Стенд для исследования структурной передачи шума через элементы подвески силового агрегата транспортного средства

Полезная модель относится к технике исследования и разделения отдельных вкладов источников шума в звуковое поле колесных транспортных средств, выполняемых в акустической полубезэховой камере с жестким звукоотражающим полом.
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта в кокпите 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, в частности - двигатель внутреннего сгорания (ДВС), снабженная системами впуска, выпуска и охлаждения, то весьма важно проводить исследования и доводку этих доминирующих источников шума на динамометрическом стенде при имитации различных скоростных и нагрузочных режимов в условиях свободного звукового поля.
Достаточно полную имитацию условий скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля в реальных дорожных условиях можно достичь в полубезэховых или безэховых акустических камерах, способствующих формированию свободного звукового поля в зонах измерений, на размещенных в камерах динамометрических стендах, содержащих низко шумные беговые барабаны, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях производящих автотранспортную технику и в НИИ.
Безэховая (полностью заглушенная) или полубезэховая (заглушенная, с отражающим звук полом) испытательные акустические камеры представляют собой автономное помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте, где размещен динамометрический 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.
Технология эффективных и экономически оправданных приемов исследований и доводки автомобиля по виброакустике предусматривает выбор наиболее рациональных путей снижения внутреннего шума (шума внутри кабины или пассажирского салона) и вибрации (сиденья, органов управления, пола) элементов транспортного средства, связанных с доработкой конструкции конкретных виброшумоактивных агрегатов, ответственных за генерирование этой виброакустической энергии. Последнее возможно в том случае, когда определен конкретный вклад, как каждого потенциального источника, так и всех передающих звеньев и путей их передачи в процессах формирования виброакустических полей автомобиля. Известно, в частности, что шум и вибрации в салоне легкового автомобиля определяются, в основном, следующими составляющими:
- структурной составляющей, передающейся от источников шума и вибрации через твердые элементные связи конструкций, агрегатов и систем с кузовом автомобиля, в частности через опорные механические связи силового агрегата, его системы выпуска и агрегатов трансмиссии в виде упругодемпфирующих виброизоляторов (опор подвески), на элементы силового каркаса и панели кузова,
- воздушной составляющей звуковой энергии, проникающей в кокпит транспортного средства от источников излучения через открытые коммуникационные каналы или панели со слабой зкукоизоляцией.
Каждый отдельный виброшумоактивный источник, и вклад его структурной и воздушной составляющих в формирование звукового поля в салоне легкового автомобиля целесообразно оценивать с реализацией технологии разрыва (устранения) твердых опорных связей и, соответственно, разрыва путей передачи вибрационной энергии на структуру кузова легкового автомобиля со стороны колеблющегося на этих опорных связях корпуса источника. В этом случае, воздушная составляющая определяется путем энергетического вычитания звуковой энергии структурной составляющей от суммарной звуковой энергии (воздушной и структурной составляющих), регистрируемой в кабине (салоне) транспортного средства.
Одним из виброшумоактивных источников транспортного средства является вибрирующий силовой агрегат (СА), расположенный в подкапотном пространстве и связанный с силовым каркасом кузова / рамы / шасси транспортного средства посредством резино-металлических опор. Вибрационная энергия динамически возбужденного СА передается через твердые опорные связи в виде резинометаллических опор подвески, в первую очередь, на пол кокпита /кузова транспортного средства. Вибровозбужденные таким образом элементы силового каркаса и панели излучают соответствующий структурный (вибрационный) шум увеличивая уровень внутреннего шума кокпита транспортного средства, формируемого другими путями передачи виброакустической энергии (твердым и воздушным путем) ухудшая акустический комфорт. Для минимизации передачи вибрационной энергии через опорные связи подвески СА на пол кузова, трансформируемой впоследствии в звуковое излучение, локализирующееся в пространстве салона (кабины), важно оценить вклад в общее виброакустическое поле транспортного средства вибропередающих связей и в дальнейшем, при необходимости, оптимизировать их механоакустические характеристики путем соответствующего расположения точек крепления СА, изменения конструкции опорных элементов подвески или присоединительных к ним зон пола кузова и т.д.
