СТЕНД ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ 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 стендов, включающих шумоизолирующие устройства, применяемых для экспериментальных исследований эффективности шумозаглушающих характеристик глушителей шума систем выпуска отработавших газов двигателей колесных транспортных средств, преимущественно легковых автомобилей.
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.
Измерение шума выпуска отработавших газов двигателя колесного транспортного средства (в частности, легкового автомобиля) для оценок достигнутых значений уровней излучаемого газодинамического шума выпуска и последующих сравнительных оценок эффективности шумозаглушающих характеристик глушителей шума системы выпуска производится с использованием измерительных
микрофонов, располагаемых вблизи (на заданном конкретном расстоянии) от свободного (открытого) среза выхлопной трубы системы выпуска двигателя автомобиля, установленного- в акустической полубезэховой камере на динамическом стенде с беговыми барабанами. Во время стендовых акустических исследований системы выпуска отработавших газов двигателя колесного транспортного средства, установленного на беговых барабанах динамического стенда, как правило, очень трудно добиться необходимой точности результатов измерений уровней звука при оценках эффективности шумозаглушающих характеристик различных конструкций глушителей. Причина сложности получения объективных результатов заключается в наличии высокого уровня «паразитного» маскирующего шумового фона в точке измерений (в зоне установки измерительного микрофона) вблизи среза выхлопной трубы, излучающего звук. Высокий «паразитный шумовой фон», воспринимаемый в данном случае как «помехи», передается в эту измерительную зону из пространства моторного отсека исследуемого транспортного средства в виде шумового излучения работающего двигателя (излучения звука от вибрирующих поверхностей корпусных деталей двигателя, аэрогазодинамического шума систем впуска и охлаждения двигателя), вращающихся на барабанах стенда шин, контактирующих с рабочей поверхностью беговых барабанов стенда и излучающих шум вследствие этого взаимодействия, шума излучаемого трансмиссионными агрегатами транспортного средства и пр.
Известно устройство эвукозаглушающей кабины по авторскому свидетельству СССР №1652997 (5GWK 11/00) для использования на транспорте и в промышленности для снижения шума в заданной рабочей зоне низкочастотной области звукового спектра. Устройство представляет собой корпус, футерованный изнутри звукопоглощающим материалом, защищенный перфорированным листом, содержащий специальные полости с отверстиями. Недостатками устройства являются его неэффективность для использования в качестве широкополосного заглушающего устройства и, в частности, средних и
высоких частот звукового спектра, являющихся, как правило, доминирующими в спектрах шумов энергетических и транспортных установок и, в частности, в спектрах шумов выхлопа ДВС. Существенным недостатком является также односторонняя звукопоглощающая способность экрана, обеспечивающая звукопоглощающий эффект только со стороны прямого падения звуковых волн на перфорированный лист с звукопоглощающим материалом.
Известен противореверберационный акустический экран с противошумными поглощающими модулями (заявка Франции 2501886, G 10 K 11/16). Устройство является двухсторонним поглотителем звука, однако не пригодно для применения в опытных исследовательских и доводочных работах, в процессах совершенствования конструкций систем выпуска отработавших газов двигателей транспортных средств, в виду его громоздкости (габаритности), отсутствия специальных каналов, уплотнителей, заглушек для пропускания концевой части выхлопной трубы через структуру экрана и мобильных устройств передвижения экрана к задней части транспортного средства (в заданную зону исследований).
Известно устройство подавления шума по заявке Великобритании №2087522 в виде экрана, имеющего форму ковра, изготовленного из стекловолокна. Такой экранный ковер подвешивается к потолку между шумящей машиной (или другим источником шума) и рабочей зоной оператора. Недостатками устройства являются его ограниченная применимость, неудобство практического использования, низкая звукоизолирующая способность ввиду отсутствия тяжелого весового звукоизолирующего слоя в структуре экрана.
