожным (полевым) условиям испытаний (например, динамических стендов с беговыми барабанами), стационарной измерительной и анализирующей аппаратуры. Постоянные, не зависящие от погоды и состояния дорожного покрытия условия испытаний, удобство съема и анализа измерительной информации способствуют все более широкому распространению стендовых исследований виброакустических процессов, протекающих в наземных колесных транспортных средствах. Ввиду того, что основным виброшумоактивным источником транспортного средства является его энергетическая установка -двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и, в особенности, его система газообмена, включающая систему впуска и
систему выпуска отработавших газов, как наиболее интенсивных газодинамических источников шума, то весьма важно проводить их исследования и доводку на динамическом стенде при имитации различных скоростных и нагрузочных режимов (изменяя обороты ДВС, угол открытия дроссельной заслонки и т.п.) в аналогичных условиях свободного звукового поля (в которых находится транспортное средство на автостраде или полевых условиях в процессе его эксплуатации).
Достаточно полную имитацию условий скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля в реальных дорожных условиях можно достичь на стендах с беговыми барабанами, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях производящих автотранспортную технику и в НИИ. С другой стороны -условия свободного звукового поля возможно реализовать поместив этот динамический стенд с беговыми барабанами в специальное строительное сооружение - полубезэховую или безэховую акустическую камеру.
В связи с этим, современные технологии исследования акустических процессов, реализующихся на транспортных средствах (автомобилях, тракторах, мотоциклах и пр. видах колесных транспортных средств) предусматривают, в частности, применение специальных низкошумных беговых барабанов, позволяющих имитировать различные скоростные и нагрузочные режимы работы энергетических и трансмиссионных агрегатов транспортных средств в условиях размещения их в специальных безэховых или полубезэховых акустических камерах, способствующих формированию свободного звукового поля в зонах измерений.
Безэховая (полностью заглушенная) или полубезэховая (заглушенная, с отражающим полом) испытательные камеры представляют собой помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте. В такой камере размещается динамический стенд с беговыми барабанами (или моторный тормозной стенд), виброизолированный от основного здания и корпуса камеры. Привод и тормозная установка размещаются в подвальном, или находящимся на одном уровне с камерой, специальном машинном помещении. Для приближения акустических свойств камеры к свободному звуковому полю выполняется направленное согласование акустических импедансов (сопротивлений) воздушной среды в свободном
пространстве камеры и в пористой структуре звукопоглощающего материала, облицовывающего (футерующего) звукоотражающие поверхности стен, потолка, пола. Именно, поэтому конструкция звукопоглощающей облицовки стен (пола, потолка) камеры выполняется пористой и имеет структурную плотность (пористость), плавно изменяющуюся по глубине покрытия в направлении распространения звуковых волн к жесткой звукоотражающей поверхности стен (пола, потолка). Причем, наибольшая плотность пористой звукопоглощающей облицовки реализуется непосредственно у стенок камеры, а наименьшая - на внешнем (приемном) поверхностном слое звукопоглощающей футеровки стен и потолка помещения испытательной камеры. Необходимые условия такого волнового согласования сред распространения и поглощения звука в зонах стен и потолка достигаются, в частности, применением различных объемных поглотителей звука клиновой формы (клинья, кулисы). Основными материалами, из которых изготавливаются звукопоглощающие поглотители, являются открытоячеистый пенополиуретан, стекловолокно, супертонкое базальтовое волокно, винипор с огнестойкой пропиткой.
