CC BY
76
Т Р А И С П О Р Т
УДК 629.621.43: 656.053.7
ОПЫТ ПОДГОТОВКИ АВТОМОБИЛЕЙ МАЗ С ДВИГАТЕЛЯМИ DEUTZ К СЕРТИФИКАЦИОННЫМ ИСПЫТАНИЯМ ПО ШУМУ
Канд. техн. наук КУНОВСКИЙ Э. Б.
Белорусский национальный технический университет
Требования экологии привели к необходимости с начала 2005 г. иметь в номенклатуре продукции РУП «МАЗ» автомобили, соответствующие требованиям Евро-3 и Правилам ЕЭК ООН № 51-02. В основном на втомобили МАЗ устанавливаются двигатели Ярославского моторного завода, но ЯМЗ не может обеспечить необходимое количество двигателей, соответствующих нормам Евро-3. В то же время ряд европейских стран уже перешли к выпуску автомобилей, соответствующих более высоким экологическим нормам, а вступление прибалтийских стран и стран восточной Европы (которые традиционно являются рынком сбыта продукции Минского автозавода) в Евросоюз поставило задачу быстрого освоения
производства автомобилей с двигателями, соответствующими требованиям Евро-3.
Служба маркетинга завода остановила свой выбор на продукции немецкой фирмы Deutz. Были закуплены четыре типа двигателей, на основе которых создано семейство автомобилей (табл. 1).
Короткие сроки разработки конструкторской документации не позволили в полной мере проанализировать принятые при конструировании автомобилей решения, с точки зрения их соответствия требованиям международных норм по внешнему шуму. Поэтому проблемы, связанные с внешним шумом автомобилей, решались главным образом в процессе их испытаний на соответствие нормативным документам, для получения сертификатов.
Таблица 1
Краткие технические характеристики автомобилей МАЗ с двигателями Deutz
Модель автомобиля Колесная формула Полная масса, кг Модель двигателя (число и расположение цилиндров) Мощность двигателя, номин. обороты КПП (передаточные числа)
МАЗ-437030 4x2 10100 Deutz BF4M1013FC Code 125G1 (4R) 125 кВт, 2400 мин-1 ZF S5-42 (5,72; 2,94; 1,61; 1,00; 0,76)
МАЗ-533731 4x2 18000 Deutz BF4M1013FC Code 140G2 (6R) 140 кВт, 2300 мин-1 ZF 6S850 (6,72; 3,68; 2,15; 1,41; 1,00; 0,97)
МАЗ-555132 4x2 18000 Deutz BF6M1013FC Code СЕ 180F1 (6R) 180 кВт, 2300 мин-1 ZF 9S75 (9,56; 6,47; 4,72; 3,50; 2,54; 1,85; 1,35; 1,00; 0,73)
МАЗ-533632 4x2 18200 Deutz BF6M1013FC Code СЕ 180F1 (6R) 180 кВт, 2300 мин-1 ZF 9S75 (9,56; 6,47; 4,72; 3,50; 2,54; 1,85; 1,35; 1,00; 0,73)
МАЗ-551633 6x2 33000 Deutz BF6M1013FC Code СЕ 210F2 (6R) 210 кВт, 2300 мин-1 ZF 9S109 (10,24; 6,57; 4,78; 3,53; 2,61; 1,86; 1,35; 1,00; 0,74)
МАЗ-630333 6x2 26700 Deutz BF6M1013FC Code СЕ 210F2 (6R) 210 кВт, 2300 мин-1 ZF 9S109 (10,24; 6,57; 4,78; 3,53; 2,61; 1,86; 1,35; 1,00; 0,74)
Рассмотрим основные источники шума автомобиля МАЗ-551633. Для этого построим его виброакустическую матрицу [1-3] на основе конструктивных особенностей, которая представляет собой своего рода веер зубцовых частот, проявляющихся на мультиспектрах шумов автомобиля или мультиспектрах вибраций его отдельных агрегатов при проезде автомобилем измерительного участка в соответствии с требованиями Правил ЕЭК ООН № 51-02. Для анализа доминирующих источников шума автомобиля выбирается режим его движения на той передаче, на которой фиксируется максимальный уровень внешнего шума. Так, для автомобиля МАЗ-551633 - это четвертая передача. Автомобиль должен приближаться к измерительному участку на четвертой передаче со скоростью, соответствующей вращению коленчатого вала двигателя с частотой 1725 мин-1. Если отбросить зубцовые частоты, которые на мультиспектрах шума автомобиля не проявились или выражены слабо, то виброакустиче-ская матрица МАЗ-551633 может быть рассчитана исходя из его конструктивных особенностей (табл. 2, 3, рис. 1). Наложение вибро-акустической матрицы на мультиспектры шума дает анализ источников внешнего шума автомобиля (рис. 2).
Таблица 3
Возможные частоты в мультиспектрах шума автомобиля МАЗ-551633 на четвертой передаче при изменении оборотов коленчатого вала двигателя от 1725 до 2300 мин-1
№ п/п Причина шума или вибрации Формула Обозначение Диапазон частот
1 Частота следования выхлопов и частота опрокидывающего момента двигателя n i /вых — У^~ 60 т 1 - количество цилиндров двигателя; т - тактность двигателя 86,25-112,5Гц
2 Вторые гармоники частоты следования выхлопов и частоты опрокидывающего момента двигателя J2 вых — 2 ,/вых 172,5-225 Гц
3 Частота перекладки поршней цилиндропоршневой группы f bni /пер = 60 Ь - число перекладок поршня 345-450 Гц
4 Зубцовая частота центрального редуктора моста f n ■Тред — ,„ . 2в.м 60ік гк - передаточное отношение КП; 2в.м - количество зубьев ведущей шестерни моста 172,5-225 Гц
Таблица 2
Конструктивные особенности МАЗ-551633
Колесная формула 4x2
Двигатель (изготовитель, модель): Deutz BF6M1013FC Code СЕ 210F2
• тип дизельный
• тактность 4-тактный
• число и расположение цилиндров 6R
• номинальная мощность 210 кВт
• частота вращения коленчатого вала
двигателя при номинальной мощно-
сти, мин-1 2300
Коробка передач (модель): ZF 9S109
• тип механическая,
• способ переключения ручной
• количество передач переднего хода 9
• передаточные числа 10,24; 6,57; 4,78; 3,53; 2,61; 1,86; 1,35; 1,00; 0,74
Информация о конструктивных особен-
ностях КП Отсутствует
Передаточное отношение ведущей те-
лежки, в том числе количество: 6,59
• зубьев ведущей шестерни централь-
ного редуктора 13
• зубьев ведомой шестерни централь-
ного редуктора 25
• зубьев входной шестерни колесной
передачи моста 21
• сателлитов колесной передачи моста 4
• о зубьев сателлита 15
• зубьев коронной шестерни 51
Окончание табл. 3
№ п/п Причина шума или вибрации Формула Обозначение Диапазон частот
5 Вторая гармоника - зубцовая частота центрального редуктора моста или фазовые соотношения между главными передачами среднего и заднего мостов /2ред — 2 /ред 286,4-373,6 Гц
6 Зубцовая частота входной шестерни бортовой передачи моста f n z fпол — . . 2п.к 6°/к/г.р г'гр - передаточное отношение главного редуктора моста; 2пк -количество зубьев входной шестерни бортовой передачи моста 120,5-157,2 Гц
7 Фазовые соотношения входной шестерни колесной передачи и сателлитов колесной передачи моста f>2 /пол ^см ксм - количество сателлитов колесной передачи моста 482-628,8 Гц
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 1. Виброакустическая матрица автомобиля МАЗ-551633: 1 - частота следования выхлопов; 2 - зубцовая частота шестерни бортовой передачи моста; 3 - вторая гармоника частоты следования выхлопов; 4 - зубцовая частота центрального редуктора моста (ЗЧЦРМ); 5 - вторая гармоника ЗЧЦРМ; 6 - частота перекладки поршней двигателя; 7 - фазовые соотношения сателлитов моста
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 2. Анализ основных источников шума автомобиля МАЗ-551633 (обозначения - на рис. 1)
Анализ спектрального состава шумов МАЗ-551633 показал, что доминирующим источником шума этого автомобиля является двигатель. Наиболее интенсивные спектральные составляющие шума определяются частотами, связанными с перекладкой поршней двигателя и срабатыванием клапанов газораспределительного механизма. Второй по интенсивности источник шума - шум ведущей тележки автомобиля. Исходя из анализа, можно сделать вывод о том, что необходим поиск конструкторских решений по совершенствованию капсулы
силового агрегата, а если за счет капсулирова-ния достичь допустимого уровня шума не представится возможным, то потребуются мероприятия по снижению уровня шума ведущей тележки.