Из авторского свидетельства SU 893665, МПК B62D 33/06, G01H 5/00, публ. 31.12.1981, известно устройство исключения опорных связей (в SU 893665 - устройство освобождения кабины транспортного средства от динамических воздействий всех механических опорных связей с остовом транспортного средства), обеспечивающее позиционирование кабины, относительно шасси, посредством автономной подвески, динамически изолированной от структурных элементов кабины и шасси транспортного средства. Применение данного устройства позволяет реализовать раздельную оценку динамических вкладов структурной и воздушной составляющих шума, проникающих в кабину. Показанное в авторском свидетельстве устройство позиционирования кабины характеризуется большими габаритами и, соответственно, существенными звукоотражающими эффектами, искажающими реальное звуковое поле в зоне исследуемого транспортного средства, что заметно снижает объективность регистрируемых параметров акустических полей в кабине транспортного средства.
Из патента на полезную модель RU 48063, МПК G01M 7/02, публ. 10.09.2005, известно предназначенное для работы в акустической камере и в составе стенда устройство исключения опорных связей, виброшумоактивного навесного агрегата транспортного средства, включающее в себя силовой несущий каркас, выполненный в виде вертикальной стойки, закрепленной на массивном автономном основании, а также механизм перемещения и подвеса виброшумоактивного агрегата, содержащий вертикально расположенный монтажно-регулировочный стержень и монтажную плиту. Данное устройство обеспечивает проведение исследований и оценку структурного шума, передающегося через механические опорные связи во внутреннее воздушное пространство кокпита транспортного средства от, исключительно, навесных агрегатов, в частности модуля электровентилятора системы охлаждения. При этом монтажная плита устройства, как и в предыдущем решении, обладает большой звукоотражающей поверхностью, оказывающей влияние на реальное диффузное звуковое поле подкапотного пространства, что, в свою очередь, приводит к снижению объективности результатов исследования.
Из патента на полезную модель RU 36887, МПК G01M 7/02, публ. 27.03.2004, известно устройство поочередного исключения опорных вибрационных связей силового агрегата с кузовом, содержащее составной жесткий несущий каркас, сформированный стойками, закрепленными на установочных проемах стенда, и балками, расположенными над моторным отсеком исследуемого транспортного средства, а также механизм перемещения и подвеса СА, образованный регулировочными винтами, тросами (стержнями) и крепежными петлями (кронштейнами) крепления СА. Существенным недостатком решения по RU 36887 является возможность выполнения экспериментальных исследований, исключительно, при открытом капоте моторного отсека. Указанное обстоятельство ухудшает объективность оценки акустического поля в салоне автомобиля.
В качестве прототипа принят известный из патента на полезную модель RU 50309, МПК G01M 17/00, публ. 27.12.2005, динамометрический стенд, установленный в акустической полубезэховой камере, содержащей звукоотражающий пол. Стенд содержит установочный фундамент и беговые барабаны, а пол полубезэховой камеры снабжен пазовыми направляющими. При этом полубезэховая камера выполнена снабженной, по меньшей мере одним, закрепленным в пазовых направляющих пола, с возможностью переустановки, в устройством исключения опорных связей - в данном случае устройством крепления системы выпуска отработавших газов СА, отсоединенной на период испытаний от несущих элементов транспортного средства. Устройство исключения опорных связей прототипа выполнено в виде сборной несущей пространственной конструкции, содержащей полую цилиндрическую балку и опорную стойку. Где балка выполнена сформированной с возможностью ее поперечного, относительно продольной геометрической оси испытываемого транспортного средства, расположения со стороны пола камеры и с возможностью ее фиксации в требуемом положении посредством пазовых направляющих пола, а стойка выполнена в виде круглой, в поперечном сечении, телескопической, трубы, один конец которой закреплен, с возможностью переустановки, на поперечной балке, а другой снабжен упругозакрепленным (эластично подвешенным) крепежным элементом. Прототип позволяет проводить исследования количественного и качественного влияния соединительных твердых вибрационных связей между вибрирующими элементами системы выпуска отработавших газов и