Известна акустическая полубезэховая камера фирмы Arctic Cat, (см. «Sound and Snow», LMS news, p.6-8, november 2003). Испытательная камера оборудована динамометрическим стендом фирмы AVL для исследований колесных, безколесных и гибридных транспортных средств, многоканальной системой сбора и обработки акустических сигналов с используемым программным обеспечением фирмы LMS. Современное испытательное оборудование и высокий уровень измерительной техники позволяют проводить в такой полубезэховой камере исследования виброакустических процессов, протекающих в транспортном средстве, его механизмах и системах. На фото стр.7 данной публикации показана полубезэховая камера с установленным на динамометрическом стенде исследуемым по шуму снегоходом. Вокруг снегохода установлены телескопические микрофонные стойки с смонтированными на них измерительными микрофонами. Применение в полубезэховой акустической камере микрофонных стоек с жесткими металлическими поверхностями, располагающихся в непосредственной близости от капсюля измерительного микрофона, способствует возникновению звукоотражающих эффектов, искажающих реальное звуковое поле, излучаемое исследуемым объектом - установленным на динамометрическом стенде транспортным средством в точках
расположения измерительных микрофонов. Звуковые волны, излучаемые исследуемым транспортным средством (в данном примере -снегоходом), дополнительно отражаются в этом случае от жестких металлических поверхностей микрофонных стоек, попадая в пространство измерительной зоны вокруг исследуемого объекта испытаний, с установленными в нем измерительными микрофонами, что непосредственным образом может оказывать отрицательное влияние на точность и объективность качественных исследовательских и доводочных работ.
Известна акустическая полубезэховая камера с установленным в ней динамометрическим стендом с беговыми барабанами, представленная в публикации «Akustik-und Schwingungs-komfort des neuen BMW 5er», Sonderausgabe von ATZ und MTZ, 2003 г., стр.154-159. В данной публикации, в частности, приведен пример исследования шума автомобиля BMW 5-ой серии в условиях стендовых испытаний на беговых барабанах динамометрического стенда, установленного в акустической полубезэховой камере. Для монтажа измерительных микрофонов в камере размещены микрофонные стойки, конструкция которых аналогична конструкции стоек, используемых в акустической полубезэховой камере фирмы Arctic Cat. В связи с этим, представленная в данной публикации акустическая камера обладает теми же конструктивными недостатками, что и испытательная камера фирмы Arctic Cat, описанными выше.
Известна акустическая полубезэховая камера с установленным в ней динамическим стендом с беговыми барабанами, представленная в свидетельстве на полезную модель Российской Федерации №30195, МПК7 G 01 М 17/00, публ. 20.06.2003, БИ №17. Как показано на фиг.1 данной публикации, измерительные микрофоны устанавливаются на треножных регулируемых по высоте стойках телескопического типа. Представленная акустическая камера обладает такими же конструктивными недостатками, что и испытательные камеры фирм Arctic Cat и BMW описанными выше.
Известна акустическая полубезэховая камера для замеров уровня внешнего шума легкового автомобиля Центра акустических исследований компании Volkswagen, прототип, конструкция которой подробно описана в публикации «Das neue Volkswagen -Akustikzentrum in Wolfsburg. Teil 1:Prufstande», ATZ, 2003, №3, с.250-260. Стены и потолок камеры покрыты
звукопоглощающей облицовкой, отвечающей современному уровню технического развития, представляющей собой сочетание комбинированных панельных резонаторов и асимметрично структурированных поглотителей и обеспечивающей минимальное отражение звука. В камере располагается роликовый стенд с независимым приводом на каждое колесо. Слева и справа, на расстоянии 7.5 м от осевой линии движения автомобиля, находятся так называемые «измерительные дорожки» с 38 микрофонами (см. фиг.2 и фото на стр.250 данной публикации). «Измерительная дорожка» представляет собой крупногабаритный, большой протяженностью, каркас рамочного типа, выполненный из металлических трубок. На верхней горизонтальной трубке смонтированы измерительные микрофоны. Цикл измерений внешнего шума ускоряющегося автомобиля может выполняться или вручную человеком, находящимся в автомобиле, или посредством программного управления с помощью автопилота. Недостатком представленной конструкции акустической полубезэховой камеры является большая площадь звукоотражающей поверхности каркасов измерительных дорожек, являющихся опорными элементами для установки измерительных микрофонов и, в связи с этим, находящихся в непосредственной близости от зоны измерений. Кроме этого, сама металлическая структура длинных трубок каркаса является вибровозбудимой, с соответствующим переизлучением «паразитного» структурного шума в пространство акустической камеры с установленными измерительными микрофонами, ухудшающего качество результатов измерений внешнего шума автомобиля.
