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

Т а б л и ц а 5

Вибрации рулевого колеса и полика кабины при номинальном скоростном режиме работы двигателя

* Уровни виброскорости в числителе соответствуют жесткому креплению рулевой колонки, в знаменателе — креплению на кабине (виброизоляция вместе с кабиной).

вой колонки (тракторы МТЗ-80, ZETOR CRYSTAL 8011) практически позволяет обеспечить выполнение требова­ ний по вибрации полика и рулевого колеса. При жестком креплении (трактор МТЗ-50) уровни виброскорости зна­ чительно превышают допустимые значения.

5. Исследования шума источников

Источники шума аэродинамического происхождения. Согласно классификации*, приведенной на рис. 1, к ис­ точникам шума аэродинамического происхождения на тракторах относятся процессы выпуска отработавших газов, впуска воздуха и вентиляторы системы охлажде­ ния двигателей. Влияние шума процессов выпуска и впу­ ска на воздушный шум скоростного тракторного двига­ теля при работе с отключенным вентилятором показано на рис. 17.

При незаглушенном шуме процесса выпуска уровни звукового давления вокруг двигателя во всем диапазоне звуковых частот определяются только шумом выпуска.

40

Полное исключение его при отводе отработавших газов через трубу, что равносильно установке идеального глу­ шителя, приводит к большому уменьшению шума вокруг двигателя. Последующее полное исключение шума процесса впуска при заборе воздуха через трубу (иде­ альный глушитель шума впуска) практически решает задачу уменьшения низко- и среднечастотного шума дви­ гателя. Таким образом, очевидно, что излучаемый двига­ телем воздушный шум будет зависеть прежде всего от эффективности заглушающих устройств во впускной и выпускной системах.

Аэродинамический шум, создаваемый крыльчаткой вентиляторов системы жидкостного охлаждения, в общем воздушном шуме двигателей (Д-50, Д-60, Д-240) прояв­ ляется лишь после исключения шума процессов выпуска и впуска и то обычно только на основной частоте шума вращения крыльчатки (5). На этой частоте уровень зву­ кового давления выделяется в спектре шума двигателей на 5—8 дб. В остальных диапазонах частот уровни зву-

Рис. 17. Спектрограммы шума дизеля Д-240 при работе на номи­ нальном режиме (вентилятор отключен, г=1 м):

/ —без глушителя шума процесса выпуска (впуск воздуха через трубу); 2—впуск воздуха при снятых воздушных фильтрах (выпуск газов в трубу); 3—выпуск газов и впуск воздуха через трубы

41

Рис. 18. Октавные спектры шума процесса выпуска тракторных дви­ гателей при работе на номинальном режиме без глушителей (г=0,5 м):

1—Д-240; 2—ZETOR (№ 002203); 3—Д-60; 4—Д-48

нового давления, создаваемые вентилятором, значитель­ но ниже уровней от других источников.

Шум процесса выпуска является следствием выброса отработавших газов из цилиндров и движения газового потока в выпускной системе с большими скоростями. Основная доля звуковой энергии излучается через вы­ пускные отверстия, а величина ее во многом зависит от режима работы двигателя, акустических характеристик выпускного тракта и глушителей.

На рис. 18 приведены октавные спектры незаглушенного шума выпуска двигателей сельскохозяйственных тракторов при работе на номинальных режимах. Можно констатировать, что шум выпуска у форсированных дви­ гателей значительно выше. В то же время при равенстве

них практически близки по уровням звукового давления во всем диапазоне частот, несмотря на имеющиеся конструктивные отличия (см., например, двигатели Д-240 и трактора ZETOR CRYSTAL 8011). Это свидетельствует об имеющемся аэродинамическом подобии простейших (без глушителей) выпускных систем дизелей.

Влияние на шум незаглушенного выпуска нагрузоч­ ного режима работы двигателя показано на рис. 19. Как видно, самые высокие уровни звукового давления в

42

спектрах шума выпуска наблюдаются на основной ча­ стоте процесса выброса газов из цилиндров (1) и гармо­ нических составляющих низших порядков. С увеличени­ ем нагрузки уровни звукового давления возрастают во всем диапазоне частот, что связано с увеличением объ­ ема отработавших газов и скорости потока.

