ШУМ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ ЗИЛ-130

  Главная      Автомобили - ЗИЛ     Шасси автомобиля ЗИЛ-130 (Кригер А.М.) - 1973 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..   80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  ..

 

 

ШУМ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ ЗИЛ-130


К основным источникам шума в двигателе следует отнести: колебательные процессы в системах впуска и выпуска; вибрации блока и головок блока цилиндров, картера, крышки распределительных шестерен, впускного и выпускного трубопроводов; колебательные процессы в вентиляторе, водяном насосе системы охлаждения и в компрессоре тормозной системы автомобиля.

 

 

Спектры шума и вибраций двигателя ЗИЛ-130 с высоким уровнем составляющих занимают область частот 25—10 000 Гц. Уровень шума двигателя зависит в основном от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. При увеличении нагрузки от нуля до полной уровни составляющих спектров шума и вибрации возрастают на 5—10 дБ (рис. 140, а). Более интенсивно повышаются уровни составляющих спектра в диапазоне частот 100— 2000 Гц. При увеличении частоты вращения коленчатого вала от 900 до 2800 об/мин уровни составляющих шума возрастают на 10—20 дБ (рис. 140, б).

Во время доводки двигателя ЗИЛ-130 исследовался шум, вызываемый работой клапанного механизма. Чтобы оценить шум,

создаваемый только им, в двигателе ЗИЛ-130 был осуществлен автономный привод распределительного вала. Результаты опытов показали, что клапанный механизм двигателя ЗИЛ-130 создает высокочастотный шум с высоким уровнем, особенно при большой частоте вращения коленчатого вала.

Основной вибрационный импульс, порождающий шум, возникает при посадке клапана в седло, что видно по осциллограмме одноцилиндрового двигателя (рис. 141). Открытие клапана сопровождается менее сильным вибрационным импульсом.

 

Величина зазора в клапанном механизме влияет на уровень высокочастотной области спектра шума двигателя. Если увеличить зазор, например, только у одного впускного клапана с 0,45 до 1 мм, то уровень составляющих в спектрах колебательной скорости и шума увеличится в диапазоне частот 5000—12 500 Гц

на 4—5 дБ. При работе впускных клапанов уровень шума на 2—3 дБ выше, чем при работе более легких выпускных клапанов.

 

 

99. Фазы газораспределения двигателя ЗИЛ-130 при опытных распределительных валах (в градусах угла поворота коленчатого вала)

Номер

распредели­

тельного

вала

Впускные клапаны

Выпускные клапаны

Открытие до в. м. т.

Закрытие после н. м. т.

Открытие до н. м. т.

Закрытие после в. м. т.

1

18

44

53

0

2

15

36

66

21

3

10

58

46

14

4

5

50

40

8

5

10

75

40

22

6

16

50

53

4

7

16

50

57

12

8

15

61

30

28

 

 

 



Уровень шума двигателя весьма существенно зависит от фаз газораспределения. В двигателе ЗИЛ-130 были испытаны восемь распределительных валов, при которых фазы газораспределения соответствовали приведенным в табл. 99. Было установлено, что двигатель менее шумно работает при наиболее позднем начале открытия выпускных клапанов (30—40° до н. м. т.).

Переход к фазам газораспределения, при которых начало открытия выпускных клапанов соответствует 53—66° до н. м. т., вызывает повышение уровня шума двигателя при максимальной частоте вращения на 5—

9 дБ (А) (рис. 142). Следовательно, при выборе J оптимальных фаз газорас-
пределения необходимо учитывать не только характер изменения крутящего момента двигателя, его мощностные и экономические показатели, но и шумовую характеристику.

Зубчатые передачи привода газораспределительного механизма являются источником шума, спектр которого занимает широкий диапазон частот (400—2500 Гц).

Стук шатунных подшипников обнаруживался по повышению уровня колебательной скорости двигателя в третьоктавной полосе со среднегеометрической частотой 315 Гц. Стук поршней вызывает повышение уровня вибрации двигателя в полосах со среднегеометрическими частотами 125 и 250 Гц. Вентилятор системы охлаждения повышает уровень шума двигателя в зависимости от частоты вращения на 2—4 дБ (А).

Важнейшим фактором в образовании шума автомобиля является остаточная несбалансированность двигателя. В шуме работающего двигателя ЗИЛ-130 несбалансированность проявляется в виде тональной составляющей с частотой 15—50 Гц в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. При большом дисбалансе двигателя эта составляющая имеет обычно наи-больший уровень в спектре его вибраций. По имеющимся данным пробег хорошо сбалансированных двигателей до ремонта на 25% больше пробега двигателей, не прошедших дополнительную балансировку.

