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 автотранспортным 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, 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 автомобиля в реальных дорожных условиях можно достичь на стендах с беговыми барабанами, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях производящих автотранспортную 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 OpelKadettGSI.
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 проведения 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.
Известен динамический стенд с беговыми барабанами, установленный в полубезэховой камере акустического центра фирмы «Опель, конструкция которого описана в «Automobil-Produktion, April 1990, p. 112...114, а также динамический барабанный стенд ф. «Behr (см. «Automobil-Produktion, June, 2001, p. 138... 139). Последний (описание прилагается) принимается в качестве ПРОТОТИПА.
Т.П.) предусматривает применение динамических стендов с беговыми барабанами использующие различные способы и устройства крепления данного исследуемого транспортного средства на испытательном стенде, в зависимости от конкретно выполняемых исследований (например - исследования внешнего или внутреннего шума) или конкретной конструкции непосредственно транспортного средства. В частности, эта технология может предусматривать периодическую установку на стенд специальных агрегатов крепления транспортного средства за ступицы колес (далее - агрегатов) на динамическом стенде с беговыми барабанами, установленными в полубеззховой акустической камере (см. положительное решение на выдачу свидетельства Российской Федерации на полезную модель №2002126141/20 от 16.12.2002). Если объектом исследования, например, является 4-х колесный легковой автомобиль, то необходимо устанавливать, соответственно, 4 автономных крепежных агрегата. Указанные агрегаты крепления автомобиля за ступицы колес применяются исключительно в случаях исследований виброакустических процессов в кузовах (салонах) автомобилей, когда какое-либо постороннее дополнительное воздействие опорных силовых механизмов крепления автомобиля на его кузов недопустимо или нежелательно ввиду искажающего влияния на виброакустику кузова этим воздействием. В это же время, в свою очередь, при исследованиях внешнего шума автомобиля (акустического излучения автомобиля, производимого не в полость салона (кабины), как это имело место в предыдущем случае, а во внешнюю окружающую среду), использование агрегатов крепления автомобиля - недопустимо ввиду существенных звукоотражающих эффектов, искажающих реальное звуковое поле вокруг исследуемого автомобиля, которые обуславливают громоздкие, со значительной звукоотражающей поверхностью, агрегаты крепления автомобиля за ступицы колес. Именно поэтому, при исследованиях внешнего шума автомобиля эти крепежные агрегаты не используются, а применяется тросовая система крепления за буксирные крюки автомобиля, см. свидетельство на полезную модель России № 23503. Силовое ограничивающее воздействие на элементы ходовой части и кузова автомобиля в этом случае не вызывает заметных искажающих факторов на излучение внешнего шума автомобиля ввиду того, что доминирующими источниками внешнего шума автомобиля являются корпус двигателя, системы двигателя (впуска, выпуска, охлаждения) и шины. В случае использования только тросового закрепления транспортного средства.
демонтированные со стенда крепежные агрегаты находятся в свободной периферической зоне испытательной камеры.
Существенным недостатком применения массивных крепежных агрегатов в составе динамического барабанного стенда (см. свидетельство на полезную модель России № 20400), с точки зрения качественных виброакустических исследовательских и доводочных работ, является возникновение 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 металлических поверхностей крепежных агрегатов, 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. Необходимо отметить, что данное отрицательное влияние наличия в пространстве полубезэховой камеры массивных крепежных агрегатов на процесс объективных измерений шума исследуемого транспортного средства имеет место как при установленных на стенде агрегатах, так и в случае их демонтирования и нахождения в пространстве испытательной камеры - в ее свободной периферической зоне.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном динамическом стенде с беговыми барабанами, смонтированном в полубезэховой акустической камере, содержащем, в частности, агрегаты крепления транспортного средства за ступицы колес, закрывающиеся легкосъемными звукопоглощающими кожухами, выполненными в виде многослойных панелей, включающих комбинацию плотно взаимно сопрягающихся слоев несущего перфорированного металлического листа и расположенных по обе стороны от него слоев самоклеющегося высокоэффективного звукопоглощающего пористого волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем, при этом, нижняя торцевая поверхность кожухов футерована виброизоляционной прокладкой, например, резиновой. Агрегаты крепления транспортного средства за ступицы колес закрываются легкосъемными звукопоглощающими кожухами как при установке агрегатов на стенде, так и в
случае их демонтажа и нахождении непосредственно в пространстве испытательной камеры, в свободной от измерений периферической зоне.
Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.
На фиг. 1-3 представлена полубезэховая акустическая камера, в которой установлен, заявляемый в качестве полезной модели, динамический стенд с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств.
Позициями на фиг. 1-3 обозначены:
1- полубезэховая акустическая камера;
2- звукопоглощающие кулисы (стен и потолка камеры);
3- беговые барабаны динамического стенда;
4- исследуемое транспортное средство;
5- пол испытательной камеры (жесткий, звукоотражающий);
6- агрегаты крепления транспортного средства за ступицы колес;
7- легкосъемный шумопоглощающий кожух;
8- крепежный трос;
9- измерительные микрофоны.
На фиг. 4 представлен фрагмент конструкции предлагаемого динамического стенда с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств, содержащий, в том числе, легкосъемные шумопоглощающие кожухи агрегатов крепления транспортного средства за ступицы колес.
На фиг. 5 представлена конструкция несущего каркаса легкосъемного шумопоглощающего кожуха агрегата крепления транспортного средства за ступицу колеса.
Несущий каркас 10 шумопоглощающего кожуха 7 выполнен из металлического (стального или алюминиевого) уголка 11, квадратного профиля, тонких металлических или полимерных трубок. Для сообщения каркасу несущей функции, поверхность каркаса обшита перфорированным металлическим листом 12, который с двух сторон футерован звукопоглощающими панелями 13, выполненными из самоклеющегося звукопоглощающего пористого волокнистого или открытоячеистого пенистого материала с внешним защитным звукопрозрачным слоем 14 (например, звукопроницаемым, негорючим, влагостойким, стеклотканевым полотном или тонкой, защитной, термостойкой,
влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой). Сама перфорированная структура металлического листа 12 является слабовозбудимой для излучения звука, а с другой стороны - позволяет падающим звуковым волнам непосредственно поглощаться, а также через перфорированные отверстия проникать во внутреннюю зону воздушной полости, ограниченную пористыми звукопоглощающими панелями 13, тем самым существенно увеличивая поглощение звуковой энергии, и ослабляя искажения звукового поля, формируемого со стороны исследуемого источника излучения - установленного в испытательной камере на беговых барабанах динамического стенда транспортного средства. Нижняя торцевая поверхность панелей шумопоглощающего кожуха футерована упругой резиновой подложкой 15, выполняющую как герметизирующую, так и виброизолирующую функцию. Выполнение звукопоглощающих кожухов в виде устройств легкосъемного типа, позволяет, при необходимости, легко производить монтаж-демонтаж кожухов (например, при монтаже крепежных агрегатов на динамическом стенде, перемещении агрегатов, проведении работ по техническому обслуживанию) как в зонах колес транспортного средства, так и в периферических свободных зонах пространства полубезэховой акустической камеры.
Заявляемый динамический стенд с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств позволяет снизить звукоотражающие эффекты от падающих на металлические поверхности агрегатов крепления транспортных средств за ступицы колес звуковых волн, генерируемых испытуемым транспортным средством, как в варианте их монтажа за ступицы колес исследуемого транспортного средства на динамическом стенде с беговыми барабанами, так и при их складировании в свободной периферической зоне пространства полубезэховой акустической камеры, что, таким образом, в целом повышает объективность и качество проведения акустических испытаний транспортного средства на динамическом барабанном стенде.