автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Виброакустические характеристики и разработка методов снижения шума энергетических установок дорожно-строительных машин

г~

И

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПОДГОРНЫЙ Александр Иванович

УДК 621.43:628.517.2

ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ШУМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДОРШНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

л

1_

МОСКВА 1990

J

Работа выполнена на кафедре "Автотракторные двигатели" Московского ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожного института

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор И.В. Алексее?

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор М.А. Разумовский

- кандидат технических наук Н.С. Антонов

Ведущая организация

- ВНИИСтройдормаш

Защита состоится "//^ " 1990 года в

"УО •< Часов на заседании специализированного совета К 053.30.09

II

ВАК при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте по адресу: 125829, ГСП-47, Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю специализированного совета по адресу института.

Телефон для справок 155-03-28.

Автореферат разослан 46

II

1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

В.М. Власов

/ щ

I 4 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

'^Рет^/ность теш. Возросшие требования к экологическим характеристикам дорожно-строительной техники (ДСТ) , повлекшие за собой законодательное ограничение в большинстве промышленно развитых стран мира их предельно допустимых виброакустических показателей, выдвинули последние в число основных характеристик дорожно-строительных машин (ДСМ) .

В народном хозяйстве нашей страны эксплуатируется многомиллионный парк различных по своему назначению машин, обслуживанием которых занято соответствующее количество человек. Производство и внедрение в эксплуатацию все увеличивающегося числа дорожно-строительных машин неизбежно приводит к возрастанию вредного воздействия шума и вибрации на людей и к акустическому загрязнению окружающей среды.

Несмотря на усилия ученых, конструкторов, машиностроителей, проблема снижения шума дорожно-строительного транспорта в настоящее время остается актуальной. Из всего парка выпускаемых и эксплуатируемых машин, по крайней мере, 30...50 % превышают существующие .допустимые уровни шума, а число жалоб на шум ДСМ составляет 10...30 % общего числа жалоб населения в городах.

Сформировавшаяся ранее и существующая до настоящего времени тенденция к снижению уровня шума дорожно-строительной техники посредством шумо- и виброизоляции кабины управления, а также за счет капотирования двигателя (наиболее мощного источника излучения) в моторном отсеке не приводит к комплексному решению проблемы снижения шума ДСМ; при этом немаловажное значение имеет приемлемый уровень материальных и трудовых затрат на производство и эксплуатацию машин.

Проектирование и производство дорожно-строительной техники осуществляется, как правило, без учета ее акустических параметров; в конструкцию машины изначально не закладываются решения, позволяющие получить заданные акустические характеристики машины без использования средств "пассивного" шумоглушения.

Поэтому существующая проблема снижения шума ДСМ предопределяет необходимость поиска оптимальных методов конструирования и экспериментальной доводки по виброакустическим показателям

дорожно-строительной техники.

Развитие данного направления в значительной степени сдерживается слабой разработанностью методов исследования акустич« ких характеристик, прогнозирования и снижения акустической активности энергетических установок ДСМ, формирувдих в основном звуковое поле машины.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является разработка способов прогнозирования и снижения шума энергетической установки дорожно-строительной машины на стадия проектирования, а также в процессе экспериментальной доводки л виброакустическим параметрам.

Цель исследования предусматривает решение следующих задач обоснование и разработка способов улучшения виброакустиче ких характеристик дорожно-строительных машин посредством целенаправленного -изменения базовых параметров энергетической уста новки, используемой на ней, результатом чего является определе ние наиболее благоприятных экономических и технических вариант« конструкции двигателя, позволяющих прогнозировать и целенаправленно снижать-уровни шума ДСМ на ранних' стадиях их разработки;

разработка рационального алгоритма акустической доводки т виброакустическим показателям ДСМ, находящихся в производстве ] эксплуатации, позволяющего определить комплекс необходимых и экономически целесообразных мероприятий по достижению требуемых виброакустических характеристик машины;

выбор критериев для оценки акустического качества констру! ции и эффективности мероприятий по снижению шума и вибрации ДСМ;

разработка метода прогнозирования виброакустических характеристик машины на стадии ее проектирования по известным виброакустическим параметрам ее энергетической установки.

