Низкошумный акустический моторный стенд

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к диагностическому оборудованию, а именно к испытательному стенду для проведения виброакустических стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет снизить вибрацию и шум. Низкошумный акустический моторный стенд содержит, в частности, устройство крепления ДВС на стенде, на котором смонтирован исследуемый ДВС, и выполненное в виде продольных и поперечных направляющих и вертикальных стоек. Устройство крепления ДВС на стенде дополнительно содержит легкосъемные опорные стойки трубчатого сечения, полость которых заполнена сыпучим вибродемпфирующим веществом (например, кварцевым песком), которые диагонально смонтированы с возможностью жесткой фиксации в пазовых направляющих вертикальных стоек и продольных направляющих. Внешняя поверхность стоек облицована звукопоглощающим материалом с звукопрозрачной стекловолоконной тканью или тонкой защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой. 3 ил.

Изобретение относится к контрольно-диагностическому оборудованию, в частности к испытательному стенду для проведения виброакустических стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС).

Для определения основных технических показателей ДВС используют специальные испытательные стенды, оборудованные различными устройствами и измерительной аппаратурой.

В качестве базового оборудования стенд испытаний ДВС содержит автономный (виброизолированный) фундамент для поглощения вибраций, возникающих из-за действия в двигателе неуравновешенных сил и моментов инерции, фундаментную плиту (пазовую) для установки исследуемого ДВС и тормоза, стойки для установки и крепления ДВС на фундаментной плите, нагрузочный тормоз (гидравлический, электрический) для поглощения развиваемой ДВС мощности с устройством измерения крутящего момента на валу двигателя (тормоза), вал и специальные муфты для соединения коленвала ДВС с валом тормоза, устройства и коммуникации для подачи в двигатель охлаждаемого смазочного масла, охлаждающей жидкости системы охлаждения ДВС, отвода в атмосферу отработавших и картерных газов двигателя, устройства и коммуникации для питания двигателя топливом и воздухом с соответствующими датчиками и приборами для измерения расхода, температуры, давлений воздуха и топлива, специальные устройства для регулирования и определения отдельных параметров, влияющих на рабочий процесс и показатели ДВС (угол опережения зажигания, состав смеси, угол опережения начала впрыска), системы, обеспечивающие регулирование и управление ДВС в процессе испытаний, пульт с размещенными на нем органами пуска и управления ДВС, приборы для контроля работы двигателя и приборы для регистрации замеряемых величин, дополнительные устройства и приборы, предназначенные для специальных исследований с целью определения отдельных параметров ДВС (токсичности, дымности, шума, вибраций, тепловой напряженности, деформаций отдельных деталей и т.п.).

Для проведения стендовых виброакустических исследовательских и доводочных работ на ДВС нашли широкое применение специализированные нагрузочные стенды, установленные в специальных акустических (полузаглушенных или безэховых) камерах (например 1, 2, 3):

[1] Adam Gavine. The American Way, Testing Technology International, November, 2000, p.28...31;

[2] ГУП НИЦИАМТ Акустический центр выполнит.: Автомобильная промышленность, 2000, №11, с.1.

[3] Peter Gutzmer und Reimer Pilgrim. Motorakustische Versuchs-und Мер technik bei Porsche. MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 48 (1987), 2, b.47...50.

В частности в [1] приведен пример использования полузаглушенной акустической камеры фирмы Крайслер (США), в [2] - акустический моторный стенд центрального автополигона ГУП НИЦИАМТ (г.Дмитров, Московской обл.) с жестким звукоотражающим полом, на пазовой плите которого с помощью специальных стоек закреплен исследуемый ДВС. Тормозные (или приводные - на режимах прокрутки двигателя без реализации в нем рабочего процесса) установки стенда (их 2) находятся на этом же уровне вне помещения акустической камеры и располагаются за стенами камеры в соседнем помещении (помещение машинного зала). Исследуемый ДВС с тормозной балансирной машиной соединяется с помощью специальных приводных валов (валов отбора мощности), обеспечивающих передачу крутящего или тормозного момента между двигателем и тормозом. Концевые участки приводных валов установлены в подшипниковых узлах и закреплены с помощью специальных стоек к пазовой плите и непосредственно поверхности пола камеры. Трубопроводы и различные коммуникационные элементы систем питания, охлаждения, отвода выхлопных газов выводятся из пространства акустической камеры через специальные звукоизолированные проемы в полу (пазовой плите) или стенах камеры в машинное отделение стенда, оборудованное различными технологическими системами и агрегатами обеспечения функционирования стенда.

В [3] представлена концепция акустического моторного стенда, применяемого в исследовательском центре фирмы Порше (ФРГ). В данном случае он предусматривает применение тормозного (нагрузочного) стенда, установленного по центру камеры внизу под поверхностью пола полностью заглушенной безэховой акустической камеры. Передача крутящего (тормозного) момента осуществляется при этом бесконечной гибкой связью - гладкоременной передачей. В этом случае пол акустической камеры выполнен полностью виброизолированным от автономного фундамента, на котором установлен приводной (тормозной) стенд, а его поверхность (пола) покрыта эффективным шумопоглощающим материалом (специальными шумопоглощающими клиньями).

