Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса исследованрія и создания транспортных средств, удовлетворяющих нормам по шуму 15
1.1. Экология современного автомобиля 15
1.2. Нормы шума 18
1.3. Основные источники шума легкового автомобиля 21
1.3.1. Шум двигателя 22
1.3.2. Аэрогазодинамический шум: система впуска, выпуска 26
1.3.3. Шум трансмиссии 33
1.3.4. Шум шин 35
1.3.5. Аэродинамический шум 38
1.4. Суммарная оценка внешнего шума и его снижение 38
1.5. Суммарная оценка внутреннего шума, его снижение 40
1.6. Выводы и постановка задач диссертационной работы 41
Глава 2. Экспериментальное обоснование решения задачи ..44
2.1. Объект исследования 44
2.2. Общая методика исследования 48
2.3. Приборы и аппаратура 60
2.3.1. Техническое описание основных приборов 62
2.3.2. Предварительная оценка погрешности измерения 64
2.4. Экспериментальное исследование шума автомобиля 67
2.4.1. Основные источники внешнего и внутреннего шума автомобилей и предпосылки к их поиску 67
2.4.2. Измерение внешнего шума 69
2.4.2.1. Испытания автомобилей, направленные на снижение шума системы впуска двигателя 73
2.4.2.2. Испытания автомобилей, направленные на снижение шума системы выпуска 82
2.4.2.3. Результаты испытаний автомобилей, направленные на увеличение эффективности шумоизоляции моторного отсека 85
2.4.2.4. Результаты оценки эффективности пакета противошумных мероприятий 87
2.4.3. Измерение внутреннего шума 91
2.4.3.1. Проработка параметра виброизоляции 95
2.4.3.2. Лабораторные испытания. Выбор звукопоглощающих
и вибродемпфирующих материалов 104
2.4.3.3. Результаты оценки эффективности проведенных
мероприятий 118
2.5. Анализ результатов 120
2.5.1. Корпусной шум двигателя 120
2.5.2. Шум впуска 125
2.5.3. Шум выпуска 130
t 2.6. Выводы 133
Глава 3. Расчет ожидаемой шумности 135
3.1. Постановка математической модели акустических
Процессов, происходящих в автомобиле 135
3.2. Классификация расчетных схем 140
3.3. Расчет внутреннего шума 142
3.3.1. Расчет шума выпуска 142
3.3.2. Расчет шума впуска 144
3.3.3. Расчет шума двигателя 146
3.3.4. Расчет шума трансмиссии 149
3.3.5. Расчет структурного шума 150
3.3.6. Расчет шума в салоне автомобиля 151
3.4. Расчет внешнего шума 152
3.4.1. Расчет шума выпуска 152
3.4.2. Расчет шума двигателя 154
3.4.3. Расчет шума впуска 155
3.4.4. Расчет шума КПП 155
3.4.5. Расчет шума шин 158
3.4.6. Расчет шумав 7,5 м от автомобиля 159
3.5. Исследование сходимости экспериментальных данных 160
3.5.1. Внутренний шум 160
3.5.2. Внешний шум 162
3.6. Выводы по результатам расчета 164
Глава 4. Методика акустической доводки автомобиля 169
4.1. Алгоритм доводки автомобиля по внешнему шуму 169
4.2. Алгоритм доводки автомобиля по внутреннему шуму 180
4.3. Оценка точности принятой методики доводки 183
4.4. Расчетная разработка комплекса мероприятий, направленных
на достижение перспективных норм по шумности 185
4.5. Пакет перспективных требований. Выводы 188
Заключение 191
Литература
- Аэрогазодинамический шум: система впуска, выпуска
- Предварительная оценка погрешности измерения
- Классификация расчетных схем
- Алгоритм доводки автомобиля по внутреннему шуму
Введение к работе
Учитывая ежегодное увеличение парка автомобилей, продолжающееся увеличение мощности и быстроходности применяемых машин и механизмов -проблемы уменьшения их шума и токсичности отработавших газов (ОГ) можно отнести к наиболее важным при решении общей проблемы охраны окружающей среды, оздоровления условий труда и жизни людей. Снижение шума автомобиля является одной из важнейших проблем зашиты окружающей среды.