Научная новизна. Обоснована возможность и технико-экономв ческая целесообразность улучшения виброакустических показателей большого класса дорожно-строительных машин посредством оптимиза ции сочетания базовых параметров ее энергетической установки.

Разработан алгоритм экспериментальной доводки по виброакус тическим параметрам ДСМ, находящихся в производстве и эксплуата ции.

Предложен способ определения необходимых виброакустических

жазателей структурного шума двигателя внутреннего сгорания ШС), обеспечивающих заданные виброакустические характеристи-I ДСМ.

Практическая ценность-работы. Основные положения и резуль-1ты выполненной работы могут, быть использованы при создании до-зжно-строительных машин с заданными виброакустическими показа-злями, а также при виброакустической доводке различных типов ЗМ, освоенных производством и находящихся в эксплуатации.

Реализация работы. Результаты данного исследования, вхо-явшего в план хоздоговорной научно-исследовательской работы ЩИ № М291087, внедрены на Орловском производственном объедине-аи "Дормашина".

Апробация работы. Основные положения диссертации и полу-энные результаты исследований доложены, обсуждены и получили одо-рение на научно-технических конференциях МАДИ (1988, 1989 гг.); сесоюзной конференции "Актуальные вопросы борьбы с транспортны-и шумами" (Севастополь, 1988 г.); научной конференции КузПИ Кемерово, 1988 г.); научно-техническом симпозиуме 3-й мелсдуна-одной выставки "Стройдормаш-88" (Москва, 1988 г.) .

Диссертационная работа заслушана и одобрена на аспиранском еминаре кафедры ДСМ и заседании совместного научно-технического еминара кафедры "Автотракторные двигатели" и ШГГД МАДИ в 1989 г.

Публикации. По материалам выполненного исследования опуб-икованы три печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, яти глав, основных выводов, списка литературы и приложений.

Объем диссертации составляет 142 е., в том числе 24 рисунка, 9 аблиц, 24 страницы приложений.

Список литературы на 10 страницах включает 105 наименований, ;з них 16 из иностранных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор методов нормирования акусти-[еских показателей дорожно-строительных машин в основных промыш-генно развитых странах мира и проанализировано влияние юрмативных требований на стратегию рйциональной организации шу-юглушения на дорожно-строительном транспорте. Проведен анализ 1аиболее широко используемых в практике дорожно-строительного гашиностроения методов шумоглушения. Определены цель и задачи

3

исследования.

Отмечается, что в настоящее время в практике мирового машиностроения отсутствует единый подход к определению и нормированию акустических характеристик дорожно-строительных машин. Так, в СССР сравнительно более жесткие требования предъявлялись к параметрам внутреннего шума и меньше внимания уделялось внешнему шуму. Нормы шума' на рабочих местах отечественных ДСМ в среднем на 5 дБА ниже, чем в странах ЕЭС, США, Японии. Внешний шум нормируется менее жестко. Предельные значения уровней звука для внешнего шума, принятые в указанных "странах, на 5...7 дБА ниже, чем установленные отечественными нормами.

Наличие приоритетов в соблюдении норм на акустические показатели ДСМ в значительной степени диктует идеологию ее конструирования, а также направления исследований и разработок методов борьбы с шумом на: дорожно-строительном транспорте.

В большинстве случаев проблема шумоглушения на ДСТ решается путем укомплектования машин кабинами управления с хорошей шу-мо- и йиброизоляцией. Существенным недостатком данного способа шумоглушения является то, что при больших материальных затратах ( на оборудование кабины средствами шумозащиты затрачивается до 3 % стоимости всей машины) проблема акустики ДСМ не решается в комплексе, так как при этом остается нерешенной проблема внешнего шума.

Данная ситуация может быть проиллюстрирована частным, но достаточно типичным примером акустических характеристик среднего автогрейдера ( рис. 1) . Подобная же картина характерна не только для автогрейдеров, но и для таких типов ДСМ, как погрузчики, катки, асфальто- и трубоукладчики, маркировочные и снегоуборочные машины и т.п.

Спектры шума автогрейдера укладываются в действующие нормы по шуму на рабочем месте оператора, что обеспечивается эффективной вибро- и звукоизоляцией кабины управления. В то же время уровни его внешнего шума превышают нормативные значения в наиболее физиологически неблагоприятном диапазоне частот (от 500 до 2000 Гц ) .

