СТЕНД ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию - устройствам для измерений и испытаний, в частности к испытательным стендам, применяемым при проведении виброакустических испытаний, преимущественно автомобильных электрогенераторов (далее - генератор) в условиях акустической безэховой камеры.
Решение проблемы улучшения акустического комфорта в кабине (пассажирском салоне) транспортных средств - важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая существенных материальных, временных и интеллектуальных ресурсов. Наиболее продуктивными процессами исследований и доводки по виброакустике, в частности транспортных средств и их отдельных компонентов, излучающих шум, являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов, идентичных реальным эксплуатационным условиям работы.
Генератор является одним из источников шума автомобиля. При повышенном излучении шума генератор может непосредственно оказывать влияние как на показатели акустического комфорта в пассажирском салоне или кабине автомобиля, так и на уровень излучаемого внешнего шума. Акустические исследования генераторов имеют определенные особенности, вследствие необходимости обеспечения низкого шумового фона в помещении, где проводятся измерения шума, излучаемого генератором. Для качественных акустических исследований необходимо свести к минимуму наличие звукоотражающих поверхностей, вибровозбуждаемых конструкций, а также близкорасположенного шумоактивного приводного машинного оборудования, чтобы избежать искажения свободного акустического поля, формируемого посторонними техническими устройствами и факторами.
Для обеспечения необходимых условий испытаний при определении акустических характеристик генератора предпочтительно использовать специальные акустические безэховые камеры. Безэховая (полностью заглушенная) испытательная камера представляет собой автономное помещение, установленное на отдельном виброизолированном от основного здания фундаменте. Для приближения акустических свойств камеры к свободному звуковому полю производится облицовка стен, потолка и пола камеры объемными поглотителями звука клиновой формы (клиньями, кулисами). В безэховой камере размещаются специальные приводные агрегаты и вспомогательные установки для исследований и экспериментальных оценок, улучшения шумовых характеристик компонентов автомобиля.
Из патентов на изобретение RU № 2244280, 6МПК G01M 15/00, опубл. 10.01.2005, RU № 2419102, 6МПК G01R 31/34, опубл. 20.05.2011 и патента на полезную модель RU № 124636, 6МПК B60L 11/02, опубл. 10.02.2013 известны стенды для испытаний различного типа генераторов.
Недостатками упомянутых выше решений являются расположение приводного двигателя, ДВС или электродвигателя (источники интенсивного шумового излучения) в непосредственной близости от испытываемого генератора и без применения каких-либо шумозащитных технических средств, что делает данные стенды не пригодными для акустических испытаний генераторов.
Более прогрессивными, исходя из возможности проведения акустических испытаний, являются стенды, где приводной (тормозной) двигатель (далее двигатель) выполнен установленным на автономном виброизолированным от стен и потолка акустической безэховой камеры фундаменте, расположенном, преимущественно под полом упомянутой камеры. При этом обращенная в помещение камеры поверхность автономного фундамента выполнена с эффективным шумопоглощающим покрытием.
Такое решение использовано в стендах для акустических испытаний двигателей внутреннего сгорания, показанных в решениях по патентам на полезные модели RU № 22387, МПК G01M 17/00, опубл. 27.03.2002, RU № 22551, МПК G01M 17/00, опубл. 10.04.2002, RU № 22553, МПК G01M 17/00, опубл. 10.04.2002, RU № 23501, МПК G01M 15/00, опубл. 20.06.2002, RU № 23504, МПК G01M 17/00, опубл. 20.06.2002, RU № 23681, МПК G01M 17/00, опубл. 27.06.2002, RU № 23682, МПК G01M 17/00, опубл. 27.06.2002, RU № 26131, МПК G01M 17/00, опубл. 10.11.2002, RU № 28549, МПК G01M 17/00, опубл. 27.03.2003, RU № 37213, МПК G01M17/00, опубл. 10.04.2004, RU № 54184, МПК G01M 17/00, опубл. 10.06.2006, а также в решении по патенту на изобретение RU №2242735, МПК G01M 15/00, G01M 17/00, опубл. 20.12.2004.