структурой кузова на возбуждаемый (передаваемый опорными связями выхлопной трассы) структурный шум панелей кузова, излучаемый в пространство кокпита колесного транспортного средства. Однако примененная в составе испытательного стенда поперечная балка устройства крепления системы выпуска отработавших газов СА характеризуется низкой изгибной жесткостью - ее длина должна превышать ширину испытываемого транспортного средства, а диаметр не может превышать клиренса транспортного средства. При проведении виброакустических исследований, применительно к исследованию влияния структурных связей СА, работающий массивный СА, частично опираемый на опорную стойку поперечной балки, будет совершать дополнительные колебания, отличные от колебаний СА в штатных условиях эксплуатации. Кроме этого, крепление поперечной балки к пазовым направляющим пола полубезэховой камеры способствует передаче «паразитной» вибрационной энергии вибровозбуждаемых пазовых направляющих через поперечную балку к СА исследуемого транспортного средства. Вышеуказанные недостатки ведут к необъективности оценки влияния передачи вибрации через опорные связи подвески СА на кузов транспортного средства. Кроме того, наличие поперечной балки значительных линейных размеров и ее жесткое крепление к пазовым направляющим пола полубезэховой камеры вынуждает выполнять трудоемкие операции монтажа-демонтажа устройства крепления системы выпуска отработавших газов СА при каждой смене либо объекта испытаний, либо вида испытаний.
Задачей полезной модели было создание стенда, обеспечивающего, высокую достоверность оценки степени влияния соединительных твердых опорных вибрационных связей между вибрирующим СА и структурой кузова на вибрационно возбуждаемый структурный шум панелей кузова, излучаемый в пространство кокпита колесного транспортного средства, а также пониженную трудоемкость предваряющих испытания подготовительных работ.
Указанная задача решается в динамометрическом стенде, включающем в себя беговые барабаны, установленном в полубезэховой камере, содержащей звукоотражающий пол, снабженной устройством исключения опорной связи.
Указанная задача решается тем, что:
Устройство исключения опорной связи выполнено в виде штатива, образованного основанием, ножки которого расположены параллельно полу безэховой камеры и неподвижно соединены с образованием треноги под углом 120±10°; стойкой, расположенной ортогонально к полу безэховой камеры, установленной, с возможностью перемещения и фиксации, на одной из ножек основания, а также кронштейном, установленным, с возможностью перемещения и фиксации, на удаленном от основания конце стойки. При этом ножки основания выполнены из полого, толстостенного металлического профиля, заполненного вибродемпфирующим веществом, каждая из ножек основания выполнена снабженной обрезиненным колесом, две из ножек оборудованы монтажными кольцами, сформированными с возможностью фиксации устройства исключения опорной связи в заданном, относительно испытываемого транспортного средства положении, а кронштейн выполнен расположенным на удаленном от ножки конце стойки, сформированным с возможностью крепления предварительно отсоединенной от кузова/рамы опоры подвески СА.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
На фиг. 1 представлен вид спереди стенда для исследования структурной передачи шума через элементы подвески СА транспортного средства.
На фиг. 2 представлен вид сверху устройства исключения опорной связи.
На фиг. 3 представлен вид спереди устройства исключения опорной связи.
На фиг. 4 показано сечение опорной стойки устройства исключения опорной связи.
Позициями на фигурах обозначены:
1 - бетонная оболочка полубезэховой акустической камеры;
2 - звукопоглощающая облицовка кулисного типа;
3 - пружины;
4 - установочный фундамент испытательного стенда;
5 - жесткий звукоотражающий пол;
6 - беговые барабаны;
7 - приводной агрегат;
8 - исследуемое транспортное средство (в частности, легковой автомобиль);
9 - пазовые направляющие испытательного стенда;
10 - устройство исключения опорной связи;
11 - ножки основания;
12 -стойка;
13 - колесо;
14 - вибродемпфирующее вещество;
15 - монтажное кольцо;
16 -кронштейн.
Полезная модель может быть реализована заявляемым устройством исключения опорных связей, применяемым в составе известной из уровня техники полубезэховой камеры, содержащей звукоотражающий пол, снабженной известным из уровня техники динамометрическим стендом, включающим в себя беговые барабаны.