Предлагаемое техническое решение позволяет устранить обозначенные выше недостатки.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известной акустической полубезэховой камере для исследования шума колесных транспортных средств, в которой смонтирован динамический четырехбарабанный стенд, на котором установлено исследуемое колесное транспортное средство, содержащей в частности, микрофонные стойки, на которых установлены измерительные микрофоны, подключенные посредством кабелей к регистрирующей аппаратуре и закрепленные на стойках в штатных микрофонных державках, таким образом, что чувствительные элементы микрофонных капсюлей располагаются на расстоянии 7,5±0,2 м от продольной
оси исследуемого транспортного средства и на высоте 1,2±0,1 м от поверхности пола камеры, названные микрофонные стойки выполнены в виде полых металлических или полимерных трубок, внешняя поверхность которых футерована слоем самоклеющегося звукопоглощающего пористого волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем (например, тонкой звукопрозрачной фольгой), в верхней части трубок выполнены боковые отверстия и/или смонтирован переходник в виде крепежной шпильки для монтажа микрофонных державок, нижняя торцевая часть трубок содержит установочную шпильку для устойчивого, неподвижного монтажа стоек в полу испытательной камеры, при этом контакт сопрягающегося нижнего торца трубок с полом выполнен через промежуточную уплотнительную проставку в виде шайбы, в верхних и нижних частях микрофонных стоек выполнены боковые отверстия для ввода и вывода микрофонного кабеля во внутреннюю полость стоек, при этом, внешняя упругая изоляционная оболочка кабеля находится в плотном контакте с внутренними стенками полых трубок.
Во внутренней полости микрофонных стоек может быть впрессована полимерная трубка из электроизоляционного вибродемпфирующего материала (например, нейлоновая, резиновая).
Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.
На фиг.1 представлен вид спереди акустической полубезэховой камеры для исследования шума колесных транспортных средств.
На фиг.2 представлен вид сверху акустической полубезэховой камеры для исследования шума колесных транспортных средств.
Позициями на фиг.1-2 обозначены:
1 - внешняя бетонная оболочка полубезэховой камеры;
2 - внутренняя бетонная оболочка полубезэховой камеры;
3 - звукопоглощающая облицовка кулисного типа;
4 - сопло общеобменной приточно-вытяжной вентиляции;
5 - пружины;
6 - фундамент динамического барабанного стенда;
7 - жесткий звукоотражающий пол;
8 - беговые барабаны;
9 - исследуемое транспортное средство;
10 - крепежный трос;
11 - микрофонные стойки;
27 - микрофонные державки;
28 - измерительные микрофоны.
На фиг.3-7 представлены конструкции микрофонных стоек акустической полубезэховой камеры для исследования шума колесных транспортных средств, заявляемой в качестве полезной модели.