В цитируемых решениях передача крутящего (тормозного) момента от вала приводного двигателя к валу испытываемого оборудования выполнена осуществленной посредством главной передачи и промежуточного привода. Главная передача ременной, содержащей ремень, первый кинематически связанный с валом приводного (тормозного) двигателя шкив, расположенный под полом безэховой камеры, а также второй шкив, цапфу и опору цапфы второго шкива (далее подшипниковая опора второго шкива), расположенные непосредственно в безэховой камере. При этом промежуточный привод выполнен в виде вала, кинематически связанного со вторым шкивом главной передачи и с возможностью кинематической, передачи вращения, связи с валом испытываемого оборудования.
Подшипниковая опора второго шкива и вал промежуточного привода, с точки зрения акустики, являются, соответственно, излучателем и проводником интенсивного акустического шума, что делает упомянутые стенды непригодными для акустических испытаний генераторов.
Задачей полезной модели было расширение функционала выше представленных стендов до возможности проведения автономных акустических испытаний генераторов.
Указанная задача решается на стенде для акустических испытаний, включающем в себя акустическую безэховую камеру, стены, пол и потолок которой выполнены с шумопоглощающим покрытием, приводной двигатель, расположенный под полом безэховой камеры на автономном виброизолированном фундаменте, главную выполненную ременной передачу, первый шкив которой кинематически соединен с валом приводного двигателя и расположен под полом безэховой камеры, второй шкив которой и подшипниковая опора второго шкива расположены в полости упомянутой камеры, промежуточный привод и измерительные микрофоны, расположенные в безэховой камере, а также регистрирующую и анализирующую аппаратуру.
Указанная задача решается тем, что
акустическая безэховая камера снабжена опорной стойкой, содержащей монтажную плиту, сформированную с возможностью установки испытываемого генератора,
монтажная плита выполнена перфорированной, установленной с возможностью перемещения, с последующей фиксацией относительно опорной стойки, снабженной средствами крепления испытываемого генератора,
внутренняя полость опорной стойки заполнена сыпучим вибродемпфирующим веществом, а ее внешняя поверхность футерована звукопоглощающим материалом,
промежуточный привод образован ременной передачей, содержащей ремень, первый кинематически связанный со вторым шкивом главной передачи и второй выполненный с возможностью установки на вал испытываемого генератора шкивы, расположенные в безэховой камере,
акустическая безэховая камера снабжена расположенным в полости камеры акустическим экраном, сформированным в виде фасонной оболочки, внутренняя и внешняя поверхности которой облицованы звукопоглощающим материалом. При этом подшипниковая опора второго шкива главной передачи, второй шкив главной передачи и первый шкив промежуточного привода выполнены установленными в полости образующей акустический экран оболочки.
Указанная задача может дополнительно решаться тем, что акустическая безэховая камера снабжена расположенным в полости камеры измерительным магазином, источником электрической энергии, а также коммутационной аппаратурой и соединительными электропроводами, выполненными и расположенными с возможностью гальванического соединения источника электрической энергии и измерительного магазина с испытываемым генератором.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлено сечение стенда для акустических испытаний генератора.
На фиг. 2 представлена конструкция опорной стойки стенда для акустических испытаний генератора.
На фиг. 3 представлена схема подключения измерительного магазина и источника электрической энергии к генератору.
