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

Из условия равенства резонансных частот акустической и электрической систем могут быть определены численные соотношения всех аналогов, так как размерные соотноше­ ния в моделируемой акустической системе известны после предварительного поэлементного выбора ее параметров.

Поскольку уровень звуковых излучений пропорцио­ нален колебательной скорости массы газа в отверстии выпускной системы (45), коэффициент передачи выпуск­ ного тракта (см. параграф 6 , модель II) может быть представлен как отношение объемной колебательной ско­ рости на выходе системы к объемной колебательной ско­ рости на входе, т. е.

чения на входе и выходе. При Ft = F2 коэффициент пере­ дачи в эквивалентных схемах

Чтобы избежать промежуточного расчета масштаб­ ных соотношений эквивалентных схем, путем' анализа электрических схем получают аналитические зависимо­ сти коэффициента передачи как функции импедансов со­ ставляющих звеньев цепи, а затем при расчете заглуше­ ния в эти выражения вместо значений электрических подставляются соответствующие значения акустических импедансов. Например, выражения для расчета заглуше­ ния, обеспечиваемого реактивными элементами во впуск­ ной системе дизеля (см. параграф 1 2 ), в соответствии со схемами,- приведенными на рис. 61, а и г, имеют вид

АL a = Ю lg I {Z1Z3Z5}{(Zi + Z2)[(Z3 + Z4)(Z5 + Ze + Z7) -r

121

+ Z5 (Z, + Z 7)]+Z, [Z4 (Ze + Z6 + Z7) + Z5 (Z6 + Z7) ] P j дб,

ALe = 101g[{Z1Z3(25+ Z 6)}{(Z1 +Z 2)[(Z3 + Z5 + Z 6)(Z4+ Z 7)+

+ Z3 (Z6 + Z6)] 4- Z3 (Z5 + Z6)(Z4 -f Zj)}- 1 1 дб.

Использование ЭВМ при расчетах сложных акусти­ ческих схем открывает возможности многократного варь­ ирования с целью определения оптимальных параметров отдельных звеньев и их сочетания в общей схеме. Однако опыт показывает, что эти расчеты следует рассматри­ вать как ориентировочные и поисковые, так как при мо­ делировании невозможно учесть всех последствий дина­ мики потока газа, оказывающих существенное влияние на действительную характеристику заглушения. Кроме того, элементы конструкции глушителя, являющиеся пре­ пятствиями в потоке,— кромки переходов, щелей, отвер­ стий и др. могут быть причинами интенсивных вихревых шумов. Поэтому после выбора основных параметров глу­ шителя по результатам расчетов окончательная доводка его конструкции производится в процессе натурных испы­ таний непосредственно на двигателе.

Глушители шума выпуска тракторных двигателей.

Ограниченные размеры тракторных глушителей не дают возможности обеспечить требуемое заглушение шумов в широком диапазоне частот только за счет использования реактивных элементов, хотя они и отличаются простотой и низким аэродинамическим сопротивлением. Эффек­ тивное глушение низкочастотных составляющих шума процесса выпуска тракторных двигателей реактивными элементами обычно вообще неосуществимо практически, так как для этого требуются большие размеры ячеек и глушителя в целом. Поэтому на сельскохозяйственных тракторах идут по пути разработки комбинированных глушителей, работающих как по принципу активного, так и реактивного заглушения.

Для уменьшения низкочастотного шума выпуска при­ меняется главным образом способ активного заглушения, причем предпочтение отдается глушителям с последова­ тельной фрикцией без использования звукопоглощающих материалов. Эффективность работы таких глушителей на низких частотах находится в прямой связи с аэроди­ намическим сопротивлением. С хорошей для практиче­ ских целей точностью заглушение за счет демпфирования

122

пульсирующего потока может быть определено по фор­ муле

ское) сопротивление выпускной системы с глушителем, Па\ ДЯтр— сопротивление выпускной системы такой же длины без глушителя, Па.

Суммарное сопротивление выпускной системы с глу­ шителем

2ДЯ = Is Л * - .П а ,

2 8

а сопротивление выпускной трубы без глушителя

Здесь |ѵ — суммарный коэффициент сопротивления вы­ пускной системы с глушителем; у — удельный вес отра­ ботавших газов, Я/л*3; и — средняя скорость потока, м/с; g — ускорение силы тяжести, м/с2-, X — коэффициент со­ противления трения единицы относительной длины (дли­ ны в один диаметр) трубы; s0— поверхность трения, м2;

обоих случаях могут быть рассчитаны по справочным данным [28]. Максимальные величины сопротивления 2ДЯ и глушения шума AL ограничены допустимыми по­ терями мощности двигателем и ухудшением экономич­ ности.

Общая эффективность шумоглушения зависит как от абсолютной величины сопротивления, так и от того, ка­ ким путем оно получено. Например, увеличение сопротив­ ления путем установки в выпускной системе простейшего дросселя — шайбы с отверстием приводит к закономер­ ному уменьшению уровней низкочастотных составляю­ щих в спектре шума выпуска, однако при этом в резуль­ тате увеличения скорости потока газа в месте сужения появляется интенсивный вихревой шум. Опыт показы­ вает, что при активном способе глушения немаловажную

123

роль играет рациональная организация движения потока газа в глушителе и увеличение Проходимого им пути (рис, 53). Увеличивающиеся при этом площадь и время контакта потока с элементами конструкции (фрикциями) и возникающие различные виды трения и теплообмен способствуют глушению шума в широком диапазоне ча­ стот. Организация вращательного движения потока, кроме того, может быть использована для инерционного вы-

Рис. 53. Примеры схем организации движения потока газа в глу­ шителях: а и 6 — движение по лабиринту с поворотом на 90 и 180°; в — движение по спирали (шнеку); г — комбинированное

деления из него раскаленных частиц нагара — искрогашения.