Рост энерговооруженности автотранспортных средств (АТС), увеличение рабочих скоростей приводят к заметному возрастанию шума, в результате которого ухудшается здоровье человека, снижается производительность труда, происходит акустическое загрязнение среды обитания.
Шум городского транспорта составляет величину до 95 дБА, при санитарной норме в 55 дБ А. В крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург территории, на которых превышен санитарный предел, составляют до 45% общей площади городской застройки.
Меры, принимаемые для борьбы с шумом и вибрациями, отражены в различных законодательных актах, этим вопросам посвящены Постановления ЕЭК ООН (Правило № 51 ЕЭК ООН, директива 1999/101 ЕЭС и др.), Государственных стандартов (ГОСТ Р 51616-2000, Гост Р 41.51-99 и прочие), благодаря которым требования на уровень шума выпускаемых автотранспортных средств постоянно ужесточаются. Так допустимые уровни шумности автомобилей в России и странах Европы ужесточаются примерно на 3 дБА каждые 10 лет. Большинство выпускаемых в настоящее время в России автомобилей разрабатывались под выполнение старых норм шумности, поэтому, для обеспечения постоянно ужесточаемых нормативных требований необходимо введение в устаревшую конструкцию выпускаемых автомобилей новых и высокоэффективных средств борьбы с шумом.
При модернизации и разработке конструкций машин возникает необходимость точно рассчитать шумовые характеристики с тем, чтобы еще в стадии проектирования обеспечить выполнение акустических расчетов машины, технически обосновать и заложить конструктивные мероприятия по уменьшению шума. Такая же задача возникает при форсировании и создании семейства унифицированных двигателей на основе базовых моделей.
В результате многочисленных работ, направленных на снижение шума и вибраций, реализуются мероприятия шумоглушения, которые могут распространяться на формирование процесса сгорания топлива в цилиндрах, на различные способы благоприятных резонансных акустических настроек в системах впуска и выпуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Успешное решение проблемы улучшения акустических характеристик автомобилей требует разработки и введения в арсенал борьбы с шумом новых универсальных методов и методик по расчету и проектированию шумозаглу-шающих устройств еще на стадии проектирования «нового» продукта.
Моделирование процессов шумообразования ДВС, их математическое описание и расчет относятся к наиболее сложным задачам прикладной акустики в теории двигателей. ДВС, как излучатель звуков является весьма сложной колебательной системой, и большинстве случаев обходятся приближенным расчетом звукового давления на основе нескольких известных важнейших характеристик источников звука и звуковых полей.
Основные источники шума легкового автомобиля в настоящее время изучены широким кругом авторов, однако отсутствует четкая методика доводки легкового автомобиля до нужного уровня акустического излучения, которая может являться основой для расчетной методики, предназначенной для конструкционной проработки вариантов исполнения систем и методов заглушения.
В диссертационной работе исследуются наименее изученные проблемы, связанные с разработкой практических и расчетных методов исследования основных источников шума легкового автомобиля. Наибольшее внимание уделяется исследованию влияния мероприятий, направленных на снижение шума каждого отдельно взятого источника шума, раскрывается спектральный состав источников и указывается доля основных составляющих спектра шума.
Теоретические методы базируются на методах статистической акустики применительно к легковому автомобилю малого класса (Ml). Расчетные исследования проведены на основе принятых автором методик (алгоритма) доводки автомобилей и разработанных программ в среде Microsoft Excel.
Кратко основную цель диссертационной работы можно сформулировать следующим образом: создание обобщенного метода доводки легкового автомобиля класса Ml до требуемых норм внешнего и внутреннего шума, и реализация его в виде программы персонального компьютера (ПК).
В период 1999-2004 г.г. автор диссертации принимал участие в доводке автомобилей, выпускаемых ОАО «ИжАвто» под действующие нормы шумно-сти и их сертификации на Центральном автополигоне (г. Дмитров, Научно Исследовательский Центр Испытаний Автомобильной и Мотоциклетной Техники - ГУП НИЦИАМТ). Разработанные в ходе доводки автомобилей методологические и теоретические положения внедрены в практику проектирования и применяются в настоящее время при разработке новых и модернизации выпускаемых моделей в ОАО «ИжАвто».