Микрофонная стойка (см. фиг.3) выполнена в виде полой металлической (например, алюминиевой) или полимерной трубки 12, внешняя поверхность которой футерована слоем самоклеющегося звукопоглощающего пористого волокнистого или открытоячеистого пенистого материала 13 с внешним защитным звукопрозрачным слоем 14. Применение футеровки внешних поверхностей микрофонных стоек звукопоглощающим материалом позволяет ослабить звукоотражающие эффекты, возникающие в результате падения звуковых волн, излучаемых исследуемым объектом транспортного средства, на поверхности стоек. Ослабление звукоотражающих эффектов обусловлено дополнительным поглощением звуковой энергии пористым слоем звукопоглощающей футеровки, и, как следствие, ослабляется искажение звукового поля в зоне расположения измерительных микрофонов в испытательной камере. Защитный звукопрозрачный слой 14 изготавливается преимущественно из моющегося, огнестойкого, влаго-масло-бензостойкого материала, типа полиэстеровой пленки, не впитывающего указанные вещества внутрь пористой структуры звукопоглощающего материала, легко подвергающегося очистке пылесосом или влажной очистке. Нижняя торцевая часть трубки жестко соединена (например, сварочным швом) с установочной шпилькой 15, посредством которой стойка ввинчивается в цанговую втулку 16, вмонтированную в полу 7 испытательной камеры -чем обеспечивается ее устойчивое закрепление и безопасная эксплуатация ввиду исключения возможного опрокидывания стойки с закрепленной микрофонной державкой с микрофонным капсюлем. Для более плотного и надежного контакта сопрягающегося нижнего торца трубки с полом испытательной камеры между торцем и полом установлена промежуточная уплотнительная проставка 17 в виде шайбы. В стенках верхней части трубки выполнены отверстия 18, предназначенные для монтажа штатной микрофонной державки 27, используемой в многоканальных системах позиционирования микрофонов с
трубчатыми опорными элементами. Представленный вариант конструкции микрофонной стойки предназначен для установки капсюля измерительного микрофона на определенной заданной высоте от поверхности пола камеры - например, на стандартной высоте 1,2м±0,1м, регламентируемой правилом №51-02 ЕЭК ООН и Российским стандартом ГОСТ Р41.51-99 при измерениях внешнего шума автотранспортных средств. Также возможна реализация конструкций со ступенчатой регулировкой высоты расположения микрофона при перфорировании трубки 12 несколькими, с заданным интервалом по высоте, отверстиями 18.
На фиг.4 представлена в качестве варианта конструктивного исполнения трубчатая микрофонная стойка, в верхней торцевой части которой ввинчен переходник 19 в виде крепежной шпильки. Представленная конструкция стойки позволяет монтировать штатные микрофонные державки с регулируемым положением узла «микрофон-предусилитель» в пространстве испытательной камеры, используемые в треножных штативах телескопического типа.
На фиг.5 представлена в качестве варианта конструктивного исполнения трубчатая микрофонная стойка, у которой нижняя часть трубки 12 жестко соединена через усилители 20 (например, металлические пластины), с опорным пластинчатым основанием 21, имеющим четыре отверстия 22. Стойка устанавливается в заданном условиями испытаний месте и фиксируется в полу 7 камеры болтами 23.
На фиг.6 представлена в качестве варианта конструктивного исполнения трубчатая микрофонная стойка, в верхней и нижней частях которой выполнены боковые отверстия для ввода и вывода микрофонного кабеля 24 во внутреннюю полость стоек. Данная конструкция микрофонной стойки позволяет дополнительно демпфировать возможное вибрационное возбуждение металлической структуры трубки 12, передаваемое от зоны закрепления с полом камеры, за счет плотного контакта внутренних стенок трубки с внешней упругой изоляционной оболочкой микрофонного кабеля и, таким образом, ослаблять вибрационные нагрузки на микрофонный капсюль, что может повышать качество и объективность измерений шума колесного транспортного средства.
На фиг.7 представлена в качестве варианта конструктивного исполнения составная трубчатая микрофонная стойка телескопического типа. Внутренняя трубка 25 установлена в полости внешней трубки 12, с возможностью
перемещения в вертикальном направлении, и фиксируется на заданной высоте стопорным винтом 26. Представленная конструкция микрофонной стойки позволяет плавно регулировать высоту расположения измерительного микрофона в пространстве испытательной камеры.
Во внутренней полости микрофонных стоек может быть впрессована полимерная трубка из электроизоляционного вибродемпфирующего материала (например, нейлоновая, резиновая) для дополнительного ослабления вибрационных нагрузок на микрофонный капсюль.
Практическая реализация предлагаемой конструкции акустической полубезэховой камеры для исследования шума колесных транспортных средств позволяет повысить точность и объективность результатов стендовых акустических испытаний колесных транспортных средств (например, легковых автомобилей).