Баланс энергии источников шума автогрейдера позволяет сделать заключение о том, что основная часть акустической энергии,

генерируемой дорожно-строительной машиной, определяется работой ее энергетической установки (для среднего автогрейдера до 78 % мощности акустического излучения) ( рис. 2).

Ьр.^Б Ы 98 90 82 7Ц 66

Рис. 1. Акустические характеристики автогрейдера:

1 - нормы шума ДСМ (по СН 1102 - 73 и ГОСТ -12.1.003-83); 2 - внешний шум (транспортный режим); 3 - внешний шум (рабочий 1 режим); 4 -.шум на рабочем месте оператора

8060 АО 20

Рис. 2. Общий баланс акустической мощности автогрейдера: 1 - автогрейдер; 2 - трансмиссия; 3 - двигатель; 4 - выпуск; 5 - впуск

-к

2" Ч, \

ч

\

6Ъ 125 250 500 1000

дЫ

¿ООО 4000 Тгц

Ю0%

22% 29% 35%, 44%

\ 2 Э ц 5

В этой ситуации снизить акустическую активность энергетической установки и хорошо заглушить систему выпуска равнозначно снижению шума всей ДСМ как по параметрам внешнего, так и внутреннего шума.

Применение для этих целей "пассивных" способов шумоглушенш заключающихся в звукоизоляции силового агрегата при помощи капотов и капсул, несмотря на возможность получения для ДСМхорошегс акустического эффекта, не нашли широкого практического использования, что объясняется рядом причин, основными среди которых являются: значительный вес подобных конструкций -,до 100 кг , высокая стоимость (двигатель с капотом стоит на 50...70 % дороже обычного) , дополнительные затраты труда (до 20 , материалов (до 30 %). При этом экономичность двигателя, как правило, ухудшается на 3...5 %.

Отсутствие достаточно эффективных и экономически целесообразных способов комплексного решения проблемы шума ДСМ определяет необходимость разработки методов улучшения их виброакустических параметров за счет снижения виброакустической активности энергетической установки.

Исходя из поставленной цели и учитывая состояние вопроса, сформулированы следующие основные задачи настоящего исследования обоснование возможностей и разработка способов улучшения виброакустических характеристик ДСМ за'счет оптимизации сочетания базовых параметров ее энергетической установки , позволяющей целенаправленно регулировать уровни шума машины на ранних стадиях ее разработки;

определение оптимальных по экологическим и экономико-мощ-ностшм показателям вариантов конструкций двигателя для различного типа ДСМ;

разработка методов виброакустической доводки дорожно-стрс ительных машин, освоенных производством и находящихся в эксплуатации, путем улучшения виброакустических характеристик двигателя и рационализации способов его компоновки на машине;

выбор критериев акустического качества конструкции и оцеЕ ки эффективности мероприятий по шумоглушению на ДСТ;

разработка методических основ прогнозирования виброакустических характеристик ДСМ при проектировании и определении требуемых виброакустических параметров источников структурного шума двигателя внутреннего сгорания.

Во второй главе обоснована возможность и технико-экономическая целесообразность изменения- виброакустических характеристик многих типов дорожно-строительных машин посредством широкого варьирования базовых параметров ее энергетической установки, а также предложен метод расчетных оценок влияния изменения.параметров двигателя Ре , П-иом Л "п. на его акустические и эко-номико-мощностные показатели.

В дорожном строительстве используется немалое количество типов машин, например, автогрейдеры, погрузчики, катки, асфаль-то- и трубоукладчики и т.п., рабочие режимы и функциональное назначение которых не предусматривают значительного объема транспортных операций и не связаны с высокими скоростями движения. Для них не характерны такие источники излучения, как шум шин, шум трансмиссии, шум, возникающий при обтекании машины встречным потоком воздуха. Фактически акустические характеристики подобных ДСМ определяются звуковым излучением, возникающим при работе их энергетической установки. Применительно к этим дорожно-строительным машинам требования к их массогабаритным параметрам не являются приоритетными, что существенно расширяет возможности, при проектировании или выборе энергетической установки, обеспечение Требуемых виброакустических характеристик.