Известно устройство звукоизолирующего экрана для подавления звука, излучаемого шинами движущегося транспортного средства (заявка Великобритании 2163103 и G 10 K 11/16), как одного из существенных источников шумового «паразитного» (фонового) вклада в точке измерений уровня шума вблизи свободного среза выхлопной трубы системы выпуска отработавших газов двигателя исследуемого
колесного транспортного средства, выполненного в виде двухстеночной структуры, внутреннее пространство которой содержит как звукопоглощающие материалы, так и специальные резонаторные полости, образуемые между внутренними поверхностями стенок. Между поверхностями нижнего торца экрана и поверхностью дорожного покрытия имеется небольшой воздушный зазор. Недостатками устройства являются его относительно невысокая звукоизолирующая способность (легковесная тонкостенная структура, смонтированная на кузове, воздушный зазор) и относительно узкий, в связи с этим, рабочий диапазон заглушаемых звуковых частот, что делает его неэффективным для заглушения широкополосных интенсивных источников шума типа автомобильных ДВС.
Известно устройство звукоизолирующей панели для противошумового экрана по заявке Франции 2690000 (G 10 K 11/16) в виде оболочки звукоизолирующей панели с отверстием на передней стенке. Задняя часть структуры оболочки выполнена из жесткой пластмассы и, в связи с этим, задняя стенка не является звукопоглощающей, а выполняет только функцию звукоизолирующего элемента. В связи с этим, звуковые волны, излучаемые, например, свободным срезом выхлопной трубы за экраном, в зоне установки измерительного микрофона, будут без Поглощения отражаться от этой жесткой звукоотражающей поверхности и, по сути, удваивать звуковую энергию в зоне измерений (за экраном), что является существенным недостатком, искажающим объективность измерения уровней шума исследуемого объекта - системы выпуска отработавших газов двигателя транспортного средства.
Из свидетельства на полезную модель Российской Федерации №20750, МПК7 B 60 R 13/08, публ. 27.11.2001, БИ №33, известна конструкция стенда для исследований эффективности шумозаглушающих характеристик глушителей шума выпуска отработавших газов двигателей колесных транспортных средств, содержащего шумоизолирующий экран, способствующий ослаблению «паразитного шума» помех в точках измерений (местах установки
микрофонов), принимаемая в качестве ПРОТОТИПА. При проведении акустических исследований системы выпуска ДВС транспортных средств передвижной шумоизолирующий экран устанавливается в непосредственной близости в зоне задка (бампера) автомобиля. Выхлопная труба основного глушителя, через удлинительную насадку и канал акустической заглушки экрана выводится в свободную зону испытательной камеры, отделенную экраном от установленного на беговых барабанах транспортного средства. При этом обеспечивается эффективная звукоизоляция от шумовых «паразитных» помех зоны задка автомобиля, в которой располагается измерительный микрофон, оценивающий шумовое излучение шума выхлопа, производимое открытым свободным срезом хвостовой трубы глушителя системы выпуска отработавших газов. Однако, при использовании такой конструкции шумоизолирующего экрана необходимо применять специальные удлинительные насадки, устанавливаемые на концевом участке выхлопной трубы, что приводит как к изменению общей длины выхлопной трассы исследуемой системы выпуска отработавших газов, так и к изменению соотношений длин трубопроводов (отводящих и подводящих), сообщающих корпуса камер глушителей. Дополнительные удлинительные элементы выхлопных трубопроводов, введенные в штатную выхлопную трассу исследуемого транспортного средства, заметно влияют на «акустическую настройку» системы выпуска в целом и, таким образом, измерительный микрофон в заданной точке измерений регистрирует акустическое излучение уже не реальной (штатной) системы выпуска отработавших газов, а в некоторой степени измененной конструкции системы,. т.е. регистрирует искаженные шумозаглушающие характеристики исследуемых глушителей шума системы выпуска, тем самым снижая объективность и качество стендовых акустических исследований систем выпуска двигателя колесного транспортного средства. Кроме этого, при установке известного шумоизолирующего экрана в районе задка колесного транспортного средства, часто используемое в практике стендовых исследований тросовое закрепление за задние буксирные крюки
исследуемого транспортного средства на динамическом барабанном стенде не может быть осуществлено, что, таким образом, требует применения других, например, специальных габаритных устройств закрепления транспортного средства за ступицы колес, усложняющих процесс постановки транспортного средства на динамический стенд и являющихся дополнительными звукоотражающими объектами в пространстве полубезэховой акустической камеры.