Позициями на фигурах обозначены
1 - безэховая камера;
2 -двигатель;
3 - опорная стойка;
4 - монтажная плита;
5 - акустический экран;
6 - измерительный микрофон;
7 - измерительный магазин;
8 - источник электрической энергии;
9 - коммутационный аппарат;
10 - соединительные электропровода;
11 - оболочка безэховой камеры;
12 - шумопоглощающие клинья;
13 - автономный фундамент;
14 - эластичный уплотнитель пола;
15 - стойки рамы;
16 - ригели рамы;
17 - слани;
18 - первый шкив главной передачи;
19 - подшипниковая опора второго шкива главной передачи;
20 - ремень главной передачи;
21 - защитный кожух ремня главной передачи;
22 - засыпка стойки;
23 - звукопоглощающий материал стойки;
24 - облицовка стойки;
25 - испытываемый генератор;
26 - ремень промежуточного привода;
27 - первый шкив промежуточного привода;
28 - второй шкив промежуточного привода.
Полезная модель может быть реализована на стенде для акустических испытаний генератора, образованном безэховой камерой 1, двигателем 2, главной передачей, промежуточным приводом, опорной стойкой 3, монтажной плитой 4, акустическим экраном 5, измерительными микрофонами 6, а также регистрирующей и анализирующей аппаратурами (не показана), измерительным магазином 7, источником электрической энергии 8, коммутационной аппаратурой 9 и соединительными электропроводами 10.
Безэховая камера 1 в своем составе содержит виброизолированную оболочку 11, сформированную с образованием стен, потолка и периферийной части пола камеры, внутренняя поверхность которых облицована шумопоглощающими клиньями 12 (кулисами), а также виброизолированный выполненный коробчатым автономный фундамент 13, перекрытие которого выполнено расположенным с образованием центральной части пола безэховой камеры 1, обращенная к потолку поверхность которой также облицована шумопоглощающими клиньями 12. При этом периферийная и центральная части пола расположены с образованием зазора, в котором расположены эластичные уплотнительные элементы 14.
Безэховая камера 1 в своем составе содержит также пространственную раму, стойки 15 которой неподвижно закреплены на перекрытии автономного фундамента 13 со стороны потолка безэховой камеры, сетчатое перекрытие рамы (не показано), неподвижно закрепленное между ригелями 16 со стороны потолка безэховой камеры 1, и звукопрозрачные слани 17, дистанцированно расположенные вокруг ригелей 16 рамы. При этом рама выполнена сформированной из прямоугольных, в поперечном сечении, толстостенных труб, полости которых заполнены песком.
Двигатель 2 выполнен закрепленным на автономном виброизолированном фундаменте 13; расположенным под перекрытием упомянутого фундамента, равно под центральной частью пола безэховой камеры 1 или, иными словами, под полом безэховой камеры 1.
Главная передача выполнена ременной, образованной, соответственно, первым 18 и вторым (не показан) шкивами, подшипниковой опорой 19 второго шкива и ремнем 20. Первый шкив 18 главной передачи (не показан) выполнен кинематически соединенным с валом (не показан) двигателя 2 и расположен, соответственно, под полом безэховой камеры. Подшипниковая опора 19 второго шкива (не показан) главной передачи выполнена неподвижно закрепленной на ригеле 16 рамы со стороны потолка безэховой камеры 1, а второй шкив (не показан), соответственно, выполнен установленным с возможностью вращения относительно подшипниковой опоры 19. Первый 18 и второй (не показан) шкивы главной передачи выполнены кинематически связанными ремнем 20, простирающимся через перфорацию (не показана) центральной части пола безэховой камеры 1 (через перекрытие автономного фундамента 13). При этом выступающие в безэховую камеру, расположенные над перекрытием автономного фундамента 13 части ремня 20 выполнены частично расположенными в полости облицованного звукопоглощающим материалом защитного кожуха 21.