Известно, что решение вопроса о выборе способа получения необходимой- эффективной мощности является ключевым при проектировании двигателя., так как от этого решающим образом зависят лассогабаритные и динамические показатели, а также экономичность цвигателя и всей машины в целом, что следует из известного со-этношения:

г

¿г-Ре-пч^, (О

Зи I

где Т - тактность двигателя;

Рр- среднее эффективное давление, МПа; а - частота вращения коленчатого вала, мин-''"; - рабочий объем дйигателя, л.

При заданной тактности двигателя получить требуемую эффективную мощность можно при любом сочетании значений

Ре

. П-иом . , дающих произведение, равное ЗО'сМв .

[ри этом разным вариантам будут соответствовать свои массогаба-штные показатели, а также уровни виброакустической активности

двигателя. Показано, что параметры, определ- конструкцию двигателя, по-разному влияют на виброакустк^екие характеристики энергетической установки (рис. 3) .

двигателя на- излучаемую им звуковую мощность В рассмотренном случае:

ЛсНОСд^)3 -

приращение уровня звуковой мощности при форсировании двигателя по частоте вращения;

»Р-вы-«^^]1 - «з)

приращение уровня звуковой мощности при увеличении рабочего объема;

- <4)

приращение уровня звуковой мощности при форсировании двигателя наддувом.

Выражение (4) относится к варианту наддува двигателя с од-нополостной камерой сгорания при степени повышения давления в компрессоре & 2.

Учитывая то, что требования к весу, габаритным размерам и к динамическим качествам, обеспечивающим способность в короткий промежуток времени переходить с одного скоростного режима на другой, ДСМ, работа которых не связана с большим объемом транспоршых операций, не являются приоритетными , для двигателей, используемых на этих машинах,существует возможность более широкого варьирования их параметрами для получения требуемых величин уровней звука. Поэтому возможные варианты обеспечения

требуемой мощности энергетической установки ДСМ позволят подобрать для ее двигателя акустически более благоприятное сочетание

кой установки дорожно-строительной машины наименьшим уровням звуковой мощности будет соответствовать вариант с дефорсирован-ным по частоте вращения дизелем с восстановлением мощности двигателя до требуемых величин наддувом.

Для некоторых типов ДСМ, где массогабаритные характеристики двигателя внутреннего сгорания не имеют принципиального значения (катки, экскаваторы, автогрейдеры, асфальтоукладчики и т.п.) , практически приемлем вариант восстановления мощности двигателя до требуемых значений за счет увеличения рабочего объема. Несмотря на увеличение массы, габаритов, металлоемкости двигателя, данный,способ снижения шума, для оговоренного выше случая, имеет ряд преимуществ по сравнению с дорогостоящим, конструктивно сложным, пока еще в достаточной мере не отработанным методом капотирования и капсулирования энергетических установок.

На основе разработанной методики в работе выполнен расчетный эксперимент по улучшению виброакустических характеристик и оценке экономико-мощностных показателей двигателя на примере базовой модели Алтайского моторного производственного объединения дизеля А - 01М, широко используемого в дорожно-строительном машиностроении. Варианты модели двигателя того же типа и такт-ности имеют одинаковую мощность, но отличаются номинальной частотой вращения и способом восстановления заданной мощности; в первом случае мощность восстанавливается увеличением среднего эффективного давления Ре (вариант 1) , во втором - увеличением тбочего объема (вариант 2) (табл.) .

На основе выполненного в работе анализа установлено, что себестоимость производства отечественных тракторных двигателей и их модификаций, приведенная к единице мощности, снижается с уменьшением их номинальной частоты вращения.

параметров Ре

этом случае для энергетичес-

ч Таблица

Влияние измененияПном на акустические и экономические показатели двигателя

№ Показатель А-01М Вариант 1 Вариант 2

1. Номинальная частота

вращения, мин 1700 1500 1400

2. Среднее эффективное 0,64 0,72 0,64

давление, мПа

3. Рабочий объем, л 11.15 11,15 13,5

4. Эффективная мощность, 100 100 100

кВт

5. Масса, кг 1080 1080 1300

6. Номинальный удельный

расход топлива, г/кВт*ч 245 235 230

7. Моторесурс,- тыс ч 8,5 '10 11,1

8. Уровни звука, дБА 95,5 90 94

В третьей главе приводится методика исследования виброакустических характеристик отдельных источников шума ДСМ, основанная на использовании метода последовательного исключения.