Как показали эксперименты, при различных дисбалансах двигателя в спектрах шума и вибраций изменяется практически только уровень составляющей, частота которой равна частоте

вращения коленчатого вала. Например, при увеличении дисбаланса с 120 до 500 гс-см уровни шума и вибраций двигателя ЗИЛ-130 на указанной частоте возрастают на 5 и 13 дБ соответственно.

Испытания ряда двигателей ЗИЛ-130 показали, что наименьший дисбаланс, отнесенный к плоскости маховика, составляет 300 гс-см.

Известно, что в некоторых случаях применяют дополнительную балансировку двигателя в сборе. Однако приемлемый остаточный дисбаланс
двигателя должен достигаться путем уменьшения допусков на точность изготовления деталей кривошипно-шатунного механизма, а не введения в технологический процесс дополнительной балансировки двигателя в сборе.

Вопрос о допускаемом остаточном дисбалансе двигателя весьма сложен. Во всех случаях требуется установить экономически целесообразный оптимум дисбаланса, который связан с уровнем вибрации двигателя, долговечностью автомобиля, с подбором балансировочных средств (станки, стенды, измерительная аппаратура). По рекомендации VDI, допускаемый дисбаланс двигателя в сборе может быть установлен приближенно с помощью графика, приведенного на рис. 143. В данном случае к балансируемым деталям относят: коленчатый вал, маховик,

сцепление, шкив коленчатого вала, шатуны. Для балансируемых деталей с двумя компенсирующими плоскостями на каждую из них относят половину полученного расчетом дисбаланса. При указанных условиях дисбаланс двигателя ЗИЛ-130, у которого

масса балансируемых деталей составляет 90 кг, должен быть примерно 450 гс-см. Однако эта расчетная величина несколько завышена. Для двигателей рассматриваемого типа допускаемый дисбаланс должен составлять примерно 300 гс-см.

Решающим фактором при возникновении высокочастотного шума двигателя является материал блока и головок блока цилиндров. Детали из чугуна имеют явные преимущества перед алюминиевыми деталями, так как коэффициент затухания у чугуна примерно в 2 раза больше, чем у алюминия. Опыт показал, что в случае перехода от алюминиевых головок блока цилиндров

к чугунным уровень высокочастотной области спектра шума двигателя ЗИЛ-130 понижается примерно на 13 дБ (рис. 144).

К вспомогательному оборудованию, установленному на двигателе и создающему шум, следует отнести компрессор тормозной системы автомобиля. Шум, возникающий в системе впуска компрессора, проявляется на общем шумовом фоне автомобиля, особенно при малой частоте вращения холостого хода двигателя (табл.100).

 


100. Общий уровень шума двигателя ЗИЛ-130 при включенном и выключенном компрессоре тормозной системы

Частота вращения коленчатого вала в об;мин

Звуковое давление в дБ

Компрессор

включен

Компрессор

выключен

420

95

81

1000

99

85

2000

106

103

 

 

У первых опытных образцов автомобиля ЗИЛ-130 при работе насоса гидроусилителя рулевого управления наблюдался повышенный шум с тональной составляющей в области частот

3000—5000 Гц. После внесения конструктивных изменений в перепускную систему насоса уровень указанной высокочастотной составляющей был понижен с 87 до 71 дБ.

В последние годы для оценки качества изготовления и сборки машин и механизмов применяется акустический контроль. При этом за основной показатель, с помощью которого оценивается испытуемый механизм, принимается либо уровень шума, либо уровень вибрации. В производственных условиях из-за шумовых помех весьма трудно осуществить проверку агрегатов автомобиля по уровню шума. Практически такая проверка возможна лишь в специальной камере, поэтому более рационален виброконтроль.

Виброконтроль позволяет классифицировать двигатели по уровню вибрации и устанавливать, не прибегая к их разборке, причины некоторых неисправностей. С малой вероятностью ошибок регистрируются следующие дефекты: стук поршней; повы-

шенный дисбаланс двигателя в сборе; повышенный шум, создаваемый шестернями привода механизма газораспределения; повышенный шум из-за увеличенного зазора в приводе клапанов; стук в шатунных подшипниках,

В экспериментальной работе, связанной с организацией виброконтроля двигателей ЗИЛ-130, применялся комплект приборов, в который входят частотный анализатор типа 2112, самописец уровней типа 2305, микрофон типа 4131, катодный повторитель типа 2613, вибродатчик типа 4334 и предварительный усилитель типа 1606. Для виброконтроля использовался предельный индикатор уровней типа 2211. Результат контроля определяют по сигнальным лампам светового табло, включающимся в случае превышения установленного уровня вибрации в одной или нескольких частотных полосах.