Методика акустического расчета внутреннего и внешнего шума легкового автомобиля должна обеспечивать решение важной прикладной задачи -проектирование конкурентно-способной продукции и достаточно точно рассчитать, еще на стадии проектирования, акустические характеристики автомобиля, снизив тем самым объем доводочных работ.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Экспериментально получены спектры (1/3 октавный, узкополосный) внешнего и внутреннего шума модифицированных автомобилей класса Ml и основных источников шума автомобилей для стандартных условий испытаний.
Установлены корреляционные зависимости между уровнем шума впуска, выпуска, корпусного шума двигателя и частотой вращения коленчатого вала двигателя испытанных автомобилей.
2. Экспериментально проведено разделение основных источников внешнего шума исследованных автомобилей, определен процентный вклад основных источников шума до и после доводки автомобилей с обеспечением требований Правил №51-02 ЕЭК ООН ( 74 дБ А).
3. Экспериментально исследована зависимость акустических свойств ряда шумо-вибропоглощающих материалов, применяемых для снижения внутреннего, внешнего шума автомобиля и вибрации, проведена их классификация.
4. На базе статистической теории акустики представлены аналитические зависимости для расчета внешнего и внутреннего шума автомобилей класса Ml, позволяющие оценивать доли звука отдельных источников в общем уровне шума, с использованием характеристик шумо-вибропоглощающих материалов, полученных в лабораторных условиях и спектров шумов основных источников, полученных в стендовых и дорожных условиях. Представленные аналитические зависимости, в отличие от общепринятых, включают оценку во внешнем шуме исследуемого автомобиля: шума впуска, шума коробки переменных передач и шума двигателя, распространяющегося через радиатор.
Практическая полезность заключается в следующем:
1. Получена достоверная информация об основных источниках внешнего и внутреннего шума модифицированных автомобилей класса Ml (АА, АВ, АС) и выработаны рекомендации по снижению их уровня до действующих норм.
2. Получены эмпирические выражения для уровней шума основных источников, что дает конструктору возможность проведения расчетов с целью выбора наилучшего сочетания технико-экономических качеств машины и позволяет значительно сократить затраты времени и ресурсов на доработку (разработку) автомобиля, заменив длительные испытания акустическим расчетом.
3. Предложена последовательность экспериментального выявления основных источников шума автомобиля и доводки их акустических качеств до требуемых норм. На основании проведенных исследований предложена обобщенная (экспериментально-расчетная) методика акустической доводки автомобиля класса Ml.
4. Разработана программа расчетного прогнозирования уровня внешнего шума для доводки автомобилей класса Ml под перспективные требования (Правил № 51-03 ЕЭК ООН ( 71 дБ А)).
Результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по теме диссертации и ее основные положения опубликованы в 7 научно-технических статьях, докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Балттехмаш - 2000», г. Калининград, Россия, 2000г; на Международной научно-практической конференции, г. Челябинск, Россия, 2002г.; на IX Международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей" Владимирский государственный университет - 2003 г.; на Международном семинаре «Информационные технологии в инновационных проектах», г. Ижевск, Россия, 2003 г.
Диссертация неоднократно докладывалась и обсуждалась на кафедре ИжГТУ «Тепловые двигатели и установки», а так же в отделе испытаний и доводки механики в Управлении главного конструктора ОАО «ИжАвто».
Разработанные «тотальные» глушители шума впуска и выпуска используются для исследований опытных комплектаций автомобилей, а экспериментальная установка для определения звукоизоляции шумо-виброизоляционных материалов применяется для определения свойств опытных материалов.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников, приложений. Общий объем работы 220 страниц, в том числе 88 рисунков, 44 таблицы и 20 страниц приложений. Список литературы составляет 93 наименования, в том числе на английском языке.
В первой главе рассмотрены требования, предъявляемые к современным автомобилям при их сертификации по шуму. Произведен анализ основных источников внешнего и внутреннего шума автомобилей. Выполнен обзор работ в области заглушения шума впуска, выпуска, корпусного шума, шума трансмиссии, шума шин. Сделаны выводы и выполнена постановка задачи исследования.