Исследования предусматривали определение на'движущейся машине акустической мощности, излучаемой ее конструкцией, по основным составляющим, формирующим звуковое поле:

У\/дсм= \Ммд + \Л/Ьп + \Л/ьып + \ZVtp . (5)

где У&Гм- акустическая мощность, излучаемая машиной;

Мма,- акустическая мощность, излучаемая вследствие работы энергетической установки;

У^Ьп ~ акустическая мощность, излучаемая вследствие колебаний воздушного объема на срезе впускной горловины воздушного фильтра!;

^/вьш- акустическая мощность, излучаемая вследствие колебаний газового потока на срезе хвостовика выпускной системы;

го

№гр- акустическая мощность, излучаемая вследствие механических ударов в подвижных сочленениях, возникающих в трансмиссии.

Вычисление звуковой мощности источника сводилось к вычитанию звуковой мощности движущейся машины после исключения 1-го источника из звуковой мощности машины до исключения не-

ледуемого источника Wi.cn •

Для определения акустической мощности, излучаемой вследствие колебашм воздушного объема на срезе впускной горловины ^вп » а также вследствие колебания газового потока на срезе выхлопной трубы \^вып » производилось последовательное заглушение этих источников при помощи дополнительного глушителя высокой эффективности в виде,расширительной емкости объемом 300 л с шумопоглощалцим покрытием внутри.

Исключение шума двигателя было реализовано за счет движения машины при отключенном от трансмиссии неработающем двигателе накатом с уклона. Скоростной режим движения при этом соответствовал требованиям нормативов.

Для вычисления звуковой мощности, излучаемой машиной вследствие работы энергетической установки, использовалась формула:

У\/мД. =\Л/дСМ-(\'\/нАК4т +\Л/ВП +\Л/Вып). (?)

Для определения акустической мощности, излучаемой трансмиссией, замерялись уровни звукового давления неподвижной машины с работающим на установленном режиме двигателем. Вычисление производилось по формуле:

№р =масм-\л/нп • (8)

Измерения уровней звукового давления движущейся машины производились на полусферической поверхности радиусом 7,5 м в соответствии с рекомендациями ЙСО 3744-1981. Количество точек измерений, а также их расположение представлено на рисунке 4.

В основу метода оценки акустических параметров энергетической установки ДСМ были\полажены требования ОСТ 23.1.446-83.

Дизели тракторные и комбайновые. Предельные значения шумовых и вибрационных характеристик. Методы определения.

При выполнении статистической обработки результатов измерений, при принятой доверительной вероятности 0,95, величина ошибок для низкочастотного диапазона составила 2.5...3 дБ, для средне- и высокочастотного 1...1.5 дБ.

Рис. 4. Схема расположения измерительных точек и блок-схема аппаратуры для определения акустических параметров ДСМ и ее агрегатов : 1 - микрофоны; 2 - отметчик прохождения центра полусферы; 3 -шумомеры; 4 - измерительный магнитофон; 5 - цифровой частотный анализатор

В четвертой главе описаны методические основы исследования и доводки по виброакустическим показателям энергетических установок ДСМ, освоенных производством и находящихся в эксплуатации.

Задача доводки по виброакустическим показателям ДСМ, находящихся в эксплуатации требует разработки специальных приемов и методов улучшения виброакустических характеристик, не вносящих значительного изменения в конструкцию машины.

В этой ситуации решить вопрос о возможности и рациональ-

>й стратегии улучшения виороакустических характеристик ДСМ воз->жно лишь на основе анализа условий достаточности определенных >здействий на конструкцию с целью снижения акустической активен наиболее интенсивных источников, формирующих ее звуковое >ле. Первоочередной при этом является задача получения инфор-щии о качественном и количественном вкладе каждого источника гма в отдельности в общее звуковое поле машины, на основе чего гшается вопрос о целесообразных средствах воздействия на них, ззволяпцих исключить данные источники из числа наиболее "гром-ос".

