Файл: Разумовский М.А. Борьба с шумом на тракторах.pdf

1 0 0 м/с у тракторных двигателей шумы свободной струи сравнительно не велики.

Спектр периодически повторяющихся импульсов, ка­ кими практически являются импульсы разрежения и давления в рассматриваемых системах (рис. 46), являет­ ся. дискретным. Модули амплитуд его гармонических со­ ставляющих могут быть аналитически определены в том случае, если математически описана функция p(t). Для расчетов в стадии проектирования особый интерес пред­ ставляют упрощенные методы описания p(t) или фун­ кции объемной скорости за клапаном, не требующие большого количества исходных данных. Известны, на­ пример, методы представления функции p(t) прямоуголь­ ными (метод Клуге) и трапецеидальными импульсами [30, 72]. Удовлетворительные результаты могут быть прлучены, если закон изменения давления в рассматри­ ваемых системах представить в виде функции колоколь­ ного импульса (см. рис. 40, г)

Ѵ я/іт ). Уровни звукового давления дискретных состав­ ляю щ их низкочастотного шума впуска и выпуска в этом случае определяются по формуле

+ —

2

Т

'2~

9 6 ’

где Т — период следования импульсов в системах; k порядковый номер гармоники.

Анализ осциллограмм колебаний давления во впуск­ ных и выпускных системах тракторных дизелей и спек-* трограмм шума на номинальных режимах показывает, что при ориентировочных расчетах импульсы давления (разрежения) могут быть аппроксимированы колоколь­ ными импульсами при значении коэффициента а в пре­ делах 0,5—0,8.

Рис. 49. Относительные третьоктавные спектры высокочастотного шума процесса впуска (/) и выпуска (2) при работе без заглушаю­ щих устройств

Для построения высокочастотной области спектров шума процессов выпуска и впуска (без глушителей-филь­ тров) на рис. 49 приведены относительные третьоктавные спектры высокочастотного шума, полученные в резуль­ тате усреднения экспериментальных данных. Уровни зву­ кового давления в третьоктавных полосах высокочастот­ ного шума определяются из выражения

где LB4— уровень звукового давления, определяемый по формуле (51); ДL/ — составляющая относительного спек­ тра, представленного на рис. 49. <' В качестве примера на рис. 50 приведены третьоктав­ ные спектрограммы шума у впускных и выпускных от­ верстий тракторного дизеля при работе на номинальном режиме без заглушающих устройств и спектры, получен-

7*

лше расчетным путем для низко- и высокочастотных диа­ пазонов. При расчетах и построении низкочастотного диапазона спектров принималось а = 0,6 для процесса впуска и а = 0,8 для процесса выпуска. Удовлетворитель­ ное г-совпадение рассчитанных спектров с эксперимен­ тальными позволяет использовать их для расчетов звуко­ воро.; поля трактора, шума в кабине и требуемых харак-

Рис. 50, Спектрограммы и расчетные спектры шума процесса впуска

(а) (г=0,25 м) и выпуска (б) (г=0,5 м) без заглушающих устройств при работе дизеля Д-240 на номинальном режиме

іеристик заглушающих устройств. При необходимости они' легко могут быть пересчитаны в октавные.

• Применение на двигателях сельскохозяйственных тракторов турбонаддува приводит к изменению характе­ ра колебательных процессов в системах впуска и выпуска и-.характеристик излучаемого шума. При умеренном над­ дуве избыточное давление воздуха после компрессора до­ стигает 0,05 МН/м2, а давление перед турбиной —

too

0,06 МН/м2. В связи с этим увеличивается постоянная составляющая объемной скорости газового потока и уменьшается избыточная работа импульсов при наполне­ нии и очистке цилиндров, что в свою очередь приводит к снижению шума в широком диапазоне частот (см. рис. 20). Величина уменьшения шума выпуска из-за демпфи­ рования, вносимого турбиной, приближенно определяет­ ся из выражения

где рі — избыточное давление перед турбиной; р2— из­ быточное давление после турбины. По этой же формуле ориентировочно может быть определена величина умень­ шения низкочастотного шума при впуске: вместо рі в формулу подставляется значение избыточного давления после компрессора, а вместо р2— абсолютная величина разрежения до него.

Вспектрах незаглушенного шума выпуска двигателя

стурбокомпрессором выделяется высокочастотная то­ нальная составляющая, обусловленная работой турбины (5 ),—- сиренный шум (см. рис. 20), звуковая мощность

которого Р ~ п \ cfT [1], где пт— число оборотов в секун­ ду колеса турбины, а dT — его диаметр, м. Средний уро­ вень звукового давления сиренного шума осевой турби­ ны на расстоянии г м от отверстия выпускной трубы мо­ жет быть приближенно определен по формуле

Здесь К — коэффициент подобия для выпускных систем с турбиной без заглушающих устройств. При выполнении расчетов применительно к тракторным двигателям со стандартными турбокомпрессорами (работа в зоне ма­ ксимального к.п.д.) его значение может быть принято равным 6,5-ІО2.

В шуме процесса впуска без заглушающих устройств шум вращения при работе центробежного компрессора обычно не проявляется (см. рис. 24). При работе двига­ теля с большими нагрузками в высокочастотном шуме впуска преобладают вихревые шумы и шумы от неодно­

101

родности потока, которые хорошо заглушаются комплек­ том воздушных фильтров.

Построение ориентировочного спектра шума выпуска двигателя с турбонаддувом при работе без заглушающих устройств может быть выполнено следующим образом. Вначале рассчитывается спектр низко- и высокочастот­ ного шума, как для обычного выпускного тракта, без учета уменьшения шума турбиной. Затем полученный спектр смещается вниз по графику на величину, опреде­ ляемую по формуле (55). Уровень звукового давления сиренного шума определяется по формуле (56).

При обычных скоростях вращения турбокомпрессоров тракторных двигателей порядка 40000—60000 об/мин тональные составляющие по частоте выходят за преде­ лы нормируемого диапазона и располагаются в октавной полосе со среднегеометрической частотой 16 кГц. По имеющимся данным [18], безопасный уровень звукового давления на рабочем месте на частотах 16—18 кГц со­ ставляет 85—90 дб. Исходя из этого, могут быть опре­ делены необходимые характеристики заглушающих устройств сиренного шума.

Вентиляторы системы охлаждения. В спектре шума вентиляторов системы охлаждения двигателей наблюда­ ются полосы частот, в которых уровни звукового давле­ ния соизмеримы с уровнями излучений главных источни­ ков шума на тракторах. Поэтому при выполнении аку­ стических расчетов особый интерес представляет определение частотного диапазона и уровней максималь­ ных излучений при работе вентиляторов.

На тракторных двигателях применяются преимущест­ венно осевые вентиляторы, создающие воздушный поток со скоростями до 50—60 м/с. Излучаемый ими шум по характеру возмущения можно разделить на следующие составляющие:

шум вращения; шум от неоднородности потока; вихревой шум; механический шум.

Шум вращения возникает от силового воздействия ло­ пастей вентилятора на воздушную среду. Максимум на­ правленности этого шума — под углом ~ 1 1 0 ° к оси вен­ тилятора, а минимум — по его оси [33]. Частота шума вращения определяется из выражения (5).

102

Шум от неоднородности потока возникает в резуль­ тате турбулентных пульсаций набегающего потока и осо­ бенно проявляется при наличии направляющего аппара­ та у вентиляторов двигателей воздушного охлаждения. Этот шум имеет одинаковую природу с вихревым шумом и подчиняется одним и тем же законам.

Частота наиболее интенсивного вихревого шума явля­ ется частотой срыва вихрей, зависящей от скорости по­ тока и поперечных размеров лопастей:

где Sh — число Струхаля; b — поперечный размер лопа­ сти; а — угол установки лопастей; k —l, 2, 3, ... Для плос­ ких лопастей по аналогии с пластинами Sh = 0,18-—0,2.

Максимальные уровни в спектре вихревого шума имеют первые гармонические составляющие, хотя его спектр сплошной в широком диапазоне частот.

Механический шум, составляющие которого кратны частоте вращения вентилятора, зависит от качества изго­ товления, балансировки, зазоров в подшипниках и т. п. У современных тракторных двигателей в результате про­ водимой балансировки в динамическом режиме механи­ ческие шумы вентиляторов не велики.

При расчете уровней шума различных вентиляторов обычно пользуются закономерностями и формулами, по­ лученными Е. Я- Юдиным [8 , 6 6 ]. Звуковая мощность вихревого шума, превалирующего в общем шуме венти­ ляторов тракторных двигателей на высоких частотах, определяется по формуле

ность и скорость звука в воздухе. При выполнении ори­ ентировочных расчетов применительно к вентиляторам, распространенным на тракторных двигателях, можно принимать х = (8-7-11) • ІО-5.

Уровень звукового давления шума вращения венти­ ляторов часто выделяется в спектрах над остальным шу­

103

мом на 6 — 8 дб. Его можно приближенно рассчитать по формуле, полученной на основании закономерностей, установленных Л. Я- Гутиным и А. Демингом:

лопастей; г — расстояние от центра крыльчатки, м. При­ менительно к расчету вентиляторов тракторных двигате­ лей К п = (1 -е З) • 10~7.

Из формул (58) и (59) видно, что основным факто­ ром, влияющим на шум вентиляторов, является окруж­ ная скорость крыльчатки и для уменьшения шума необ­ ходимо стремиться ее уменьшить. При сохранении заданной производительности вентилятора и параметров охлаждения двигателей это достигается главным обра­ зом за счет уменьшения скорости вращения крыльчатки при увеличёнии числа лопастей, площади радиатора и некоторого увеличения диаметра крыльчатки. Уменьше­ ние шума вентиляторов двигателей воздушного охлажде­ ния достигается также за счет уменьшения неоднородно­ сти потока путем соответствующего подбора числа лопа­ ток направляющего аппарата (zn.a>zK), параметров и места установки защитных решеток [38].

10.Определение характеристик шумов механического происхождения

Сточки зрения акустических расчетов главные источ­

ники шумов механического происхождения — двигатели и силовые передачи являются наиболее сложными. Стро­ гий математический расчет их излучений практически невозможен из-за весьма ограниченных возможностей определения расчетным путем механического импеданса (см. выражение (24)) таких сложных по конфигурации деталей, как блоки и головки цилиндров, корпусные де­ тали трансмиссии и т. п., которые являются основными излучателями воздушного шума. В лучшем случае в ре­ зультате упрощений, например при представлении их в виде комплекса осцилляторов [16], удается в первом приближении определить границы диапазона частот наи-

104