Во второй главе проведено экспериментальное исследование внешнего и внутреннего шума автомобилей ИЖ-2126, ИЖ-212601 (4X4), ВАЗ-2106. Экспериментальное исследование проводилось в дорожных и стендовых условиях. Выделены основные источники шума и проведено их ранжирование с целью определения мероприятий по их снижению. Проведен экспериментальный обзор применяемых в автомобилестроении материалов с выдачей рекомендаций. Выполнен спектральный анализ шума впуска, выпуска, корпусного шума. Обработка экспериментальных данных методом наименьших квадратов позволила представить зависимость общего уровня шума впуска, выпуска и корпусного шума в виде корреляционной зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Сформулированы выводы по проведенным испытаниям.
В третьей главе выполнена математическая постановка задачи и модели исследования виброакустических процессов, происходящих в автомобиле, выполнена классификация расчетных схем легковых автомобилей малого класса. Проведено расчетное исследование шума автомобилей ИЖ-2126, ИЖ-212601 (4X4), ВАЗ-2106, с соответствующими выводами и рекомендациями.
В четвертой главе представлена последовательность работ при доводке автомобилей под действующие требования по внешнему и внутреннему шуму. Сформулированы основные положения методики доводки автомобилей по шуму с конкретным описанием каждого этапа. Проведена расчетная разработка комплекса мероприятий, направленных на достижение перспективных норм по внешнему шуму, приведены расчетные диаграммы разделения основных источников внешнего шума.
В заключении обобщаются результаты работы.
Аэрогазодинамический шум: система впуска, выпуска
Вихревые аэро-газодинамические процессы в системах генерируют в воздушной среде высокочастотный аэро-газодинамический шум процессов впуска и выпуска, отличающийся высокой интенсивностью и широким спектром, особенно в процессе выпуска.
Уже на небольшом расстоянии от отверстий впускных и выпускных систем ( 0,5 м) образуются сферические звуковые волны и шум процессов газообмена на низких и высоких частотах обычно не отличается заметной направленностью излучения [49].
Система впуска. Шум во впускной системе ДВС вызван изменениями давления и скорости течения воздуха благодаря открыванию и закрыванию клапанов цилиндров, а также обтеканию массивных элементов во впускном трубопроводе, (воздушной и дроссельной заслонок, впускных клапанов). 76 74 72 70 68 ш го . л I CD СО о о. —I _ & Г f Г # & Источники Рис. 1.7. Разделение основных источников внешнего шума ав томобиля
Измерения внешнего шума автомобилей со снятым воздушным фильтром показывают, что уровень шума незаглушенно-го впуска (в полосе частот 125-160 Гц) равен 84 дБ А [51]. Воздушный фильтр обеспечивает заглушение 3-5 дБ А по общему уровню и не менее 3-8 дБА в диапазоне частот 125-1600 Гц. Уровень шума незаглушенного впуска, в 0,06 м от горловины карбюратора при снятом воздушном фильтре на режиме разгона двигателя от 3500 до 4500 об/мин, в полосе частот 125-1600 Гц достигает 125 дБА. Исходя из этого шум впуска ДВС имеет весьма высокие уровни, определяя в ряде случаев общий уровень шума двигателя см. рисунок 1.7, а в работах многих исследователей шум впуска считается одним из основных в общем уровне шума двигателя [46, 51, 89].
Наиболее интенсивные составляющие имеют низкие и средние частоты. Все спектры, как правило, имеют интенсивную составляющую, кратную частоте вращения [49]: fNoii/(60) При генерации низкочастотного шума газодинамическими импульсами амплитуда звукового давления в сферической волне на расстоянии г определяется из выражения: pa=V0 f-p/r (1.4) где v0 - объемная производительность Vo=(Vh rv) f, м /с; р — плотность воздуха, кг/м . После подстановки v0: PaBn=[Vh-Mv p/rKrri/60- Т)2 (1.5) где Vh - рабочий объем двигателя; rv — коэффициент наполнения цилиндров двигателя. Эта формула устанавливает связь между амплитудой звукового давления в сферической волне на расстоянии г от впускного отверстия, рабочим объемом, и параметрами двигателя, характеризующими рабочий процесс.