Известно техническое решение по исполнению стенда для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2107175, по заявке 96114020), содержащее основание, нагрузочное (тормозное) и соединительные устройства. На основании закреплены продольные направляющие, на которых установлена рама, выполненная в виде автономных балок. Балки установлены с возможностью перемещения по продольным направляющим и фиксирования относительно них. На балках закреплены поперечные направляющие, на которых установлены цельнометаллические стойки с возможностью перемещения по ним и фиксирования. На стойках закреплены ложементы для размещения двигателя с возможностью перемещения и фиксирования в избранном пространственном направлении.

Недостатком известных специализированных нагрузочных стендов для проведения виброакустических исследовательских и доводочных работ на ДВС является использование устройств крепления ДВС на моторном стенде, обладающих высокой вибровозбудимостью и вибропроводностью. В частности используемые цельнометаллические стойки, ложементы, поперечные и продольные направляющие, автономные балки рамы обеспечивают интенсивную вибропередачу динамического возбуждения от работающего ДВС (от неуравновешенных сил и моментов инерции) на сопрягаемые зоны пазовой плиты и пола камеры, вызывая шумовое паразитное излучение пола, что снижает точность и объективность акустических измерений. Применяемые цельнометаллические массивные элементы (продольные и поперечные направляющие, стойки, автономные балки рамы) легко возбуждаются динамическими силами, генерируемыми как ДВС, так и приводными (тормозными) агрегатами стенда, вибрируют и излучают структурный шум. В особенности сильный отрицательный эффект паразитного шумового излучения этих элементов стенда возникает на резонансных режимах изгибных колебаний вертикальных стоек, вызывая существенные динамические виброперемещения вертикальных стоек, нарушая вследствие этого устойчивость механической колебательной системы и центровку сопрягаемых осей вращения коленчатого вала ДВС и вала отбора мощности стенда - карданного вала, соединяющего коленчатый вал с маховиком и сцеплением в сборе с приводным валом верхнего опорного подшипникового узла. Нарушение отмеченной кинематической взаимосвязи сопрягаемых валов усиливает “паразитное” шумовое излучение как исследуемого ДВС, так и приводных элементов испытательного стенда. Указанные недостатки конструкций устройств крепления ДВС на моторном стенде затрудняют проведение высокоточных, качественных виброакустических стендовых исследований ДВС.

Предлагаемое техническое решение позволяет в значительной степени устранить обозначенные выше недостатки.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном низкошумном акустическом моторном стенде, содержащем, в частности, устройство крепления ДВС на стенде, на котором смонтирован исследуемый ДВС, и выполненное в виде продольных и поперечных направляющих и вертикальных стоек, устройство крепления ДВС на стенде дополнительно содержит легкосъемные опорные стойки трубчатого сечения, полость которых заполнена сыпучим вибродемпфирующим веществом (например кварцевым песком), которые диагонально смонтированы с возможностью жесткой фиксации в пазовых направляющих вертикальных стоек и продольных направляющих, при этом внешняя поверхность стоек облицована звукопоглощающим материалом с звукопрозрачной стекловолоконной тканью или тонкой защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой.

Сущность изобретения иллюстрируется на чертежах.

На фиг.1 представлена полностью заглушенная безэховая акустическая камера 1, с установленной внизу под поверхностью пола 2 приводной (тормозной) балансирной асинхронной (или постоянного тока) машины 3 на виброизолированном специальными пружинами 4 автономном фундаменте 5. Внутренняя бетонная оболочка 6 камеры 1 установлена по периметру пола 7 на специальных пружинах 8, и полностью изолирована от внешней бетонной оболочки 9 (принцип строительства “камера в камере”). Пол 10 акустической камеры 1 виброизолирован от фундамента 5, на котором установлена балансирная асинхронная машина 3, резиновыми уплотнениями 11. Поверхность пола 10, 2, стен 6 и потолка 12 камеры 1 покрыта специальными шумопоглощающими клиньями 13. Балансирная асинхронная машина 3 передает крутящий (тормозной) момент через нижний вал 14, установленный в корпусе 15 нижнего опорного подшипникового узла, приводной ремень 16, верхний вал 17, закрытый защитным кожухом 18. Область вращения приводного ремня 16 закрыта защитным кожухом 19. Объект испытаний - ДВС 20 монтируется через специальные упругие резинометаллические опоры 21 и крепежные установочные кронштейны 22 на вертикальных стойках 23, имеющих возможность перемещаться по поперечным направляющим 24 и фиксироваться в необходимом положении. Поперечные направляющие 24, в свою очередь, свободно перемещаются и фиксируются вдоль продольных направляющих 25. Для повышения жесткости и устойчивости механической конструкции устройства крепления двигателя в целом, вертикальные стойки 23 усилены замыкающими легкосъемными диагональными опорными стойками 26. Продольные направляющие балки 25 устройства крепления ДВС, стойки 27 защитного кожуха 18, корпус 28 верхнего опорного подшипникового узла смонтированы на несущем силовом каркасе 29. Пол испытательной камеры 1 представляет собой звукопрозрачные решетки 30, изолированные от рамы 31 несущего силового каркаса 29. Воздушная полость камеры 1 вентилируется высокопроизводительной приточной 32 и вытяжной 33 вентиляциями.