Учитывая сформулированную в работе последовательность и энкретное содержание этапов исследования виброакустических ха-эктеристик ДСМ, была реализована доводка по виброакустическим жазателям автогрейдера ДЗ-122А. Исходные акустические харак-зристики автогрейдера представлены на рисунке 1.

На начальных этапах исследования было установлено, что наи-элее интенсивными источниками излучения , генерирующими основ-р) долю звуковой энергии,являются система выпуска (~35$) и дергетическая установка(~295?) (см. рис. 2) .

Углубленная оценка акустических параметров штатного глуши-еля шума выпуска показала его низкую эффективность ( рис.5).

Для снижения до необходимых пределов акустической активнос-и системы выпуска отработавших газов энергетической установки втогрейдера ДЗ-122А, из унифицированного ряда глушителей Бак-анского завода был рекомендован глушитель ЗИЛ-133ВЯ-1201010. роведенные акустические испытания показали, что уровень

ума от системы выпуска снизился на 10 дБА, причем полсшитель-ый эффект наблюдался во всем диапазоне частот (см. рис. 5) . ледует отметить, что данный глушитель по стоимости не превыша-т глушитель штатной конструкции и свободно комплектуется на втогрейдере без существенного изменения его конструкции.

Данное конструктивное мероприятие вывело систему выпуска о интенсивности излучения из числа источников, сколько-нибудь за-етно влияющих на акустические характеристики ДСМ в целом, и поз-олило снизить общий уровень звука машины на 2,5 дБА.

Контрольная оценка акустических характеристик источников ума автогрейдера после установки на него эффективного глушите-я, шума выпуска показала, что для дальнейшего улучшения вибро-кустических характеристик машины необходимо уменьшить акусти-

ческое излучение, вызванное колебаниями наружных поверхностей конструкции машины, являющимися результатом возбуждения звуковой энергией, передаваемой на раму от двигателя внутреннего сгорания

НО

100

90

80

63

12525050

К ' N

2 < 5, —ч N

\ 1 И1 -з 1. —

1

1

40 00

1000 ¿ООО

Рис. 5. Спектры шума процесса выпуска:

1 - нормативные уровни; 2 - со штатным глушителем; 3-е глушителем ЗИЛ-133ВЯ-1201010 Дополнительные доследования вибраций элементов конструкции автогрейдера установили, что основная причина этого явления -неэффективность виброизоляции силового агрегата от рамы (рис. 6).

Принимая во внимание невозможность повлиять на характеристики данного источника посредством уменьшения уровня действующих силовых факторов, вызванных опрокидывающим моментом и неуравновешенностью двигателя, был разработан следующий этап акустической доводки автогрейдера - усовершенствование системы виброизоляции двигателя от экипажа с помощью амортизаторов, обеспечивающих достаточное снижение вибрации на раме машины.

Сообразуясь с конструктивными возможностями монтажа на автогрейдере упругих'^элементов подвески двигателя, и условием, налаженным на линейную жесткость амортизаторов, выбраны оези-нометаялические амортизаторы марки АЙЮК-375, которые были установлены на задние опоры двигателя. • /

Измеренная затем вибрация рамы показала достаточную эффективность виброизоляции силового агрегата от_ рамы (см. рис.чб) .

/

515 - Й 125 256 500 Ш 2000 А ООО },Гц

Рис. 6. Уровни виброскорости рамы автогрейдера:

1 - предельные значения; 2 - со штатной подвеской двигателя; 3-е амортизаторами АШВК-375

При контрольных исследованиях акустических характеристик автогрейдера с предложенным комплексом доводочных мероприятий установлено снижение внешнего шума на 7,8 дБА, что ниже предельно допустимого значения на 4 дБА. При этом уровень звука на рабочем месте оператора снизился на 2 дБА (рис. 1) .

ЬрлБ

%

90 32 ТЦ 66

53

Рис.

63

1

ъ

-- \

V Ч —__

N

лЬА

/Гц

40 00

7. Акустические характеристики азтогрейдера ДЗ-122А с комплексом доводочных мероприятий: I - нормы шума ДСМ; 2 - внешний шум; 3 - шум на рабочем месте оператора

Данный комплекс доводочных мероприятий позволил исключить систему выпуска автогрейдера, а также его энергетическую установку из числа наиболее "громких" источников шума. Доля звуковой энергии, генерируемой системой выпуска, снизилась на 9 % , а возникающей от работы двигателя - на 7,5 % (рис. 8) .

