книги из ГПНТБ / Разумовский М.А. Борьба с шумом на тракторах

буемой пылеемкости и допустимого сопротивления впу­ ску. Несмотря на то что акустический расчет фильтров тракторных двигателей ранее, как правило, не произво­ дился, они эффективно заглушают шум на средних и вы­ соких звуковых частотах (рис. 58). Даже у быстроход­ ных тракторных двигателей, включая двигатели с турбо­ наддувом, воздушные фильтры уменьшают эти шумы до уровней ниже фона от других источников. Уменьшение уровней звукового давления на основной частоте про­ цесса впуска (1) воздушными фильтрами не превышает обычно 4—6 дб. Такого заглушения у быстроходных двигателей недостаточно, в результате процесс впуска

Рис. 58. Спектрограммы шума процесса впуска дизеля Д-240 (я= =2200 об/мин, г = 0,25 м):

а—1—без воздушных фильтров; 2—с полным комплектом фильтров; 3—без суХОфильтра; нижняя кривая—впуск через трубу, б—без сухофильтра: /—с маслятъ

контактным фильтром; 2—воздухоочиститель с бумажным фильтр-патроно»

где 5 — ход поршня, м; с —скорость звука, м/с; и — ско­ рость потока воздуха, м/с; Яв — длина звуковой волны (импульса), м; о — скачок фазы при отражении.

Время задержки при отражении t$ может быть выра­ жено через частоту вращения п и скачок фазы о

Подставляя выражение (81) в условие максимального наполнения (80) и пренебрегая временем прохождения звуком пути 0,55, после преобразований получим

Формула (82) устанавливает связь между парамет­ рами впускной системы и скоростным режимом работы двигателя при максимальном наполнении цилиндров за счет использования акустического эффекта.

От акустического импеданса воздушных фильтров и глушителей зависят коэффициент отражения по ампли­ туде R, величина скачка фазы а и время задержки

Здесь Z = х + jy; Z •— нормированный акустический импе­ данс, а х и у — его активная и реактивная составляющие.

Величина скачка фазы при отражении может быть опре­ делена по формуле [54]

„ В случае работы без воздушных фильтров и глуши­ телей акустический импеданс открытого конца впускной

трубы Z ~ 0, тогда R= —1, а <т=1, т. е. волна отражается с той же амплитудой, но в противофазе. Если бы можно

было обеспечить Z = oo (акустически жесткий отража­ тель), то R —1, а = 0 и волна отражалась бы без измене­ ния фазы.

134

Улучшение наполнения цилиндров при акустическом наддуве и увеличение уровней звукового давления на основной частоте процесса (рис. 60) наблюдаются не на одном скоростном режиме работы двигателя, а в доволь­ но широком интервале скоростей. Объясняется это тем, что отраженный импульс имеет длину волны, намного превышающую размеры впускной системы (см. рис. 59). Поэтому улучшение наполнения имеет место не только

Рис. 60. Зависимости уровней звукового давления на основной ча­ стоте процесса впуска (а) и коэффициента наполнения цилиндров

(б) от скоростного режима работы дизеля Д-240:

l l цилиндры—510 мм; III—IV цилиндры—890 мм

при абсолютном выполнении условия (80), но и при опе­ режении или запаздывании прихода максимума давле­ ния в отраженной волне к моменту закрытия клапана, однако на величину, не превышающую Яв/4с. Это должно учитываться при окончательном выборе длины впускной трубы и фазы закрытия впускного клапана.

При акустическом наддуве многоцилиндровых трак­ торных четырехтактных дизелей применяют настроен­ ные автономные впускные трубы на каждый цилиндр или пару соседних цилиндров, а также общие коллекто­ ры с несимметричным или симметричным расположением отводов. В случае применения несимметричных коллек­ торов длина I для разных цилиндров неодинакова. Хотя при этом может быть обеспечен более широкий диапазон скоростей, в котором увеличивается расход воздуха дви­

135

гателем за счет разных цилиндров, однако наполнение цилиндров и их работа будут неравномерными.

Увеличение уровней звукового давления на основной частоте процесса впуска при акустическом наддуве об­ условлено интерференцией прямых и отраженных волн в системе и увеличением расхода воздуха двигателем в единицу времени. Наиболее благоприятные условия для образования волновых резонансов при интерференции волн и увеличения шума (до 10 дб) будут иметь место в случае равномерного чередования импульсов в общем коллекторе для всех цилиндров с симметричными отво­ дами. Условия для волновых резонансов при несиммет­ ричных коллекторах хуже, однако, несмотря на это, уровни звукового давления возрастают на 4—6 дб (дви­ гатель Д-240, рис. 23 и 60). Минимальное увеличение шума от настройки на наддув у четырехтактных дизелей следует ожидать при использовании автономных впуск­ ных труб для каждого цилиндра.

