Введение к работе
Актуальность работы. Шум и вибрация являются наиболее важными показателями, характеризующими комфортабельность и надежность систем «человек-машина-среда», к которым в полной мере относятся колесные машины и легковые автомобили.
В условиях современного развития автомобильного рынка повышение требований потребителей к комфортабельности автомобилей и при жесткой конкуренции с иномарками отечественные заводы вынуждены обращать все больше внимания на современные методы исследования и доводки новых образцов автомобилей по критериям шума и вибрации в салоне.
Вибрационные нагрузки от дорожного покрытия, работающего двигателя и механизмов, аэродинамические нагрузки от набегающего потока воздуха, действующего на корпус, в значительной мере определяют уровень вибрации элементов кабины и связанного с ней уровня шума. Борьба с внутренним шумом в замкнутом объеме, вызываемым вибрацией, является также одним из важных аспектов решения этой проблемы для всех видов транспорта, в кабинах сельскохозяйственных машин, комбайнов и других машин, где человек-оператор находится в ограниченном замкнутом объеме.
Как известно, цикл создания колесной машины с улучшенными виброакустическими характеристиками состоит из нескольких этапов: научно-технический поиск и анализ виброакустических характеристик прототипов, проектирования и изготовления образцов, испытание в дорожных и стендовых условиях, и доводка конструкции, в том числе и по критериям шума и вибрации. Каждый из этих этапов играет существенную роль в достижении конечной цели.
Заметим, что если десять лет назад проектировщики на отечественных заводах задачу снижения внутреннего шума отодвигали на 3-4 место по значимости, то в настоящее время это становится одним из приоритетных направлений развития колесной техники.
Таким образом, несомненна актуальность диссертационной работы, посвященной развитию методов диагностики «динамического портрета» автомобиля на этапе его доводки и исследования взаимодействия вибрационного и акустического полей в салоне. Под «дина-
РОС. ^ к -'! wiMtAjT
мическим портретом» автомобиля понимается информация об источниках повышенной вибрации, причин ее возникновения, собственных динамических характеристиках объекта исследования, пути распространения вибрации и шума по конструкции.
Несмотря на огромные возможности, открываемые применением современных программных комплексов для экспериментального исследования и имитационного моделирования, на заводах все еще имеет место традиционное разделение колесной машины на отдельные подсистемы (кабину, силовой агрегат, трансмиссию, подвеску, ходовую часть и др.), исследование которых производится автономно. При дорожных испытаниях виброакустические характеристики анализируются, как правило, по интегральному уровню шума по шкале А при разгоне автомобиля. Как показывает практика создания машины и ее доводки по критериям шума и вибрации автомобиля, исследование и оптимизация параметров подсистем полезна, но не всегда приводит к оптимальным параметрам всей системы.
На современном этапе доводки возникают задачи комплексного виброакустического исследования колесной машины в дорожных и стендовых условиях, диагностики ее «динамического портрета» с учетом взаимодействия всех ее подсистем, чтобы обеспечить решение важной проблемы - значительного сокращения сроков создания машины, снижения материальных затрат, улучшение эргономических характеристик по критериям шума и вибрации. В диссертационной работе представлен новый подход к решению механоакустических задач доводки колесной машины, базирующийся на стендовых модальных испытаниях автомобиля в сборе и отдельных подсистем, и узкополосном спектральном анализе вибрационных и акустических характеристик при дорожных и стендовых условиях.
Цель работы. Разработка методов диагностики колесных машин с целью снижения их вибрационного нагружения для улучшения условий труда человека-оператора». При этом в работе были поставлены следующие задачи:
проведение натурных виброакустических испытаний легкового автомобиля ГАЗ 3111 в дорожных условиях на разгонных и
стационарных режимах движения с применением узкополосного спектрального анализа и определение соответствия нормам; . разработка технологии модальных испытаний автомобиля в сборе с выделением виброактивных форм колебаний с анализом взаимодействия вибрационного и акустического полей;
изучение динамических сил, передающихся через подвеску
> силового агрегата, и анализ их влияния на акустические харак-
теристики при проведении стендовых испытаний на беговых барабанах;
изучение собственных частот и форм колебаний при проведении стендовых испытаний отдельно силового агрегата; расчетное моделирование динамических свойств силового агрегата.
Методы исследования. В работе применены классические методы теории колебаний и динамики пространственных структурно-сложных механических систем, методы анализа акустики замкнутых объемов, метод конечных элементов для расчетного анализа механических и акустических систем, экспериментальные методы исследования спектральных и модальных характеристик сложных систем, методы технической диагностики сложных систем.
Научная новизна результатов работы
-
Разработан подход расчетно-экспериментального исследования «динамического портрета» сложной механоакустическои системы легкового автомобиля. Реализован на примере легкового автомобиля ГАЗ 3111.
-
Определено взаимодействие вибрации конструкции с акустическим полем на базе анализа модальных характеристик акустического объема салона автомобиля и модальных характеристик конструкции, что позволяет определить причину повышенного шума и вибрации и разработать рекомендации.
-
Получен и проанализирован «динамический протрет» автомобиля ГАЗ 3111 и даны рекомендации улучшения характеристик по критериям шума и вибрации.
-
Модифицированы методы проведения дорожных виброакустических испытаний, позволяющие более адекватно выявить резонансные свойства системы:
применение узкополосного спектрального анализа при разгонных режимах движения,
испытания на стационарных режимах движения вплоть до максимальных скоростей с применением узкополосного спектрального анализа.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Работа связана с крупной научной темой 10.01 КП РАН раздел 5 «Развитие методологии исследования виброакустических характеристик сложных систем применительно к объектам автомобильной техники». Работа проводилась также в рамках хоздоговорных тем с предприятиями автопрома России. Разработаны конкретные рекомендации по улучшению эргономических характеристик по критериям вибрации и шума для легкового автомобиля ГАЗ 3111, которые представлены УКЭР ОАО ТАЗ".
Апробация работы. Диссертация рассмотрена и доложена на секции Совета «Вибрационная биомеханика систем 'человек-машина-среда'» ИМАШ РАН. Основные результаты докладывались на XIII и XIV симпозиумах «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем» Звенигород, 2001, 2003 гг.), на XI сессии Российского Акустического Общества (Москва, 2001 г.), на V международной конференции по «Проблемы Вибрации» (Москва, 2001 г.), на XXVIII международном научно-техническом совещании по проблемам прочности двигателей (2002 г.), на международном семинаре «Достижения и задачи машиноведения» (2002 г.), на конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (Астрахань, 2002, 2004г.). на XII, XIII конференциях молодых ученых ИМАШ РАН (2000-2001 гг.),
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 5 публикациях и в 8 тезисах симпозиумов и конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 96 наименований. Работа содержит 147 страниц машинописного текста, 3 таблицы и 62 рисунка.