Рис. 8. Общий баланс акустической мощности автогрейдера после виброакустической доводки: 1 - автогрейдер; 2 - трансмиссия; 3 - двигатель; 4 - выпуск; 5 - впуск

Реализация данного комплекса мероприятий по акустическому совершенствованию не требует скшко-нифдь существенного изменения конструкции машины и технологии производства и не увели чивает стоимости машины.

Для дальнейшего улучшения виброакустических характеристик автогрейдера необходимо снижение уровней шума, генерируемых трансмиссией (см. рис. 8) .

Необходимо отметить, что данный комплекс конструктивных мероприятий в связи с необходимостью ДСМ соответствовать нормам на внешний шум следует закладывать в конструкцию машины на стадии ее проектирования и подготовки к производству.

В пятой главе сформулированы методические основы определения виброакустических характеристик ДВС, необходимых для обеспечения нормативных параметров по шуму ДСМ; введено понятие частотно-зависимого коэффициента акустической возбудимости конструкции ДСМ и предложены методы его использования для определения комплекса конструкционных мероприятий, необходимых для удовлетворения нормативных требований при установке на ДСМ двигателей с различными виброакустическими качествами.

Сформулированные ранее принципы конструирования и доводки ДСТ до нормативных виброакустических параметров посредством шу-

%

8060 1,0 20

1002 3^5% 21.5%

1 I 3

к 5

юглушения ее энергетической установки требуют для своей реали-1ации методов, которые позволили бы:

определить необходимые уровни виброакустических показателей [ВС, гарантирующие для ДСМ классических компоновочных схем вы-юлнение нормативов на внешний шум;

при принятом типе двигателя определить необходимый комп-[екс конструкторско-технологйческих мероприятий для обеспечения юрмативных требований к параметрам внешнего и внутреннего шу-юв.

Такие методы должны базироваться на системе критериев, ко-•орые включали бы в себя комплекс характеристик, описывающих, : одной стороны, виброакустические характеристики дорожно-стро-[тельной машины, с другой - уровни колебательной энергии, излу-[аемые ДВС в окружающее пространство и в опоры двигателя.

В качестве такого комплексного критерия в работу использо-:ан коэффициент акустической возбудимости конструкции, являпций-¡я отношением акустической мощности машины, излучаемой вследст-)ие работы двигателя Wma , к сумме звуковой мощности, генери-)уемой двигателем в окружавдее пространство.колеблпцимися эле-гентами его наружных поверхностей \Мс , и вибрационной ыощнос-■и, передаваемой двигателем через опоры на конструкцию всей ма-1ИНЫ Won '•

V/ид-

еи

О)

' \Л/с '

Пример частотной характеристики коэффициента акустической юзбудимости и величин, его определяющих, полученной эксперимен-•ально, для автогрейдера ДЗ-122А приведен на рисунке 9.

Q Э 1

___

N. N

ч 1— — -—1

Рис. Э. Коэффициенты акустической возбудимости автогрейдера ДЗ-122А:

1 - штатной конструкции; 2 - после виброакустической доводки 17

Здесь величины'Wmi и Wc определены опытным путем, величина V/on рассчитана с использованием пакета программ НАШ "Расчет колебаний силового агрегата автомобиля".

Практическое использование понятия "коэффициент акустической возбудимости конструкции" позволяет установить предельные виброакустические показатели структурного шума ДВС, предназначенного .для установки на ДСМ.

В этом случае

(Wc +\Л/о„)п СЮ)

где частотная зависимость коэффициента акустической

возбудимости конструкции ДСМ, являющейся однотипной с проектируемой; нормативный спектр внешнего шума проектируемой машины.

Сравнивая реальные величины коэффициента акустической возбудимости с его предельными значениями для определенного типа машин, можно установить преимущественный диапазон частот, в котором возбуждение конструкций машины приводит к повышенной отдаче акустической энергии в окружающее пространство. Кроме того, спектральный анализ коэффициента позволяет выявить воздействие составляющих Wc и Won на возбуждение конструкций экипажа. В том случае, если возбуждающее воздействие двигателя значительно в диапазоне частот, где Wc ^ Won , очевидно, для его уменьшения следует предусмотреть ряд конструктивных решений снижающих воздействие воздушной составляющей акустического излучения двигателя. Соответственно, при Won ^Wc большее внимание следует уделять снижению воздействия вибрационной энергии.

ВЫВОДЫ

1. На основании выполненных исследований показано, что переориентация приоритетов в шумоглушении на ДСТ с поеимущест-венного соблюдения нормативов на внутренний шум к требованию обязательного соответствия нормам как на внутренний, так и на внешний шум,чвызывает необходимость изменения стратегии в решении проблем виброакустики ДСТ, то есть уменьшения акустической активности источников структурного и аэродинамических шумов путем рационализации конструкции ДСМ и ее энергетической установки.

18

2. Показана доминирующая роль в формировании звукового поля ДСМ двигателей внутреннего сгорания, используемых в качестве энергетических установок. С учетом специфики функционального использования уточнены требования, предъявляемые к двигателям внутреннего сгорания, используемым на ДСМ. Обоснована практическая возможность и экономическая целесообразность получения заданных виброакустических и экономико-мощностных характеристик энергетических установок ДСМ путем выбора оптимального сочетания базовых параметров двигателя Рр , Г\ ном ,

\Ук .

3. Выполнена сравнительная оценка влияния основных параметров двигателя на его акустические и экономико-мощностные показатели. Установлено, 'что наиболее целесообразным вариантом энергетической установки ДСМ с малым удельным объемом транспортных режимов работы является дефорсированннй по частоте вращения дизель с наддувом, обеспечивающий минимальную виброакустическую активность, более высокий механический к.п.д., уменьшенный удельный эффективный расход топлива, увеличенный моторесурс. Для ДСМ, где массогабаритные характеристики двигателя не являются приоритетными, возможно уменьшение виб-роакустиче.ской активности за счет использования дефорсирован-ного по частоте вращения дизеля с увеличенным рабочим объемом.

4. Предложен способ формирования на стадии проектирования машины требований к виброакустическим характеристикам двигателя внутреннего сгорания, используемого в качестве ее энергетической установки, основанный на использовании нормативного коэффициента акустической возбудимости конструкции ДСМ, обеспечивающего соблюдение нормативных требований акустических параметров машины. Анализ коэффициентов акустической возбудимости реальной конструкции позволяет наметить рацюнальше способы обеспечения требуемых .характеристик структурного шума двигателя.

5. Сформулирована рациональная последовательность и конкретное методическое содержание отдельных этапов доводки по виброакустическим показателям ДСМ, находящихся в производстве и эксплуатации, основанных на* выделении наиболее, интенсивных • источников шума; оценке целесообразности использования для требуемого улучшения виброакустических характеристик, "пассивных" или "активных", связанных с подавлением шума Ъ источнике возникновения, мероприятий; выборе конкретных технических решений

для получения требуемых виброакустических параметров машины.

6. На основе сформулированных положений реализована доводка по виброакустическим показателям автогрейдера ДЗ-122А. Внедрение в его конструкцию комплекса мероприятий, осжвашагона использовании эффективного глушителя шума выпуска, надежной виброизоляции силового агрегата от рамы, позволило уменьшить уровни внешнего шума на 7,8 дБА и шума на рабочем месте оператора на 2 дБА. При этом получены акустические параметры автогрьйдера, соответствующие существующим и перспективным нощам. Результаты работы по виброакустической доводке автогрейдера внедрены на Орловском производственном объединении "Дормашина". ,

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Алексеев И.В., Подгорный А.И. Автогрейдер с улучшенными виброакустическими параметрами.// Строительные и дорожныч машины, 1988, №12,- С. 8-9.

Алексеев И.В., Подгорный А.И. Методы и средства снижения шума дорожно-строительных машин.// Научно-техн. симпозиум международной отраслевой выставки "Стройдормаш - 88": Тезисы докл. М., 1988.- 2с.

Алексеев И.В., Подгорный А.И. Обоснование путей совершенствования конструкции двигателей внутреннего сгорания дорожно-строительных машин с целью достижения минимальной виброакустической активности./ МАДИ.- М., 1989.- 21 е.- Деп. в ЦНИИТЭстрой маш, № 74-сд 89.