Рациональная организация потока газа при активном способе глушения в сочетании с реактивными элемента­ ми дает возможность получить достаточно высокие за­ глушающие свойства в широком диапазоне частот при ограниченных объемах тракторных глушителей и прием­ лемом сопротивлении.

Уменьшение шума процесса выпуска в результате охлаждения газов в глушителях со сложной организа­ цией движения потока и повышенным теплообменом

где Т1 — температура газов на выходе из выпускной си­ стемы без глушителя; Т2— температура газов на выходе после установки глушителя.

При экспериментальной оценке глушителей частотная характеристика заглушения определяется по разнице уровней звукового давления в полосах спектров шума у

124

выпускных отверстий при работе двигателя без глушите­ ля и с глушителем. В обоих случаях выпускной тракт выполняется одинаковой длины. Микрофон при измере­ ниях устанавливается на расстоянии 0,25 или 0,5 м от центра выпускных отверстий по линии, наклоненной к оси потока под углом 60 или 90° (см. рис. 6). Безмотор­ ные методы испытаний [35] тракторных глушителей обычно не применяются.

Эффективность искрогашения, обеспечиваемая глуши­ телем, оценивается методом сравнения с эталоном. Для этого может быть применен следующий простой метод. Во впускной трубопровод двигателя вводится доза (око­ ло 1 смг) измельченного древесного угля одинакового фракционного состава. В затемненном испытательном боксе фотографируются искры, вылетающие из выпуск­ ной системы. Опыты проводятся поочередно при снятом глушителе, с оцениваемым образцом глушителя и с эта­ лонным искрогасителем.

На рис. 54 приведены примеры конструкций глушите­ лей шума выпуска двигателей сельскохозяйственных тракторов, устанавливаемых при типичной компоновке системы — выпуск газов вверх над двигателем. Резуль­ таты их испытаний приведены на рис. 55.

Искрогаситель-глушитель, приведенный на рис. 54, а, хорошо зарекомендовал себя в эксплуатации как эффек­ тивный искрогаситель и в настоящее время часто ис­ пользуется в качестве эталона при испытаниях различ­ ных глушителей на качество искрогашения. Он имеет большое аэродинамическое сопротивление, вследствие чего хорошо заглушает шум выпуска на низких и сред­ них частотах. На высоких частотах он малоэффективен и даже генерирует шум.

Глушители с последовательной фрикцией (рис. 54, б) при выполнении с низким коэффициентом перфорации и высоким сопротивлением обладают хорошими заглушаю­ щими свойствами на низких и средних частотах, однако, так же как и глушители резонаторного типа, они не обеспечивают требуемого искрогашения и на сельскохо­ зяйственных тракторах могут эксплуатироваться только с дополнительными искрогасителями.

Типичными представителями тракторных глушителей со сложной организацией движения потока газа являют­ ся глушители конструкции ММЗ-БИМСХ (рис. 54, в, г).

125

Оба глушителя являются эффективными искрогасителя­ ми, а глушитель ММЗ-БИМСХ-2 отличается более равно­ мерной характеристикой заглушения.

В глушителе-искрогасителе (рис. 54, г) поток газа движется по восходящей спирали, что обеспечивается двумя направляющими аппаратами с наклонными лопат­ ками. Различие в диаметрах центральной и отводящей труб образует ловушку для раскаленных частиц нагара,

50 ЮО 200 500 1000 2000 500010000 Гц

Рис. 55. Октавные спектры шума процесса выпуска двигателя Д-240 при работе на номинальном режиме:

(рис. 54, г, Ѵ=7,5 л)

которые попадают в нее под действием центробежных сил. На двигателях сельскохозяйственных тракторов класса 0,9—2,0 т мощностью до 60 кВт глушитель обес­

400 мм вод. ст. у наиболее мощных двигателей. По каче­ ству искрогашения он не уступает зарекомендовавшим себя искрогасителям. При установке на двигателях с турбонаддувом мощностью до 75 кВт глушитель, приве­ денный на рис. 54, г, без направляющих аппаратов умень­ шает уровень сиренного шума турбины на 18—20 дб (рис. 56) при увеличении сопротивления выпуску до 350 мм вод. ст.

128

Возможности варьирования местом установки глуши-** телей по длине выпускного тракта с целью отыскания* оптимальных размеров соединительной и конечной труб у выпускных систем тракторных двигателей весьма -отра** ничены. Для уменьшения шума на рабочем месте выпуск*1 ные трубы с глушителями следует размещать как можно дальше от кабины, например, ближе к первому цилиндру

Рис. 56. Спектрограммы шума процесса выпуска дизеля Д-240Т при работе на номинальном режиме (г = 0,5 м):

/ —без глушителя; 2—с глушителем-искрогасителем ММЗ-БИМСХ-2 без на­ правляющих аппаратов

(трактор МТЗ-80 и др.), а при ориентировании плоско­ сти среза выпускной трубы учитывать характеристику направленности излучений (см.,рис. 21).

,/

12.Глушение шума процесса впуска

Акустические характеристики воздушных фильтров.

В связи с работой сельскохозяйственных тракторов в условиях повышенной запыленности воздуха к впускным системам двигателей предъявляются высокие требова­ ния по качеству его очистки. Устанавливаемые для этого комплекты воздушных фильтров (рис. 57), помимо пря­ мого назначения — очистки воздуха, выполняют также функции глушителей шума процесса впуска. По принци­ пу заглушения шума распространенные на тракторах* инерционные, масляноконтактные и бумажные фйльтрУ могут быть отнесены к глушителям активно-реактивного типа. Роль активных элементов (фрикций) в них выііол: