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

* Данные НИКТИД.

аэродинамического происхождения, тракторные двигате­ ли практически можно считать ненаправленными излу­ чателями. В то же время при узкополосном анализе шума с той или иной стороны часто выделяются отдель­ ные составляющие. Например, у двигателя Д-50 в спект­ рах шума с правой стороны выделяется составляющая в третьоктавной полосе 630 Гц, которая исчезает после остановки ротора центробежного фильтра очистки масла.

Шум процесса сгорания. От количества и характера подвода тепла — импульса нарастания давления и фор­ мы индикаторной диаграммы во многом зависят акусти­ ческие излучения двигателя. В работах В. Н. Луканина

50

[38, 39], подробно исследовавшего непосредственно шу­ мы процесса сгорания автотракторных двигателей, пока­ зано, что ширина спектра излучений зависит от энергии процесса и степени расширения спектра силы давления газов, т. е. чем более динамичен (жестче) процесс, тем более широким будет спектр акустических излучений.

У тракторных двигателей продолжительность им­ пульса нарастания давления сравнительно велика. Этим

Рис. 26. Спектрограммы шума двигателей Д-60 (а), Д-240 (б), Д-240Т (е) (шумы аэродинамического происхождения исключены,

г —1 м):

/—холостой ход, обороты номинальные; 2—режим номинальной мощности

4*

можно объяснить небольшое влияние нагрузки на высо­

ния определяет уровень звукового давления. Некоторое увеличение уровней звукового давления на частотах свыше 1 кГц с ростом нагрузки, как будет показано ни­ же, связано с шумом распределительных шестерен, который в свою очередь зависит от характера протека­ ния рабочего процесса.

С увеличением угла опережения впрыска топлива скорость нарастания давления dp/dt возрастает из-за увеличения продолжительности первого периода сгора­ ния и накапливания топлива в цилиндрах. Это приводит к расширению спектра газовых сил в сторону высоких частот и соответственно к увеличению интенсивности высокочастотного шума. У двигателей с газотурбонаддувом повышенный шум от процесса сгорания наблюдается на промежуточных режимах нагрузки (см. рис. 65), т. е. на этих режимах особенно заметно проявляется не­ соответствие опережения впрыска топлива оптимальному с точки зрения жесткости и шумности процесса.

Следует отметить трудности экспериментального ис­ следования влияния шума процесса сгорания на высоко­ частотный шум двигателя из-за высоких уровней шумов, создаваемых другими источниками. В. Д. Курнатов [36], применив метод анализа функции взаимной корре­ ляции сигналов от датчиков давления в цилиндре и вибрации на судовых двигателях, установил, что на низких частотах (до 340 Гц) нормированный коэффици­ ент взаимной корреляции превышает 0,5, т. е. роль процесса сгорания велика, что касается диапазона высо­ ких частот, то здесь его роль в шумообразовании незна­ чительна.

Шумы механического происхождения. Спектрограм­ мы шума, излучаемого кривошипно-шатунным и клапан­ ным механизмами, представлены на рис. 27 и 28. Запись спектрограмм производилась при прокрутке механизмов электробалансирной машиной стенда. Масло в систему смазки двигателя подавалось специальным насосом с электрическим приводом, который устанавливался в другом помещении. При прокрутке клапанного механиз­ ма для уменьшения шумового фона шатунно-поршневые

52

комплекты демонтировались, а привод кулачкового вала от коленчатого вала двигателя осуществлялся через шестерни с промежуточным элементом из резины между ступицей и зубчатым венцом.

При прокрутке кривошипно-шатунного механизма че­ тырехцилиндрового тракторного двигателя в спектро­ граммах шума отмечается высокий уровень на частоте перекалки поршней, соударений в подшипниках и изме­ нения неуравновешенных сил инерции. Звуковая энергия низкочастотных излучений двигателя при прокрутке

Рис. 27. Спектрограммы шума кривошипно-шатунного механизма двигателя Д-240 при прокрутке (r= 1 м):

1—л=2200 Обімин; 2—1800 об/мин; 3—1600 об/мин

53

реальному шуму, который он вносит в общий шум при работе двигателя. Следует отметить более широкий спектр интенсивных акустических излучений при работе клапанного механизма. Как видно из рис. 28, эти излуче­ ния особенно на высоких частотах во многом зависят от величины теплового зазора. В то же время на работаю­ щем двигателе (Д-60, Д-240) увеличение теплового зазора не приводит к изменениям в спектре излучаемого шума, так как в этих случаях шум клапанного механиз­ ма маскируется шумом других источников.

На интенсивность звуковых излучений клапанного механизма влияет скоростной режим работы. При увели­ чении числа оборотов в минуту с 1800 до 2200 при нор­ мальном тепловом зазоре уровни звукового давления в октавах 1 кГц и более увеличиваются на 2—3 дб.

Одним из главных источников шума механического происхождения тракторных двигателей могут быть шестерни распределения (рис. 29). Как видно из сопо-

Рис. 29. Схема механизма распределительных шестерен дизеле» Д-50, Д-60, Д-240:

1—2—шестерни привода масляного насоса системы смазки; 3—4—5—6—привода распределительного вала и гидронасоса усилителя руля; 3—6—7—8—9—привода топливного насоса и пнев.мокомпрессора (Д-240)

55

ставления спектрограмм воздушного шума двигателя Д-50 и шума в зоне распределительных шестерен (рис. 30), они определяют уровни звукового давления в спектрах шума двигателя в диапазоне частот 0,9—3 кГц и общий уровень шума по шкале А. То же наблюдается у двигателей Д-60 и Д-240.

