ДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД С БЕГОВЫМИ БАРАБАНАМИ ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

ДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД С БЕГОВЫМИ БАРАБАНАМИ ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, в частности к испытательному стенду для изучения шумов и вибраций, генерируемых движущимся транспортным средством, например, легковым автомобилем.
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта в кабине (салоне) 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 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, использованием 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 с трансмиссионными агрегатами (далее - силовой агрегат), то весьма важно проводить исследования и доводку силового агрегата на стенде при имитации различных скоростных и нагрузочных режимов (изменяя обороты двигателя, угол открытия дроссельной заслонки и т.п.).
Достаточно полную имитацию условий движения транспортного средства в реальных дорожных условиях можно достичь на стендах с беговыми
барабанами, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях, производящих транспортную технику и НИИ.
Впервые в нашей стране конструкция стенда с двумя парами беговых барабанов была предложена в 1924 году проф. В.И. Сорока-Новицким, см. Н.Я. Говорущенко Диагностика технического состояния автомобилей, М., Транспорт, 1970, С.141 /1/. За рубежом стенды с беговыми барабанами появились в тридцатых годах. Например, в США первые стенды с комплектом оборудования начали выпускаться в 1935 году фирмой Бендикс Корпорейшн, с.141, /1/.
Конструктивно такие стенды состоят из двух пар барабанов под задние и передние колёса автомобиля. Барабаны через редуктор соединены с тормозными устройствами, см. рис.1, с.141, /1/
Из патента США № 5465612, МПК G01M 17/00, выданного на имя фирмы CLAITON IND известен динамический барабанный стенд, оборудованный приводными и тормозными механизмами и системами управления, позволяющими имитировать с высокой точностью реальные скорости, нагрузки, силы инерции и паразитные сигналы потерь, характеризующие особенности движения автомобиля в дорожных условиях.
Современные технологии исследования акустических процессов, реализующихся на транспортных средствах (автомобилях, тракторах, мотоциклах и пр. видах колёсных транспортных средств) предусматривают 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, обеспечивающих условия свободного звукового поля в зонах измерений.
Одна из таких технологий подробно описана в публикации Walter Seeger Geraususchabstrahlung eines Verbrennungsmotors. Einfluss der Ansaug - und Absauggerausche auf das Fahrzeug-lnnengerausch. Automobil-lndustrie, 1985, № 5, p. 515...526. Здесь, в частности, оценка уровней и спектров шумов систем впуска и выпуска двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) производились на стенде с беговыми барабанами в полубезэховой акустической камере на автомобиле Opel-KadettGSI.
в качестве одного из важных рекламных параметров стендов с беговыми барабанами является общий уровень шума стенда при 100 км/час в 1 м над поверхностью беговых барабанов (над поверхностью пола камеры, в которой установлен стенд). Так, в опубликованном докладе SAE 971900 Design, Construction and Application of a World Class Venicle Acoustic Test Facility, F.K. Brandl, p. 241-247 (CM. фиг. 11 и табл. 2) указано, что уровень шума стенда ZOLLNER при 100 км/час в 1 м над барабанами составляет не более 47 дБА, что позволяет фирме AVL выполнять разнообразные объективные акустические исследования легковых автомобилей.
Аналогичная низкошумная конструкция динамического стенда с беговыми барабанами используется и фирмой BMW, см. публ. Rudolf Eiker, Norbert Herzum, Wolfgang Keiner, Labert Ulrich. Die neuen BMW - Versuchseinrichtungen fur Akustik, ATZ, 88, 1986, 219...230, (CM. фиг. 3,4,5).
Известен также стенд с беговыми барабанами для лроведения специальных акустических измерений, патент ФРГ № 3715016, МПК G01M 17/00, выданный фирме Даймлер-Бенц, для проведения комплексных акустических исследований автомобилей, включая как имитацию скоростных и нагрузочных режимов работы силового агрегата, так и имитацию соответствующих воздушных потоков обтекания кузова для исследований и доводки конструкций отдельных элементов кузова с точки зрения ослабления генерирования ими аэродинамических шумов при высоких скоростях движения.
В патенте ФРГ № 4320487, МПК G01M 17/00, выданном на имя фирмы BMW, заявляется конструкция динамического стенда с беговыми барабанами для виброакустических исследований автомобиля, где наряду с сообщением ему заданных скоростных и нагрузочных режимов, он подвергается и дополнительному вибрационному воздействию, сообщаемому от барабанов.
Известна конструкция динамометрического стенда с беговыми барабанами, установленного в заглушенной камере, с креплением на поверхностях барабанов специальных приспособлений, имеющих различную форму и покрытие, для исследований воздействий на автомобиль неровностей дорожного полотна, см. публ. НИИНАВТОПРОМ, С.А.Воронцов, В.Е.Тольский Современные методы и средства виброакустических испытаний автомобилей, стр. 15-20.