Высокий уровень шума впуска у быстроходных трак­ торных дизелей и его увеличение при акустическом над­ дуве вызывают необходимость в дополнение к воздуш­ ным фильтрам применять специальные глушители. В дизелестроении для уменьшения низкочастотного шума впуска применяют обычно реактивные камерные глуши­ тели, включаемые в систему последовательно с воздуш­ ными фильтрами (ГОСТ 12647—67).

На рис. 61 приведены схемы макетов впускных си­ стем и их электрические аналоги, исследовавшиеся для выявления оптимального варианта по уменьшению уров­ ней звукового давления на основной частоте процесса впуска дизеля Д-240. Объем камеры глушителя был вы­ бран из условия возможностей компоновки и составлял примерно два рабочих объема двигателя. Результаты исследований макетов непосредственно на двигателе приведены на рис. 62, а на рис. 63 в качестве примера показаны зависимости величины заглушения от скорост­ ного режима двигателя, полученные расчетным и экспе­ риментальным путем для макетов, схемы которых приве­ дены на рис. 61, а и г. Расчет эквивалентных электриче­ ских схем производился на ЭВМ.

Как видно из приведенных результатов испытаний, реактивный глушитель принятого одинакового объема при параллельном подключении к системе дает значи-

136

4*"ч

Рис. 61. Акустические и упрощенные аналоговые электрические схемы опытных макетов впуск­ ных трактов с реактивным глушителем:

тельно больший акустический эффект, чем при последо­ вательном подключении. Наибольшее уменьшение уров­ ней звукового давления на основной частоте процесса достигается при параллельном подключении за фильтра­ ми (рис. 61, г). Глушитель в этом случае работает как резонаторный. При значительном увеличении длины при­ соединительного патрубка эффективность глушителя сни­ жается из-за уменьшения проводимости горловины резо­ натора.

Уменьшение пульсаций (неоднородности) потока воз­ духа при установке резонаторного глушителя обеспечи­ вает также существенное уменьшение шума и на средних частотах (0,4—0,5 кГц).

Рис. 62. Зависимости уровней звукового давления на основной ча­ стоте процесса впуска дизеля Д-240 от скоростного режима (/•=0,25 м):

1—система впуска с масляно-контактным фильтром без глушителя; 2, 3, 4 и 5— к системе впуска подключен реактивный глушитель соответственно по схемам а, б, в и г (рис. 61)

Рис. 63. Расчетные и экспериментальные зависимости заглушения звука на основной частоте процесса впуска:

І—в системе впуска установлен камерный глушитель (рис. 61, о); 2—резонатор­ ный глушитель (рис. 61, г)

138

Последовательное подключение реактивных глушите­ лей приводит к увеличению сопротивления в системе на 30—50%, тогда как параллельное подключение на со­ противлении сказывается очень мало. Сравнительные испытания макетов впускных систем по расходу воздуха двигателем показали, что увеличение сопротивления при последовательном подключении глушителей ухудшает наполнение, в результате чего теряется эффект от аку­ стической настройки тракта. При параллельном подклю­ чении реактивного глушителя наблюдалась лишь некото­ рая коррекция зависимости коэффициента наполнения от скоростного режима при большом заглушении.

Выполняя расчеты и настройку впускных систем трак­ торных дизелей с реактивными глушителями, при опреде­ лении скачка фазы при отражении необходимо учиты­ вать общий акустический импеданс воздушных фильтров и глушителя. В работе [41] показано, что подключение резонатора за фильтрами дает возможность уменьшить общий импеданс при отражении и увеличить коэффи­ циент наполнения цилиндров.

Для уменьшения шума на рабочем месте у тракторов с быстроходными двигателями при компоновке впускных систем заборные отверстия следует стремиться распола­ гать как можно дальше от кабины. Например, при уда­ лении места забора воздуха на опытном тракторе МТЗ-80 от кабины наблюдалось уменьшение уровней звукового давления на рабочем месте в октавной полосе 63 Гц до 4 дб (опыты проводились без глушителя).