Рис. 30. Спектрограммы шума двигателя Д-50 при работе на номи­

нальном режиме (а) и шума у крышки распределительных шесте­ рен (б):

Для количественной оценки звуковой мощности, вно­ симой распределительными шестернями в общий шум двигателя Д-50, определялась коррелированность акусти­ ческих сигналов в отмеченной выше полосе частот — шума под крышкой распределительных шестерен с шу­ мом двигателя на расстоянии 1 м с левой и правой сто­ роны при работе на номинальном режиме. С помощью коррелятора были получены функции взаимной корреля-

56

дии, приведенные на рис. 31. Из графиков функций вид­ но, что при т = 0 коэффициенты корреляции соответствен­ но равны 0,90 и 0,86, т. е. основную долю звуковой мощ­ ности в диапазоне частот 0,9—3 кГц в общий шум двига­ теля вносят распределительные шестерни: соответственно 90 и 86% от общей звуковой мощности.

На рис. 32 приведены спектрограммы шума отдель­ ных приводов, записанные на режимах прокрутки. При

Р х.Г О

Рис. 31. Функции взаимной корреляции:

а —шума под крышкой распределительных шестерен и шума двигателя слева (г=1 м ); б—шума под крышкой распределительных шестерен и шума дви­ гателя справа

исследовании каждого привода все остальные приводы и источники шума отключались. Нагрузка создавалась приводимыми механизмами, при этом для уменьшения шумового фона во время испытаний привода распреде­ лительного вала клапаны регулировались без зазора так, что они не садились в гнезда, а при испытаниях при­ вода топливного насоса форсунки устанавливались в зву­ коизолированный сосуд. Подача масла при прокрутке приводов производилась от специального насоса с элек­ трическим приводом.

57

Из спектрограмм шума видно, что максимум излуче­ ний при работе всех приводов расположен в одном и том же диапазоне частот 0,9—3,0 кГц. Наиболее высокие уровни звукового давления создает автономный привод системы смазки двигателя, у которого основная частота пересопряжения зубьев шестерен (4) на данном режиме составляет 1400 Гц. У остальных приводов, осуществляе­ мых через промежуточную шестерню, в полосе частот с

максимальным уровнем звукового давления расположе­ на вторая гармоника частоты пересопряжения зубьев (/2=4200 Г ц ). Эти частоты возмущений расположены в полосе частот наибольшей акустической активности кор­ пусных деталей двигателя (см. рис. 41) и крышки рас­ пределительных шестерен.

На изменение скоростных и нагрузочных режимов по интенсивности излучаемого шума приводы реагируют по-разному. Так, например, шум привода топливного насоса возрастает с увеличением нагрузки (подачи топ­ лива) . Увеличение нагрузки на привод масляных насосов за счет увеличения сопротивления и давления в системах приводит обычно к уменьшению излучаемого шума, что обусловлено демпфирующим действием масла на рабо­ чие шестерни насосов. При увеличении числа оборотов в

58

минуту интенсивность шума обычно возрастает. Уровни звукового давления уменьшаются во всех случаях, если скоростной режим изменяется настолько, что основ­ ная частота пересопряжения зубьев в приводе масляного насоса или вторая гармоника частоты пересопряжения у остальных приводов выходит из полосы частот наиболь­ шей акустической активности корпусных деталей.

На шум распределительных шестерен существенное влияние оказывают нагрузочный режим работы двига­ теля и жесткость рабочего процесса: при увеличении нагрузки и угла опережения подачи топлива шум возра­ стает (см. рис. 26 и 30). Это обусловлено увеличением крутильных колебаний носка коленчатого вала, ведущей шестерни и крутильных колебаний в приводах. Последние замерялись во время опытов с помощью электродинами­ ческого датчика крутильных колебаний.

Сопоставление результатов спектрального анализа шума у шестерен при одновременной работе приводов топливного насоса и клапанного механизма на режимах прокрутки и работающем двигателе (привод масляного насоса системы смазки отключен) показывает, что час­ тотные диапазоны, в которых наблюдаются наибольшие уровни звукового давления, в обоих случаях полностью совпадают. Что касается абсолютной величины уровней звукового давления, то при работающем двигателе они значительно выше из-за интенсивных крутильных коле­ баний в приводах и практически соизмеримы с уровнями звукового давления, создаваемого приводом масляного насоса системы смазки.

Шум вспомогательных механизмов. Влияние шума топливоподающей аппаратуры и агрегатов системы смаз­ ки на общий шум двигателя может быть оценено путем сравнения спектров шума вблизи механизмов при их прокрутке и на работающем двигателе.

На рис. 33 приведены спектрограммы шума вблизи топливного насоса УТН-5 при его прокрутке на двигате­ ле Д-50 (полная подача топлива, впрыск в звукоизолиро­ ванный сосуд) и при работе двигателя на номинальном режиме. Как видно, топливный насос излучает интенсив­ ный высокочастотный шум, который, однако, при работе двигателя значительно перекрывается шумом от других источников, из-за чего на общий шум двигателя он пра­ ктически не влияет.

59