Предлагаемое техническое решение позволяет в значительной степени устранить обозначенные выше недостатки.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном стенде для акустических исследований систем выпуска отработавших газов двигателя колесного транспортного средства (преимущественно, легкового автомобиля), содержащем, в частности, шумоизолирующий экран, размещенный на несущих стойках, на которых смонтирована звукоизолирующая панель - шумоизолирующий экран устанавливается непосредственно под задний бампер исследуемого транспортного средства с плотным беззазорным контактом с днищем кузова, при этом, несущие стойки экрана фиксируются в штатных пазовых направляющих динамического барабанного стенда, используется звукоизолирующая панель раздвижного типа, регулируемая по высоте и выполненная в виде металлического кожуха, с двухсторонней футеровкой его поверхности слоями весового виброшумодемпфирующего шумоизолирующего листового битумного материала, слоями самоклеющегося пористого открытоячеистого звукопоглощающего материала, на внешней поверхности слоев которого размещена тонкая защитная звукопрозрачная пленка.
Сущность полезной модели поясняется графически.
На фиг.1-2 представлена акустическая полубезэховая камера, с установленным в ней заявляемым в качестве полезной модели стендом для акустических исследований систем выпуска отработавших газов двигателя колесного транспортного средства. Позициями на фиг.1-2 обозначены:
1 - внешняя бетонная оболочка полубезэховой камеры;
2 - внутренняя бетонная оболочка полубезэховой камеры;
3 - звукопоглощающая облицовка кулисного типа;
4 - пружины;
5 - фундамент динамического барабанного стенда;
6 - жесткий звукоотражающий пол;
7 - беговые барабаны;
8 - исследуемое транспортное средство;
9 - крепежный трос;
10 - срез хвостовой трубы глушителя системы выпуска отработавших газов двигателя исследуемого транспортного средства;
11 - измерительные микрофоны;
12 - шумоизолирующий экран;
13 - штатные пазовые направляющие динамического барабанного стенда.
На фиг.3 представлена конструкция шумоизолирующего экрана стенда для акустических исследований системы выпуска двигателя колесного транспортного средства.
На фиг.4 представлено сечение по А-А шумоизолирующего экрана.
На фиг.5, 6, 7 представлена в 3-х проекциях конструкция кожуха шумоизолирующего экрана.
На фиг.8 показано крепление несущей стойки шумоизолирующего экрана в штатных пазовых направляющих динамического барабанного стенда.
На фиг.9 представлен поперечный разрез несущей стойки экрана с элементами крепления звукойизолирующей панели.
На фиг.10 представлена конструкция увеличенного по высоте (с поднятой вверх одной из звукоизолирующих панелей, в показанном примере - поднятой задней панелью) шумоизолирующего экрана стенда для акустических исследований шума системы выпуска двигателя колесного транспортного средства.