Опорная стойка 3 выполнена расположенной в безэховой камере 1, установленной, с возможностью перемещения и последующей фиксации на ригеле 16 рамы. Опорная стойка 3 выполнена сформированной из металла, полой, в поперечном сечении - прямоугольной. Внутренняя полость опорной стойки 3 выполнена заполненной сыпучим вибродемпфирующим материалом 22 (например, кварцевым песком, свинцовой дробью, чугунной дробью или сочетанием в смеси этих веществ в заданных пропорциях), а стенки, формирующие полость опорной стойки 3, выполнены толщиной, величина которой больше или равна 5 мм. Внешняя поверхность опорной стойки 3 футерована звукопоглощающим пористым, волокнистым или открытоячеистым пенистым материалом 23, облицованным, в свою очередь, влаго-, масло-, бензозащитным звукопрозрачным покрытием 24, сформированным, преимущественно, из огнестойкого, влаго-, масло-, бензостойкого материала
Монтажная плита 4 выполнена в виде перфорированной множеством отверстий детали, снабженной известными из уровня техники средствами (не показаны) крепления испытываемого генератора 25, установленной с возможностью перемещения относительно стойки 3 и с возможностью последующей фиксации в заданном, относительно стойки 3, положении.
Промежуточный привод образован ременной передачей, содержащей ремень 26, первый 27 и второй 28 шкивы. Первый шкив 27 промежуточного привода выполнен кинематически связанным с возможностью передачи вращения со вторым шкивом (не показан) главной передачи, а второй шкив 28 промежуточного привода выполнен с возможностью установки на вал испытываемого генератора 25. Первый 27, а также второй 28 шкивы, в случае установки последнего на вал испытываемого генератора 25, который, в свою очередь, выполнен установленным на монтажной плите 4 стойки 3, расположены с возможностью образования между ними кинематической связи посредством ремня 26. При этом взаимное расположение ручьев первого 27 и второго 28 шкивов, а также величина усилия натяжения ремня 26 промежуточного привода обеспечено опорной стойкой 3, установленной с возможностью перемещения по поверхности ригеля 16 рамы, и монтажной плитой 4, установленной с возможностью перемещения относительно стойки 3.
Акустический экран 5 выполнен сформированным в виде фасонной оболочки, внутренняя и внешняя поверхности которой облицованы звукопоглощающим материалом, расположенной в безэховой камере 1. При этом акустический экран сформирован и установлен с возможностью частичного охвата подшипниковой опоры 19 второго шкива главной передачи, второго шкива (не показан) главной передачи и первого шкива 27 промежуточного привода, а также расположенных выше ригеля 16 (не охваченных защитным кожухом 21) набегающей и сбегающей частей ремня 20 главной передачи и расположенных с приближением к первому шкиву 27 промежуточного привода набегающей и сбегающей частей ремня 26 промежуточного привода.
Регистрирующая и анализирующая аппаратура (не показана) выполнена установленной в изолированном помещении, расположенном за пределами безэховой камеры 1. Измерительные же микрофоны 6, посредством которых осуществляют измерение амплитуд звукового давления, излучаемого испытываемым генератором 25, выполнены размещенными в безэховой камере 1 в определенном условиями испытаний количестве и на заданных условиями испытаний расстояниях от испытываемого генератора.
Измерительные микрофоны 6 выполнены с возможностью передачи измеряемых ими параметров на регистрирующую и анализирующую аппаратуру, которая, в свою очередь, выполнена с возможностью записи и анализа принятых от микрофонов 6 сигналов.
Измерительный магазин 7 выполнен в виде подключаемого в процессе испытаний к силовым клеммам испытываемого генератора 24 комплекта специально подобранных мер электрических величин (активных, емкостных, индуктивных сопротивлений), выбранных исходя из возможности имитации нагрузочных режимов испытываемого генератора, в простейшем случае - в виде резистора с заданными условиями испытаний сопротивлением и мощностью. При этом измерительный магазин 7 может быть выполнен снабженным малошумящим (излучающим акустический шум, величина амплитуды которого не превышает 30 дБ А) устройством (не показано) принудительного охлаждения измерительного магазина.
В качестве источника электрической энергии 8, в целях виброакустических испытаний генераторов, принят электрохимический источник, выбранный исходя из возможности обеспечения обмотки возбуждения испытываемых генераторов напряжением и током заданных техническими условиями на генераторы амплитуд, в простейшем случае - штатная, для совместной работы с испытываемым генератором, аккумуляторная батарея.