Устройство исключения опорной связи 10 образовано основанием, сформированным в виде штатива ножки 11 которого расположены параллельно полу 5 безэховой камеры и неподвижно соединены, с образованием треноги, под углом 120±10, а также стойкой 12 и кронштейном 16. Применение основания в форме трех лучевой звезды обеспечивает достаточно высокую изгибную жесткость при относительно малых поперечных размерах составляющих основание элементов. Такое пространственное исполнение основания уменьшает его вибровозбудимость и звукоотражающее качество. Каждая из ножек 11 основания выполнена снабженной обрезиненным колесом 13, расположенным на периферии основания со стороны пола 5 безэховой камеры. Кроме упомянутого, ножки 11 основания выполнены из полого, толстостенного, металлического, прямоугольного, в поперечном сечении, профиля, заполненного сыпучим, пенистым или другим вибродемпфирующим веществом 14 (например, кварцевым песком, бетоном, интегральной пеной, свинцовой или чугунной дробью, или сочетанием в смеси этих веществ в заданных пропорциях). Внутренняя структура ножек 11 в сочетании с обрезиненными колесами 13 обеспечивает высокие вибродемпфирующие свойства основания устройства исключения опорных связей.
Стойка 12 выполнена установленной, с возможностью перемещения и фиксации, на одной из ножек 11 основания, расположенной ортогонально к полу 5 безэховой камеры, сформированной из полого, толстостенного, металлического, профиля (не показано), который также может быть заполнен сыпучим, пенистым или другим вибродемпфирующим веществом (не показано).
Кронштейн 16 выполнен расположенным на удаленном от ножки 11 конце стойки 12, сформированным с возможностью крепления предварительно отсоединенной от кузова/рамы опоры подвески СА (в частности, снабженным крепежными отверстиями).
Каждая из двух ножек 11 основания, из числа отстоящих от снабженной стойкой 12 ножки, выполнена снабженной монтажным кольцом 15. При этом любое из монтажных колец 15 выполнено расположенным со смещением к периферии основания, сформированными с возможностью фиксации устройства исключения опорной связи 10, в процессе испытаний, например, посредством тросовых элементов (не показаны), в заданном, относительно испытываемого транспортного средства 8 положении.
Подготовку к исследованиям влияния твердых соединительных опорных связей между вибрирующим СА и структурой кузова на возбуждаемый структурный шум панелей кузова с помощью заявляемого испытательного стенда осуществляют следующим образом. Транспортное средство 8 с предварительно отсоединенной от кузова опорой подвески СА устанавливают на беговые барабаны 6 испытательного стенда. Устройство исключения опорной связи 10 подкатывают под днище автомобиля и пространственно ориентируют таким образом, чтобы отверстия кронштейна 16 находились согласованно с отверстиями опоры подвески СА. Далее отсоединенную от кузова опору подвески СА закрепляют на кронштейне 16 посредством болтового соединения, после чего с помощью тросовых элементов (не показаны) и монтажных колец 15 фиксируют пространственное положение устройства исключения опорной связи относительно испытываемого автомобиля и пола 5 безэховой камеры.
Исследования влияния твердых соединительных опорных связей между вибрирующим СА и структурой кузова на возбуждаемый структурный шум панелей кузова осуществляют ниже описанным образом. Запускают силовой агрегат (СА) транспортного средства и на определенных условиями испытаний режимах работы производят регистрацию виброакустических характеристик установленными в кокпите транспортного средства 8 измерительными датчиками (микрофонами, акселерометрами - не показаны).
Предлагаемый полезной моделью исследовательский стенд обеспечивает высокую достоверность оценки степени влияния соединительных твердых опорных вибрационных связей между вибрирующим СА и структурой кузова на вибрационно возбуждаемый структурный шум панелей кузова, излучаемый в пространство кокпита транспортного средства, что, в случае не соответствия заданным требованиям, позволяет осуществить доработку опор подвески СА с целью улучшения их вибродемпфирующих свойств.
При этом входящее в состав заявляемого стенда устройство исключения опорной связи обеспечивает пониженную трудоемкость предваряющих испытания подготовительных работ.