Стенд для акустических исследований системы выпуска
двигателя колесного транспортного средства содержит шумоизолирующий экран 12, установленный под задним бампером исследуемого транспортного средства 8, в частности, автомобиля, и зафиксированный в штатных пазовых направляющих 13 динамического барабанного стенда. Шумоизолирующий экран представляет собой две звукоизолирующие панели - передняя 14 и задняя 15 (см. фиг.3 и 10), смонтированные на 2-х несущих стойках 16. Каждая из звукоизолирующих панелей выполнена в виде П-образного металлического кожуха 17, футерованного с двух сторон слоями весового виброшумодемпфирующего шумоизолирующего листового битумного материала 18, слоями самоклеющегося открытоячеистого шумопоглощающего материала 19, на внешней поверхности которого размещена тонкая защитная звукопрозрачная пленка 20. Такая многослойная структура звукоизолирующих панелей, включающая комбинацию плотно взаимно прилегающих слоев, выполненных из звукопоглощающих и звукоизолирующих материалов, позволяет эффективно изолировать шум в зоне измерений, излучаемый из пространства моторного отсека колесного транспортного средства (например, автомобиля) работающим двигателем, элементами трансмиссии исследуемого автомобиля и вращающимися шинами с беговыми барабанами динамического стенда, достигая, при этом, необходимой точности измерения и объективности оценок эффективности заглушения шума глушителями системы выпуска отработавших газов двигателя автомобиля. Кроме того, внешняя футеровка кожуха экрана звукопоглощающим пенополиуретаном (ППУ) 19 с защитной звукопрозрачной пленкой 20 со стороны установки измерительного микрофона позволяет существенно ослабить влияние отраженного звукового поля, формируемого со стороны исследуемого источника излучения - свободного среза выхлопного патрубка 10 глушителя. Кожух звукоизолирующей панели 17 выполнен в виде листовой металлической оболочки 21 П-образного профиля с четырьмя приварными втулками 22. Применение втулок в конструкции кожуха позволяет проводить процесс монтажа и регулировки высоты
расположения звукоизолирующей панели на несущих стойках с плотным беззазорным контактом торцевой поверхности звукоизолирующих панелей экрана с днищем кузова задка транспортного средства - с одной стороны и полом камеры - с другой стороны, без повреждения шумопоглощающего материала 19 и его защитной пленки 20. Для дополнительного увеличения изгибной жесткости кожуха панели, его листовая оболочка 21 усилена металлическими уголками 23. Несущая стойка 16 шумоизолирующего экрана выполнена в виде металлической трубы замкнутого профиля (например, квадратного) 24 с продольным пазом 25 для монтажа звукоизолирующей панели. Основание 26 стойки 16 имеет четыре отверстия 27 и жестко фиксируется установочными винтами 28 в штатных пазовых направляющих 13 динамического барабанного стенда. Монтаж звукоизолирующих панелей и регулировка высоты экрана выполняется путем перемещения одной из панелей в продольных пазах 25 несущих стоек и фиксирования ее на необходимой высоте стягивающими винтами 30 (см. фиг.9), ввинчивающихся в прижимную пластину 31. При этом обеспечивается беззазорный герметичный контакт торцевых зон экрана с одной стороны - с поверхностью пола камеры, а с другой - с поверхностью кузовных панелей задней части кузова транспортного средства.
При проведении акустических исследований системы выпуска двигателя колесных транспортных средств (преимущественно, легкового автомобиля), шумоизолирующий экран устанавливается под задним бампером автомобиля, фиг.1, 2, изолируя источники звукового излучения дополнительного «паразитного» шума со стороны моторного отсека, элементов трансмиссии,. шин, приводных устройств динамического стенда. Измерительный микрофон устанавливается на заданном условиями испытаний расстояний от свободного среза непосредственно выхлопного патрубка глушителя системы выпуска отработавших газов двигателя, т.е. конструкция заявляемого стенда позволяет проводить оценку шума выхлопа, излучаемого открытым срезом хвостовой трубы глушителя системы выпуска отработавших газов двигателя, без вносимых, искажающих акустику элементов
системы выпуска, дополнительных устройств типа удлинительных насадков хвостовой трубы и, таким образом, получать более точные акустические характеристики системы в целом.
Применение заявляемой конструкции стенда для акустических исследований систем выпуска отработавших газов двигателей колесных транспортных средств так же позволяет также расширить гамму используемых при испытаниях разнообразных устройств крепления транспортного средства на стенде, сократить трудоемкость подготовительных монтажных работ по установке устройства, более продуктивно эксплуатировать испытательный стенд.