В качестве коммутационной аппаратуры 9 (показана условно) может быть использован любой известный из уровня техники электрический выключатель, в том числе дистанционно управляемый, обеспечивающий многократное соединение/разъединение обмотки возбуждения испытываемого генератора с источником электрической энергии. В качестве соединительных проводов 10 могут быть использованы любые известные из уровня техники электропроводящие, снабженные внешней электро изоляцией, провода, обеспечивающие длительную передачу тока заданных условиями испытаний амплитуд при регламентируемом условиями испытаний падение напряжения в цепях обмотки возбуждения и измерительного магазина.
Работа предлагаемого стенда поясняется ниже следующим:
Генератор 25 закрепляют на монтажной плите 4. Второй шкив 28 промежуточного привода, если он не был установлен ранее, закрепляют на вале (не показан) предназначенного для испытаний генератора 25. При этом в качестве второго шкива 28 промежуточного привода может быть использован штатный, для работы в составе транспортного средства, шкив генератора. В ручьи первого 27 и второго 28 шкивов промежуточного привода укладывают ремень 26 промежуточного привода и перемещением монтажной плиты 4 относительно стойки 3, с последующей их взаимной фиксацией, обеспечивают требуемое усилие его натяжения. При этом предварительное (грубое) согласование взаимного расположения первого 27 и второго 28 шкивов выполняют перемещением с последующей фиксацией опорной стойки 3 относительно ригеля 16 рамы. Предназначенный к испытаниям генератор 25 посредством главной передачи и промежуточного привода кинематически соединен с валом (не показан) двигателя 2.
Затем собирают электрическую цепь предназначенного к испытаниям генератора 25 для чего клеммы обмотки возбуждения (показаны условно) генератора посредством соединительных проводов 10 соединяют с клеммами (показаны условно) источника электрической энергии 8, а выходные клеммы силовой обмотки (показаны условно) посредством соединительных проводов 10 и коммутационной аппаратуры 9 соединяют с измерительным магазином 7. При этом в цепи обмотки возбуждения предназначенного к испытаниям генератора также может быть установлен коммутационный аппарат (не показан).
После чего выполняют установку измерительных микрофонов 6 и их коммутацию с регистрирующей и анализирующей аппаратурой (не показана).
Стенд готов к проведению испытаний.
Выполнение стойки 3 толстостенной и полой, с полостью, заполненной сыпучим вибродемпфирующим материалом 22, обеспечивает поглощение структурой стойки 3 значительной части энергии низкочастотных вибраций, а футеровка ее внешней поверхности звукопоглощающим материалом 23 с защитным слоем 24 обеспечивает поглощение значительной части энергии относительно высокочастотных вибраций. При этом шумопоглощающая внешняя футеровка стойки 3 также уменьшает звукоотражающие качества последней. Выполнение монтажной 4 плиты перфорированной снижает ее звукоотражающие качества. Вышеупомянутое в данном абзаце, в совокупности с наличием акустического экрана 5 и защитного кожуха 21 ремня главной передачи, а также с конструктивными особенностями рамы уменьшает вероятность вибровозбудимости стенда в каком либо диапазоне исследуемого спектра звуковых частот.
Приведение во вращение вала (не показан) двигателя 2 с заданной условиями испытаний частотой приводит к вращению вала (не показан) генератора 25. Включение / выключение коммутационного аппарата 9 имитирует работу генератора 25, соответственно, в режиме нагрузки или в режиме холостого хода. Указанное обеспечивает оценку шумоизлучающей способности испытываемого генератора на различных режимах его работы.
Применение заявляемого стенда обеспечивает качественное проведение акустических измерений за счет исключения влияний паразитного шумового излучения, формируемого техническими устройствами, не входящими в состав исследуемых объектов, и других посторонних факторов.