Было установлено, что виброконтроль двигателей ЗИЛ-130 целесообразно осуществлять с помощью двенадцати третьоктав-ных фильтров, среднегеометрическая частота которых приведена в табл. 101. В ней указаны также допускаемые уровни вибраций и причины, вызывающие превышение установленного уровня.

Источниками образования шума во впускной системе двигателя являются:

— вынужденные и собственные колебания давления в потоке воздуха во впускном трубопроводе, возбуждающие низкочастотный и среднечастотный шум;

— препятствия, находящиеся на пути потока воздуха (дроссельная заслонка, жиклеры), при обтекашш которых возникает высокочастотный аэродинамический шум;

— высокая скорость перетекания воздуха через клапанную щель, вызывающая так называемый щелевой шум.

 

 

101. Допускаемые уровни колебательной скорости двигателей ЗИЛ-130

м-

фильтра

Средне­

геометри­

ческая

частота

Допускаемый уровень вибрации двигателя в дБ

Причины, вызывающие превышение допускаемого уровня вибрации двигателя

 

фильтра в Гц

класса I

класса 11

1

31,5

84

87

Повышенный дисбаланс двигателя

2

50

84

87

Неодинаковое протекание рабочего процесса в отдельных цилиндрах

3

63

83

86

Несоблюдение технических условий в отношении массы поршней и шатунов

4

125

74

77

Стук цилиндропоршневой группы

5

250

67

70

То же

6

315

67

70

Стук шатунных подшипников

7

800

70

73

Дефект шестерен распределительно­го вала

8

1250

67

70

Стук цилиндропоршневой группы

9

1600

67

70

Дефект шестерен привода распреде­лительного вала

10

2000

68

71

Неисправность в газораспредели­тельном механизме

11

4000

67

70

То же

12

6300

61

64

»

 



Измерения, произведенные с помощью акустического зонда, показали, что уровень звукового давления во впускном трубопроводе двигателя ЗИЛ-130 лостигает 150 дБ. Поэтому система

впуска двигателя и является одним из наиболее интенснвных излучателей шума.

В спектре шума впуска наибольший уровень имеют составляющие, возникающие вследствие вынужденных колебаний. Частоты их равны или кратны числу впусков в секунду.

Частоты собственных колебаний во впускном трубопроводе можно рассчитать по известной формуле для трубы, открытой с одного конца. Частоты составляющих щелевого шума зависят от скорости воздушного потока, размера щели и критерия Стру-халя.

Экспериментальным путем установлено, что частота собственных колебаний во впускном трубопроводе двигателя ЗИЛ-130 равна 375 Гц. На этой частоте и возбуждаются при определенных скоростных режимах двигателя резонансные колебания, повышающие уровень одной из гармоник вынужденных колебаний.

Уровень шума, возникающего в системе впуска, как правило, выше уровня других шумов двигателя. С целью заглушения этого шума можно применить или реактивный глушитель шума (камерный или резонаторный), или диссипативный (со звукопоглощающей набивкой). Однако не во всех случаях требуется специальный глушитель шума. Если воздухоочиститель имеет относительно большой объем, то достаточно установить на впуске воздуха трубу длиной около 0,3 м, чтобы получился весьма эффективный глушитель шума камерного типа. У таких комбинированных воздухоочистителей-глушителей шума входной патрубок целесообразно выполнять в виде насадки Вентури.

 

На двигателе ЗИЛ-130 были испытаны воздухоочистители двух типов: ВМ-16 и ВПМ-3. По спектрам шума, приведенным на рис. 145, видно, что при воздухоочистителе ВПМ-3 двигатель является менее шумным, чем в случае установки воздухоочистителя ВМ-16. Следовательно, можно сделать вывод, что для снижения уровня шума впуска двигателя целесообразно применять воздухоочистители большого объема или специальное устройство с глушителями шума.

Вынужденные и собственные колебания в системе выпуска двигателя обусловливают наличие в спектре шума ряда тональ-

ных составляющих, имеющих весьма высокий уровень особенно при возникновении резонансных колебаний.

Современные шумоизмерительные приборы позволяют с высокой точностью измерять спектр шума выпуска. Такие спектры и следует принимать в качестве исходных при разработке конструкции системы выпуска с глушителями шума.

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..   80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  ..