Тогда, при незначительной направленности шума впуска и приняв, что эффективное значение звукового давления в сферических волнах pm pa/V2, средний уровень звукового давления низкочастотного шума незаглушенного впуска составит L=201g(pm/p0): L=201g(p- rv -Vh-(n-i/60- т)2)/( гро- V2) (1.6) где p0 - пороговое значение звукового давления, ро=0,00002 Па. Для двигателя ВАЗ-2106 (1,6 л) на расстоянии 0,06 м это значение составляет 113 - 129 дБ (при изменении числа оборотов 2000-5000 об/мин, приняты rv=0,86, р=1,3 кг/м ).
Уровень низкочастотного шума незаглушенного впуска возрастает с увеличением частоты вращения и объема двигателя и достаточно высок.
Для эффективного снижения шума на впуске воздуха в ДВС применяются либо специальные глушители, либо их сочетают с воздухоочистителями [39, 62]. Глушители шума должны иметь высокую эффективность заглушения при малом гидравлическом сопротивлении, габаритах и весе.
В настоящее время широкое распространение получили глушители активно-реактивного (комбинированного) типа [34]. Такой глушитель имеет хорошие акустические свойства, невысокое гидравлическое сопротивление.
Ранее специальные глушители шума систем впуска ДВС применялись весьма незначительно и все усилия снизить шум впуска начинались с оптимизации существующих конструкций воздушных фильтров в отношении их заглушающих свойств [40]. С этой целью воздухоочистители многих двигателей снабжались специальными звукопоглощающими элементами. Материалом для этого служил поролон, стекловолокно, металлический войлок. Обычно толщина звукопоглощающего слоя невелика, поэтому снижение шума осуществляется в области высоких частот.
В некоторых случаях снижение шума впуска обеспечивается за счет облицовки воздуховодов впускной системы перфорированными экранами со звукопоглощающей набивкой [46]. Такой метод дает хорошее снижение шума в широком диапазоне частот. Однако в целях обеспечения требуемого гидравлического сопротивления системы требуется значительно увеличивать наружный диаметр воздуховодов, что не всегда возможно.
Воздушный фильтр работает в области низких частот как последовательно включенный резонатор (камерный глушитель), который на резонансной частоте f, зависящей от его размеров, усиливает шум вследствие резонанса и ослабляет на частоте fV2[39].
Анализ работ по снижению шума впуска позволяет сказать, что для эффективного глушения шума впуска желательно, чтобы объем глушителя (воз зо душного фильтра) и длина впускного патрубка были как можно больше, а поперечное сечение трубопровода - меньше. Это позволит сместить резонансную частоту f в область более низких частот. Однако выполнение первого требования ограничено объемом места установки воздухофильтра на автомобиль, а второго - допустимой скоростью потока во впускном трубопроводе, так как в противном случае гидравлическое сопротивление впускной системы может неограниченно возрасти.
При этом при проектировании впускного патрубка целесообразно, чтобы он имел форму диффузора с углом раствора конуса около 7[46]. Во всех случаях необходимо согласовывать заглушающие свойства воздушного фильтра со спектром шума впуска любого автомобильного двигателя.
Система выпуска. Шум выпуска ОГ является самым мощным источником шума автомобиля. Уровень внешнего шума автомобилей с двигателем ВАЗ со снятыми глушителями выпуска составляет 100-110 дБ А [60]. Акустическая мощность не заглушённого выпуска достигает 7-8 Вт и является весьма значительной - акустическая мощность двигателей ВАЗ не превышает 0,6-0,7 Вт [46].
Предварительная оценка погрешности измерения
Погрешностью (ошибкой) измерения называют алгебраическую разницу между полученным при измерении и истинным значением измеряемой величины [31, 32, 50]. Поскольку истинное значение обычно является неизвестным, за него принимают значение измеряемой величины, полученное с помощью образцового прибора, погрешность которого значительно меньше, обычного.