Увеличение скорости вращения двигателя при посто­ янной нагрузке также приводит к повышению уровней звукового давления при выпуске во всем диапазоне час­ тот. Например, при увеличении числа оборотов в минуту

дб

u

зо Güö

Ж

0,38 МН/м2; 3—0); С—при постоянной нагрузке, рев 0,66 МН/м2 (1—п =*2200 обімин;

2—1700 обімин)

43

с 1700 до 2200 при постоянном значении = 0,6 МН/м2 уровни звукового давления на основной частоте процесса выпуска и в высокочастотной области спектра возраста­ ют на 2—3 дб.

При установке на тракторном дизеле турбокомпрес­ сора шум незаглушенного процесса выпуска по сравне­ нию с шумом процесса без наддува при работе на одина­ ковых режимах значительно уменьшается в широком

Рис. 20. Спектрограммы шума процесса выпуска двигателей при

ТКР-8,5 при*ре=0,65 МНІм2; 3—дизеля Д-240Т при ре—0

диапазоне частот (рис. 20), но и в этом случае шум процесса выпуска определяет общий воздушный шум двигателя во всем диапазоне частот. Уменьшение шума выпуска при работе с турбокомпрессором обусловлено большим сопротивлением выпуску газов, создаваемым турбиной. Однако в высокочастотной области спектра (октавы 8 или 16 кГц) отмечается интенсивный тональ­ ный шум, генерируемый турбиной. Основная частота этого шума зависит от количества рабочих лопаток на колесе турбины и числа его оборотов в минуту (5), воз­ растающего с увеличением нагрузки, а интенсивность уменьшается с увеличением к.п.д. компрессора.

При увеличении расстояния от выпускных отверстий системы до точки измерений шума выпуска в 2 раза уровни звукового давления в октавных полосах спектра уменьшаются на 4—7 дб. Это говорит о том, что практи­ чески отверстия выпускных трактов двигателей по ха­

44

рактеру излучений подобны излучателю нулевого поряд­ ка, т. е. точечному источнику сферических звуковых волн. Показатель направленности излучения (рис. 21) обычно не превышает 4 дб.

До 1970 г. выпускные системы двигателей отечест­ венных сельскохозяйственных тракторов снабжались только искрогасителями. Последние не предназначались специально для глушения шума выпуска, однако, обла-

Рис. 21. Полярные диаграммы показателя направленности шума процесса выпуска:

/ —общего уровня звукового давления; 2—корректированного уровня

дая, как правило, высоким аэродинамическим сопротив­ лением (до 1000—1400 мм вод. ст.), они в некоторой сте­ пени параллельно выполняли функции глушителей. Так, например, искрогасители двигателей тракторов «Беларусь» эффективно глушили шум выпуска на низ­ ких и средних частотах, в то же время на высоких часто­ тах свыше 6—8 кГц они, наоборот, генерировали шумы. В последнее время в связи с возросшими требованиями по уменьшению шума в выпускных системах двигателей всех сельскохозяйственных тракторов устанавливаются глушители-искрогасители. Результаты испытаний и ха­ рактеристики различных тракторных глушителей приве­ дены в гл. III.

Шум процесса впуска можно отнести к разряду низкочастотных шумов с выделяющимися тональной составляющей на основной частоте заполнения цилинд­ ров свежим зарядом (L) и четными обертонами (рис. 22). В отличие от шума выпуска составляющие в высоко­

45

частотной области спектра шума впуска имеют более низкие уровни, так как скорости потока воздуха при впуске значительно ниже, чем скорости потока отрабо­ тавших газов.

Величина звуковой энергии, излучаемой впускными отверстиями, зависит от производительности системы (расхода воздуха), определяемой для каждого конкрет­ ного двигателя скоростным режимом работы, а также от

/—«=2200 об/мин; 2—1800 об/мин

акустических характеристик тракта, воздушных фильт­ ров и глушителей.

У быстроходных двигателей процесс впуска является вторым по значению источником низко- и среднечастотного шума после процесса выпуска. Применение на тракторных дизелях настройки длины впускной трубы для получения эффекта акустического наддува приводит к еще большему увеличению уровней звукового давле­ ния на основной частоте процесса (рис. 23). В тех диапа­ зонах чисел оборотов, где проявляется эффект по наполнению от настройки трубы, уровни звукового дав­ ления на 4—6 дб выше, чем в случае ненастроенной трубы,

При установке на двигателе турбокомпрессора низко­ частотный шум процесса впуска, так же как и выпуска, уменьшается (рис. 24). На характеристики шума про­

46

цесса впуска при турбонаддуве существенное влияние оказывает нагрузочный режим работы двигателя — с уве­ личением нагрузки уровень звукового давления на ос­ новной частоте процесса несколько уменьшается, тогда как в высокочастотной области спектра (октавы 4_ 8 кГц) начинает проявляться и возрастает вихревой шум, создаваемый компрессором. Этот шум обычно хо­ рошо заглушается комплектами воздушных фильтров, в результате чего шум процесса впуска с турбокомпрессо­ ром в. общем воздушном шуме двигателей не выделяется.