13.Средства борьбы с шумом механического

игазодинамического происхождения

Косновным методам борьбы с шумами механического

игазодинамического происхождения в источниках отно­ сятся уменьшение амплитуды и ширины спектра возму­ щающих сил и снижение акустической активности кон­ струкции источников (см. рис. 42), В комплексе меро­ приятий по их практическому воплощению могут применяться различные технологические и конструктив­ ные способы и средства,

Ктехнологическим способам борьбы с шумами меха­ нического происхождения на тракторах можно отнести все, что касается качества изготовления и сборки отдель­

139

ных агрегатов и узлов, двигателей и силовых передач в целом, а именно:

улучшение и автоматизацию контроля за соблюде­ нием допусков на точность изготовления и чистоту обра­ ботки сопряженных деталей, в том числе введение аку­ стического контроля;

строгое соблюдение технических условий при ком­ плектовке движущихся деталей по весу и сборке узлов; динамическую балансировку деталей, узлов и меха­

применение акустического контроля готовой продук­ ции — двигателей и силовых передач;

введение в техническую документацию шумовых ха­ рактеристик основных источников.

Наиболее распространенные конструктивные сред­

специфическими особенностями на тракторах, более под­ робно рассматриваются ниже в соответствующих раз­ делах.

Снижение акустической активности конструкции дви­ гателей и силовых передач в связи с постоянным умень­ шением их удельной металлоемкости является одной из актуальных задач борьбы с шумом на тракторах. На практике для уменьшения акустической активности сило­ вых установок идут по пути увеличения поглощения зву­ ковой энергии в конструкции. С этой целью поддоны картера двигателей и различного назначения крышки выполняются из неметаллических материалов, обладаю­ щих большим демпфированием. Вводятся звукоизоли­ рующие прокладки между такими деталями, как поддон картера — блок-картер — крышка распределительных шестерен, головка цилиндров — клапанная коробка — крышка коробки. Одним из условий эффективности при­ менения прокладок является правильное выполнение конструкции крепления, исключающее «звуковые мости­ ки» через крепежные детали — болты, шпильки и т. п.

Для тонкостенных металлических деталей — крышки, дефлектирующие устройства системы охлаждения, щит­ ки — хорошие результаты дает нанесение демпфирующих покрытий. У нас в стране и за рубежом ведутся также работы по созданию и применению многослойных вибро­ поглощающих конструкций из металлов, пластмасс и

140

резины. Например, фирма САѴ (Англия) исследовала эффективность тонких боковых стенок опытных дизелей, состоящих из слоев алюминия и резиньі [21]. В резуль-1 тате такой модернизации было получено уменьшение шума дизелей на 10 дб в широком диапазоне частот.

Особый интерес представляет смещение зоны наи­ большей акустической активности конструкции по диа­ пазону частот для исключения совпадения ее с диапазо­ ном частот наиболее интенсивных возмущений. Такие работы могут потребоваться в стадии испытаний и довод-

141

ки опытных двигателей и силовых передач. Для смеще­ ния зоны акустической активности производится умень­ шение или увеличение жесткости наиболее активных участков стенок корпусных деталей, крышек, гильз ци­ линдров за счет изменения толщины, конфигурации, вы­ полнения ребер жесткости, дополнительных опор и т. и. Возможности получения таким путем большого эффекта в широком диапазоне режимов работы могут быть весь­ ма ограничены из-за широкого спектра суммарных воз­ мущений.

Разнообразие возможных методов и средств уменьше­ ния шума двигателей и силовых передач на тракторах свидетельствует о том, что данная задача может быть успешно решена при комплексном, всестороннем подхо­ де. Основные мероприятия по борьбе с шумом должны быть заложены в конструкцию еще при ее проектиро­ вании.

Уменьшение шума процесса сгорания. Степень акусти­ ческого совершенства процесса сгорания в дизелях В. Д. Курнатов [36] предложил оценивать по величине произ­ ведения продолжительности сгорания At на ширину спек­ тра давления А/. Оптимальным с точки зрения шумности и экономичности будет процесс при

AtА/ min.

Этому условию отвечает процесс, у которого показатели асимметрии и эксцесса являются минимальными, а кри­ вая изменения давления по форме стремится к колоколь­ ной функции. Такой процесс будет иметь минимальное значение степени расширения спектра при сгорании (по­ нятие введено В. Н. Луканиным [38])

__ Д/сI С

Рс =

Д/п

где. рс— степень расширения спектра (у дизелей рс = —10—15); Д/с — ширина спектра импульса газовой силы при сгорании; А/и — ширина спектра импульса газовой силы при пропуске подачи топлива.

Среди дизельных двигателей лучшую степень акусти­ ческого совершенства процесса (А^А/<1) имеют двига­ тели с М-процессом — пленочным смесеобразованием. По степени совершенства процесса к ним приближаются

Н2