В измерениях предполагаются следующие предельные погрешности:
1. От аппаратуры измерения шума — шумомер тип 2238 основная погрешность ±0,1 дБ; дополнительная температурная погрешность ± 0,5 дБ.
2. Предельная погрешность от измерения расстояния между источником шума и точки измерения ±0,2 м, при условии излучения звука в пространстве от сферического источника это дает ±0,23 дБ.
3. Предельная погрешность от прибора измерения частоты вращения коленчатого вала ±175об/мин, применяя формулу п.п. 1.4. пересчитав обороты на Va, для III передачи величина составит ±0,82 дБ.
4. Предельная погрешность от водителя при поддержании числа оборотов на заданном начальном числе оборотов при разгоне ±100 об/мин., это дает погрешность в ±0,46 дБ.
5. Предельная погрешность от водителя при поддержании автомобиля на расстоянии 7,5 м от точки измерения, равна ±0,2м, следовательно, пересчитав получим ±0,23дБ. Предельная погрешность Апр: Апр = 0,1 + 0,5 + 0,23 + 0,82 + 0,46 + 0,23 = 2,34 дБ. (2.11) При нормальном законе распределения погрешностей результатов измерений за предельную Апр принимают доверительную погрешность ±3 S(A), следовательно, средняя квадратическая погрешность S(A) = Апр/3: S(A)=2,34/3=0,78 дБ (2.12) Систематическая погрешность результата измерения, постоянная для данного ряда измерений или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. По характеру появления систематические погрешности подразделяют на постоянные, прогрессивные и периодические.
В зависимости от причин появления систематических погрешностей различают инструментальные погрешности, погрешности метода измерения, субъективные погрешности и погрешности вследствие отклонения внешних условий измерения от установленных методиками.
Инструментальная погрешность является следствием ряда причин: изнашивания детали прибора, старения элементов в электронных приборах и др.
Погрешность метода обусловлена несовершенством метода измерений, его упрощением в соответствии с методикой измерения. Например, такая погрешность может быть связана с недостаточным быстродействием средств измерений при анализе быстропротекающих процессов.
Субъективная погрешность определяется индивидуальными особенностями оператора (запаздывание в принятии сигнала, отсчете показаний прибора). Применялись цифровые приборы с автоматической отсечкой входного сигнала и автоматической остановкой процесса измерения.
Для исключения и учета погрешностей результатов измерения существует четыре основных способа.
1. Устранение источников погрешности до начала измерений. Этот способ наиболее рационален, так как полностью или частично освобождает исследователя от необходимости устранять погрешности в процессе измерения или вычислять результат с учетом поправок. Устранение источников погрешностей обеспечивается использованием поверенных средств измерений и созданием условий (температура и влажность воздуха, помехи), оговоренных методикой исследования. 2. Исключение погрешностей в процессе измерений различными приемами, например, способами замещения, компенсации, погрешности по знаку, симметричных наблюдений и др.
3. Внесение известных поправок в результат измерений (исключение систематических погрешностей).
4. Оценка границ систематических погрешностей, если их исключить нельзя.
В исследованиях, для исключения систематической погрешностей результатов измерений, использовали способ устранения источников погрешности до начала измерений, перед каждой серией экспериментов делалась калибровка шумомера вместе с анализатором с помощью пистонфона фирмы «Брюль и Кьер» на частоте 1000 Гц. Как показала калибровка, систематическая погрешность измерительной аппаратуры «Брюль и Кьер» лежит в пределах точности прибора.
Классификация расчетных схем
1. Общий уровень шума впуска возрастает с увеличением частоты вращения коленчатого вала, при этом, в первом приближении, его возможно выразить в прямой зависимости от частоты вращения.
2. Определяющими в частотном диапазоне шума впуска являются низкочастотные составляющие слышимого звукового спектра.
3. В узкополосном спектре излучения присутствуют гармонические составляющие, обусловленные рабочим процессом двигателя и процессам, происходящим на впуске (резонансные явления).