До последнего времени во впускных системах трак­ торных дизелей специальных заглушающих устройств не предусматривалось. Их функции во многом выполняли

Рис. 23. Зависимости уровней звукового давления на основной ча­ стоте процесса впуска дизеля при снятых воздушных фильтрах от скоростного режима работы (г=0,25 м):

•47

комплекты воздушных фильтров, конструкции которых, хотя и выполнялись без учета акустических требований, обеспечивали довольно большое уменьшение шума в широком диапазоне частот (см. гл. III). Однако у бы­ строходных тракторных дизелей заглушения на низких частотах, обеспечиваемого воздушными фильтрами, час­ то недостаточно, и шум процесса впуска на основной частоте определяет уровень звукового давления на

Рис. 25. Спектрограммы шума вентилятора системы жидкостного охлаждения двигателя Д-50 при прокрутке (г=1 м):

I —частота вращения ведущего шкива 1500 об/мин; 2—1800 об/мин

рабочем месте и во внешнем шуме трактора. Например, при исключении шума впуска (забор воздуха через спе­ циальную трубу) в октавной полосе 63 Гц уровень зву­ кового давления в кабине трактора МТЗ-80 уменьшался на 4 дб.

Шум вентиляторов системы жидкостного охлаждения тракторных двигателей на фоне остальных источников проявляется обычно в одной-двух октавных полосах, хотя уровень шума на расстоянии 1 м достигает 93— 95 дбА. Как видно из рис. 25, наиболее высокий уровень звукового давления при работе вентилятора системы жидкостного охлаждения имеет мес^о на основной ча­ стоте (5) и второй гармонической составляющей.

С увеличением числа оборотов крыльчатки аэродина­ мические шумы, создаваемые вентилятором, возрастают во всем диапазоне звуковых частот. При этом тональная составляющая шума вращения наиболее выделяется в спектрах при высоких скоростных режимах.

48

У более производительных осевых вентиляторов дви­ гателей воздушного охлаждения интенсивные излучения отмечаются на высоких частотах в октавных полосах 1—2 кГц. Например, при работе вентилятора двигателя Д-37Е на номинальном режиме уровни звукового давле­ ния на частотах свыше 1 кГц на 3—7 дб превышают уровни, создаваемые вентилятором близкого по мощностным показателям двигателя жидкостного охлажде­

ния Д-50.

Двигатели. При исключении источников аэродинами­ ческого шума (выпуск отработавших газов и забор воз­ духа через трубы, отключение вентилятора) интеграль­ ный уровень звукового давления акустических излучений тракторных двигателей определяется, как правило, высокочастотными составляющими в спектре (см. рис. 17). Источниками их являются газодинамические возму­ щения при сгорании топлива в цилиндрах и механиче­ ские возмущения при работе кривошипно-шатунного, кла­ панного механизмов и распределительных шестерен. Кроме того, здесь присутствует шум топливоподающей аппаратуры и агрегатов системы смазки двигателя.

В табл. 6 приведены основные характеристики и ре­ зультаты измерений и расчетов средних уровней шума двигателей пропашных сельскохозяйственных тракторов на расстоянии 1 м при работе на номинальных режимах. Для сравнений в таблице приведены также результаты измерений и расчетов уровней шума двигателей СМД-14 и А-41 тракторов общего назначения. Анализ результа­ тов измерений шума показывает, что наиболее шумными являются форсированные двигатели Д-160, Д-240, Д-240Т, у которых удельная масса составляет 6— 8 кг/кВт. Если сравнивать двигатели с близкими номи­ нальными показателями, то оказывается, что более ме­ таллоемкие двигатели являются менее шумными.

Высокочастотные излучения двигателей, определяю­ щие уровень шума по шкале А, зависят от скоростных и нагрузочных режимов работы. Результаты измерений показывают, что изменение скоростного режима на каж­ дые 100 об!мин приводит к изменению уровней шума в среднем на 0,7 дбА, а изменение среднего эффективного давления на 0,1 МН/м2— на 0,5 дбА.

По уровням шума на одинаковом расстоянии вокруг двигателей, когда полностью исключены источники шума