На фиг.2 и 3 представлен фрагмент конструкции предлагаемого низкошумного акустического моторного стенда, содержащий устройство крепления ДВС на стенде в виде двух, жестко установленных посредством сварочного шва на несущей раме 31, продольных направляющих 25, и двух поперечных направляющих 24, имеющих возможность перемещаться вдоль продольных направляющих 25 и фиксироваться в необходимом положении посредством прижимных пластин 34 и стягивающих болтов 35. На поперечных направляющих 24 установлены четыре вертикальные стойки 23, также перемещающихся вдоль поперечных направляющих 24 и фиксирующихся с помощью прижимных пластин 36. На вертикальных стойках 23 монтируются усиленные крепежные установочные кронштейны 22 для непосредственного монтажа ДВС на стенд через упругие виброизолирующие элементы - опоры. Для повышения изгибной жесткости, устойчивости механической системы и уменьшения вибровозбудимости конструкции устройства крепления двигателя на стенде, вертикальные стойки 23 усилены замыкающими легкосъемными диагональными опорными стойками 26 замкнутого профиля с пустотелым сечением. Организация замкнутого (пустотелого) профиля опорных стоек 26 (например применением труб 37 или металлических коробов квадратного сечения) позволяет впоследствие заполнить внутреннее пространство этих профилей эффективным сыпучим, пенистым или другим вибродемпфирующим веществом 38 (например кварцевым песком, бетоном, интегральной пеной, свинцовой или чугунной дробью или сочетанием в смеси этих веществ в заданных пропорциях), что обеспечивает требуемый высокий шумовибродемпфирующий эффект. Для ослабления возникновения дополнительных звукоотражающих эффектов и, как следствие, исключения искажения исследуемого звукового поля испытуемого объекта (ДВС) 20, в пространстве акустической безэховой камеры 1, внешние поверхности замыкающих легкосъемных диагональных опорных стоек 26 футеруются извне эффективным звукопоглощающим материалом 39, внешняя поверхность которого облицована звукопрозрачной стекловолоконной тканью или тонкой защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой 40. Диагональные опорные стойки 26 соединяются сварочным швом с прижимными пластинами 41 и 42, посредством которых происходит жесткая фиксация и механическое замыкание диагональных опорных стоек между продольными направляющими 25 и вертикальными стойками 23. Пазовая система крепления диагональных опорных стоек 26 с помощью крепежных пластин 42, 44 и прижимных винтов 43 к продольным направляющим 25, а также наличие паза 46 в крепежной пластине 41, посредством которой диагональные опорные стойки 26 фиксируются на вертикальных стойках 23 с помощью винтов 45, позволяет целенаправленно изменять пространственное местоположение стоек 26 в зависимости от конкретного расположения элементов устройства крепления двигателя на стенде (поперечных направляющих и вертикальных стоек) с последующей жесткой фиксацией крепежных пластин 41, 42 и 44. Жесткая фиксация замыкающих легкосъемных диагональных опорных стоек позволяет ограничивать пространственные динамические перемещения и изгибные деформации вертикальных стоек вследствие пространственных перемещений исследуемого ДВС на опорах, как колеблющегося твердого тела, имеющего 6 степеней свободы.

Практическая реализация предлагаемой конструкции низкошумного акустического моторного стенда позволяет повысить жесткость и устойчивость устройства крепления ДВС на стенде, существенно снизить паразитный структурный шум, излучаемый как исследуемым объектом - ДВС, так и вибронагруженными элементами устройства крепления ДВС на стенде и, таким образом, повысить точность и объективность стендовых виброакустических испытаний ДВС.

Формула изобретения

Низкошумный акустический моторный стенд, содержащий, в частности, устройство крепления ДВС на стенде, на котором смонтирован исследуемый ДВС, и выполненное в виде продольных и поперечных направляющих и вертикальных стоек, отличающийся тем, что устройство крепления ДВС на стенде дополнительно содержит легкосъемные опорные стойки трубчатого сечения, полость которых заполнена сыпучим вибродемпфирующим веществом (например, кварцевым песком), которые диагонально смонтированы с возможностью жесткой фиксации в пазовых направляющих вертикальных стоек и продольных направляющих, при этом внешняя поверхность стоек облицована звукопоглощающим материалом с звукопрозрачной стекловолоконной тканью или тонкой защитной, термостойкой, влагогазонепроницаемой звукопрозрачной фольгой.

РИСУНКИ