Аппроксимируем полученные в п.п. 2.4.2.2 экспериментальные данные методом наименьших квадратов. В результате получим общее уравнение для уровня шума выпуска двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала для испытанного автомобиля: ЦА)=74+0,0042-п (2.24)
На рисунке 2.46 представлена полученная «лимитная» прямая шума выпуска двигателя и уровень шума выпуска с установленным «тотальным» глушителем выпуска предназначенная для определения «предельного» заглушения и отыскания резервов по снижению данной составляющей.
Общий суммарный уровень и 4-ая гармоника Из представленных графиков следует:
1. Шум выпуска возрастает с увеличением частоты вращения коленчатого вала, при этом общий уровень, в первом приближении, возможно выразить в прямой зависимости от частоты вращения.
2. Определяющими в частотном диапазоне шума выпуска являются средне-и высокочастотные составляющие слышимого звукового спектра.
3. В узкополосном спектре излучения присутствуют гармонические составляющие, обусловленные рабочим процессом двигателя и процессами происходящим на выпуске (резонансные явления) не подчиняющиеся линейному закону. Наличие большого количества резонансов на графиках четных гармоник двигателя свидетельствует о значительных колебаниях давления и скорости истечения отработавших газов на неустановившихся режимах работы двигателя.
По результатам испытаний автомобилей можно сказать, что: 1. После проведенной «внешней» акустической доводки, уровень внешнего шума испытанных автомобилей ВАЗ-21067, ИЖ-2126, ИЖ-212601 (4X4) соответствует требованиям Правил № 51-02 ЕЭК ООН 74 дБА.
2. После проведенной «внутренней» акустической доводки, уровень внутреннего шума испытанных автомобилей ВАЗ-21067, ИЖ-2126, ИЖ-212601 (4X4) соответствует требованиям ГОСТ 51616-2000.
3. Как следует из диаграмм разделения основных источников внешнего шума, а так же полученных 1/3 октавных и узкополосных спектров внутреннего и внешнего шума, двигатель является основным источником шума автомобиля.
4. При движении на III передаче основным источником шума автомобилей являются шины, доля шума которых доходит до 62 %, что указывает на необходимость значительного снижения данной составляющей за счет материально-конструктивных изменений.
5. Основополагающими мероприятиями при уменьшении внешнего шума являются: установка системы выпуска увеличенного объема, а так же выносного воздухоочистителя и применение частичного капотирования пространства моторного отсека в большей степени благодаря установке нижних акустических экранов обработанных звукопоглощающим материалом.
6. В основу снижения внутреннего шума положено применение пакета шумо-виброизоляции пола кузова, а так же применение эффективных опор силового агрегата направленных на достижение значения ВИ не ниже 20 дБ А.
7. На основании проведенных испытаний современных виброакустических материалов, определен комплекс мероприятий позволивший получить значения внешнего и внутреннего шума автомобилей соответсвующие действующим нормам.
9. На основании полученных спектров излучения основных источников шума предложены эмпирические зависимости уровня корпусного шума, шума впуска и шума выпуска от частоты вращения коленчатого вала двигателя, на основании которых может быть определен общий уровень шума автомобиля, в зависимости от его режима движения.
Представленные результаты испытаний могут быть использованы для расчета внешнего и внутреннего шума легкового автомобиля малого класса.
На современном автомобиле имеется определенное количество излучателей шума, обладающих нужной акустической мощностью, чтобы сформировать суммарное шумовое поле в расчетной точке. К исследованию рассматриваемых вопросов можно применить одну из следующих схем см. рис. 3.1, к которой может быть сведен каждый источник шума в автомобиле [39].
Алгоритм доводки автомобиля по внутреннему шуму
Снизить шум автомобиля можно одним из следующих способов [64]: 1. Доводкой шумозащитного комплекса (ШЗК) существующей конструкции машины до требуемых норм. 2. Проектированием ШЗК по аналогии с уже существующей конструкцией. 3. Расчетом необходимого ШЗК для выполнения норм по шуму при проектировании машины.
Благодаря постоянному ужесточению норм, первый способ в настоящее время приобрел наиболее широкое применение, при этом, как правило, методы шумозащиты выбирают экспериментальным путем.