в качестве ПРОТОТИПА принята конструкция динамического стенда с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств, которая описана в свидетельстве РФ на полезную модель №20791, МПК7 G01M 17/00, публ. 27.11.2001, БИ № 33.
В известных конструкциях динамических стендов с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств для отвода отработавших газов двигателя используется, в частности, технологическая система отвода отработавших выхлопных газов, содержащая, в том числе, гибкий отводящий шланг вытяжной вентиляционной установки, располагаемый в пространстве испытательной камеры. При проведении, в первую очередь, исследований шумозаглушающих характеристик глушителей шума выпуска отработавших газов исследуемого транспортного средства, гибкий отводящий шланг либо не используется - в этом случае происходит свободный выпуск отработавших газов двигателя (и свободное излучение звука открытым срезом хвостовой трубы) в пространство акустической камеры (см. публикацию Walter Seeger Geraususchabstrahlung eines Verbrennungsmotors. Einfluss der Ansaug - und Absauggerausche auf das Fahrzeug-lnnengerausch. Automobil-lndustrie, 1985, № 5, p. 515). Либо гибкий отводящий шланг монтируется к открытому коническому раструбу, устанавливаемому вблизи открытого среза хвостовой части выхлопной трубы исследуемого транспортного средства (см. свидетельство на полезную модель Российской Федерации №20399). При невысокой производительности технологической системы отсоса выхлопных газов, выброс выхлопных газов системы выпуска двигателя исследуемого транспортного средства в помещение акустической камеры приводит к появлению проблем избыточной загазованности помещения, частичной потери пористости и шумопоглощающих свойств звукопоглощающих облицовок стен и потолка полубезэховой акустической камеры вследствие оседания на их поверхность твердых частиц (сажи), содержащихся в выхлопных газах двигателей испытуемых транспортных средств (в особенности, оборудованных дизельным двигателем). При высокопроизводительной технологической системе выхлопных газов, как правило, используется вентиляционная установка с высокой частотой вращения и большим диаметром крыльчатки, что влечет усиленное шумоизлучение установки и передачу генерируемого ею шума по трубопроводу системы отсоса в
направлении открытого среза раструба дистанционного отсоса выхлопных газов. Это, в свою очередь, вызывает нежелательное увеличение фонового шума помех в измерительных зонах акустической камеры. С другой стороны, довольно часто, в практике исследовательских и доводочных работ по виброакустике транспортного средства требуется исключить шумоизлучение газодинамической составляющей системы выпуска отработавших газов, в частности, при работах по целенаправленному разделению и исследованиях шума отдельных узлов и агрегатов в составе транспортного средства и составлению уравнений акустического баланса источников шума транспортного средства в целом. В этом случае, в известных динамических стендах с беговыми барабанами используется автономный отвод отработавших выхлопных газов системы выпуска двигателя транспортного средства с герметичной установкой гибкого отводящего шланга вытяжной вентиляционной установки на срез хвостовой трубы основного глушителя шума системы выпуска транспортного средства. Очевидным недостатком известных конструкций динамических стендов с таким отводом выхлопных газов является недостаточная степень заглушения интенсивного по уровню шума выхлопа, излучаемого системой выпуска во внутреннюю полость отводящего шланга вследствие недостаточной шумоизолирующей способности структуры оболочки отводящего шланга. Одним из возможных вариантов решения данной проблемы является применение подвижного (мобильного) крупногабаритного глушителя шума технологической системы отвода отработавших газов двигателя исследуемого транспортного средства, устанавливаемого вблизи хвостовой части выхлопной трубы транспортного средства, использование которого связано, однако, с возможным загромождением измерительного пространства акустической камеры. В это же время, существенным недостатком применения таких гибких тонкостенных отводящих шлангов с относительно большой площадью внешних звукоотражающих поверхностей, в составе динамического барабанного стенда, с точки зрения качественных виброакустических исследовательских и доводочных работ, является возникновение дополнительных звукоотражающих эффектов, искажающих реальное звуковое поле, излучаемое исследуемым объектом установленным на беговых барабанах транспортным средством, в точках расположения измерительных микрофонов. Звуковые волны, излучаемые
исследуемым транспортным средством, в этом случае дополнительно отражаются от жестких поверхностей отводящего шланга, попадая в пространство измерительной зоны вокруг исследуемого объекта испытаний, с установленными в нем измерительными микрофонами, что непосредственным образом оказывает отрицательное влияние на точность и объективность исследовательских и доводочных работ по виброакустике. Кроме этого, шум, распространяемый по такому трубопроводу отводящего шланга как со стороны выхлопной трубы, так и со стороны вентиляционной установки принудительного отсоса выхлопных газов, переизлучается стенками шланга в пространство полубезэховой испытательной камеры вследствие достаточно ограниченной звукоизолирующей способности тонкостенных гибких шлангов, тем самым добавляя в зону измерений дополнительный маскирующий шумовой фон, усложняющий проведение качественных объективных акустических исследовательских работ, не учитывающих влияние шума выпуска транспортного средства. Для устранения указанных недостатков и направлено применение заявляемой полезной модели.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном динамическом стенде с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств, содержащем, в частности, технологическую систему дистанционного отвода выхлопных газов, вкпючающую вентиляционную установку принудительного отсоса выхлопных газов, вентиляционный канал с выводом газов в окружающую атмосферу, трубопроводы технологической системы отвода, технологический глушитель шума, гибкий отводящий шланг, при этом, внешняя поверхность отводящего шланга закрыта звукопоглощающим чехлом, выполненным из пористого волокнистого или пенистого звукопоглощающего материала на основе базальтовых или стеклянных волокон, открытоячеистого пенополиуретана, с защитной звукопрозрачной оболочкой из тонкого слоя стеклоткани, или алюминизированной лавсановой пленки, или уретановой пленки и т.п., что, в комплексе, обеспечивает слабое переизлучение шума выхлопа стенками гибкого шланга в пространство измерений акустической камеры и уменьшение эффекта отражения звуковых волн, излучаемых исследуемым транспортным средством.
Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.
На фиг. 1 представлена полубезэховая акустическая камера с заявляемым в качестве полезной модели динамическим стендом с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств.
Позициями на фиг. 1 и 2 обозначены:
1- полубезэховая акустическая камера;
2- звукопоглощающие кулисы;
3- виброгасящие пружины;
4- виброфундамент стенда;
5- беговые барабаны;
6- элементы механизма крепления транспортного средства на стенде;
7-транспортное средство;
8- приточно-вытяжная вентиляция;
9- пол испытательной камеры;
10- гибкий отводящий шланг отвода выхлопных газов с звукопоглощающим чехлом;
11- трубопровод технологической системы отвода выхлопных газов;
12- технологический глушитель шума;
13- вентиляционный канал;
14- вентиляторная установка;
15- выхлопная труба системы выпуска отработавших газов двигателя транспортного средства;
16- присоединительное колено;
17- тонкостенная металлизированная оболочка отводящего шланга;
18- присоединительные насадки;
19- звукопоглощающий материал;
20- защитный звукопрозрачный слой;
21- клеевой слой.
Установка внутренней оболочки полубезэховой камеры 1 и виброфундамента стенда 4 на специальных пружинах 3, облицовка поверхности стен и потолка камеры звукопоглощающими кулисами 2, технологический глушитель шума 12 способствуют обеспечению низкого шумового фона в
испытательной камере. Элементы динамического стенда, обозначенные поз. 5, б, 8, 10, 11, 13, 14 участвуют в обеспечении функционирования технологии проведения испытаний транспортного средства.
На фиг. 2 представлен фрагмент конструкции заявляемого динамического стенда с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств, содержащий, в частности, тонкостенный гибкий отводящий шланг 10, герметично соединенный с одной стороны с хвостовой частью выхлопной трубы 15 глушителя двигателя исследуемого транспортного средства 7, а с другой стороны - с присоединительным коленом 16 технологической системы отвода выхлопных газов. Гибкий отводящий шланг выполнен в виде тонкостенной металлизированной оболочки 17 с концевыми присоединительными насадками 18. Внешняя оболочка 17 отводящего шланга закрыта звукопоглощающим чехлом, выполненным из высокоэффективного звукопоглощающего пористого волокнистого или открытоячеистого пенистого самоклеющегося материала 19с внешним защитным звукопрозрачным слоем 20 (например, звукопроницаемое, негорючее, влагостойкое, стеклотканевое полотно или тонкая, защитная, термостойкая, влагогазонепроницаемая звукопрозрачная фольга). Соединение звукопоглощающего чехла с отводящим шлангом осуществляется посредством адгезии за счет наличия клеевого слоя в составе звукопоглощающего материала. Внешняя футеровка поверхности отводящего шланга звукопоглощающим чехлом позволяет ослабить процесс отражения звуковых волн за счет реализации эффекта поглощения звуковых волн, распространяемых в помещении акустической полубезэховой камеры. Кроме этого, дополнительно уменьшается звуковое излучение, производимое непосредственно оболочкой шланга, возбуждаемой как звуковыми волнами, так и газодинамическими пульсациями транспортируемого по шлангу газового и звукового потоков выхлопных газов и пульсациями газа, генерируемых отсасывающей центробежной вентиляционной установкой.
Практическая реализация предлагаемой конструкции динамического стенда с беговыми барабанами позволяет повысить точность и объективность результатов стендовых виброакустических испытаний колесных транспортных средств.