Второй способ — наиболее простой, однако не всегда рационален, т.к. между имеющейся машиной и ее аналогом нет полного тождества - разная компоновочная схема, разные спектры основных источников и т.д.
Третий способ представляется наиболее эффективным и менее затратным, но для правильности таких «предварительных» акустических расчетов необходим большой массив экспериментальных данных.
Целью данной работы была попытка объединения всех трех способов для создания обобщенной методики доводки легкового автомобиля малого класса под действующие требования норм шумности.
Алгоритм доводки автомобиля по внешнему шуму
Проведенные в главе 2 дорожные и стендовые испытания автомобилей ИЖ-2126, ВАЗ-2106, ИЖ-212601(4X4) позволяют свести все произведенные действия в алгоритм доводки автомобиля по внешнему шуму см. рис. 4.1.
В соответствии с представленным алгоритмом рассмотрим последовательность акустической доводки автомобиля:
1. На начальной стадии определяют степень соответствия автомобиля нормам по внешнему шуму - Правила №51-02 ЕЭК ООН (ГОСТ Р 41.51 - 99) дБА. При наличии отклонения определяют априорную причину повышенного шума и комплекс мероприятий направленных на ее устранение.
При отсутствии отклонений необходима проверка автомобиля по другим нормируемым и сертифицируемым параметрам — внутренний шум, токсичность, разгонная и тормозная динамика автомобиля, расход ГСМ и т.д.
На данной стадии используется портативный шумомер 1 класса — в нашем случае это был шумомер 1 класса тип 2238 ф. Брюль и Къер (Дания).
2. Определение шума наката. Происходит по описанной выше методике для определения шума наката см. п.п.2.2. Целью данной стадии испытаний является определение величины процентного вклада шума наката в общий уровень шума. Как показали испытания автомобилей укомплектованных различными шинами, средняя величина шума наката составляет порядка 70,0 дБА, что в процентном выражении может составлять величину до 44% от общего получаемого уровня и величину до 62 % уровня шума на III передаче.
В связи с чем измеряемый шум наката должен быть: Ьн 70,0дБА Величина в 70,0 дБА является критической, а ее превышение, как правило, приводит к превышению действующих на автомобиль норм.
На данной стадии так же используется портативный шумомер 1 класса - в нашем случае шумомер 1 класса тип 2238 ф. Брюль и Къер (Дания), однако, для определения спектрального состава шума наката, необходим шумомер со встроенным анализатором спектра.
При проведении измерения шума наката, с целью определения спектрального состава и динамики изменения общего уровня, использовался анализатор PULSE — тип 3560С. Полученный 1/3 октавный спектральный состав шума наката для уровня в 69,8 дБА можно использовать как «лимитный» для дальнейших исследовательских расчетов см. рис. 4.2:
Дефектный шум тормозов проявляется как тональный высокочастотный звук - «свист» вызванный заклиниванием поршней в суппорте (браком) или не правильной регулировкой хода педали тормоза.
Замена дефектных узлов и регулировка механизмов и систем, как правило, приводят к желаемому результату — заметному снижению уровня внешнего шума, однако не всегда до требуемых норм.
4. Разделение основных источников внешнего шума. Разделение источников идет с применением «тотальных» глушителей шума впуска и выпуска, с выделением доли каждого источника в общем шуме методом энергетического суммирования. Данный этап наиболее длительный и трудоемкий, поэтому возможно проведение сразу следующего этапа.
5. Лимитирование шума впуска, выпуска и корпусного шума двигателя. В результате проведенных в данной работе испытаний были получены общие уравнения уровня шума впуска, выпуска и корпусного шума исследуемого двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала: ЦА)=80+0,004-п - для впуска; (4.4) ЦА)=74+0,0042-п - для выпуска; (4.5) L(A)=76+0,005-n — для корпусного шума двигателя. (4.6) Проведенные исследования позволили определить резерв заглушения основных источников и представить его в виде «лимитной» прямой см. рисунки 4.5, 4.6, 4.7. «Лимитирование» происходит путем сравнения полученных уровней шума впуска, выпуска и корпусного шума при исследовании интересуемого автомобиля на стенде с беговыми барабанами установленными в помещении объе-мом не менее 500 м .