Вторым по значимости источником шума является ведущая тележка автомобиля, на мультиспектрах шума хорошо просматриваются зубцовые частоты шестерни бортовой передачи моста и ведущей шестерни центрального редуктора.
Капсула силового агрегата построена с использованием верхних экранов, закрепляемых на кабине, и нижних экранов, поддерживаемых рамой таким образом, чтобы обеспечить доступ к верхней части двигателя путем опрокидывания кабины. Подобная конструкция опробована на Минском автозаводе при решении вопросов снижения внешнего шума автомобилей с двигателями фирмы MAN [4].
Отличие данного решения заключается в более тщательной проработке экранов капсулы, установленных над коробкой передач автомобиля в связи с использованием малой серийной кабины. Фотографии отдельных элементов капсулы представлены на рис. 3-6.
Однако одного капсулирования оказалось недостаточно для снижения шума автомобиля до допустимой Правилами ЕЭК ООН № 51-02 нормы в 80 дБА, пришлось дополнительно устранять технологические отверстия в раме автомобиля за счет использования резиновых грибков, а также уменьшать шум ведущей тележки за счет использования колесных шумоизолирующих колпаков и закреплении на щитках тормоза ведущей тележки шумоизоляционного материала.
Рж. 3. Кожух кап^ль^ устан°вленный над КП Рис. 4. Экраны капсулы, установленные в нижней части
за кабиной автомобиля силового агрегата
Рис. 5. Верхний боковой экран капсулы
При анализе мультиспектров шума автомобиля МАЗ-555132, помимо шума, двигателя проявился еще один достаточно интенсивный источник шума - система выпуска отработавших газов. Капсула силового агрегата автомобиля МАЗ-555132 выполнена аналогично капсуле МАЗ-551633, а систему выпуска отработавших газов пришлось оперативно дорабатывать. Серийный трехкамерный глушитель 630300-1201010, который используется на автомобилях с восьмицилиндровыми двигателями ЯМЗ и на автомобиле МАЗ-551633, оказался неэффективным. Причина этого, по-видимому, заключается в том, что в связи с более низкой мощностью двигателя, установленного на автомобиле МАЗ-555132, уменьшилось противодавление, оказываемое системой выпуска отработавших газов на двигатель и, как следствие, упала ее эффективность по
Рис. 6. Экраны капсулы, закрепленные на кабине
подавлению шумов выпуска. Идея доработки глушителя шума выпуска состояла в том, чтобы повысить противодавление серийного глушителя и тем самым увеличить его эффективность по заглушению шума выпуска, тем более, что имелся значительный запас по противодавлению. Такое решение удалось найти при изменении конструкции средней камеры глушителя. Вместо перфорированной трубы, которая стояла во второй камере и соединяла вторую камеру глушителя с третьей, напротив входа во вторую камеру была включена перфорированная перегородка с конусом. Такая конструкция обеспечивала, во-первых, более равномерное распределение газов по второй камере за счет конуса, во-вторых, за счет прохождения газов через отверстия перегородки газовый поток становился менее турбулентным, и, наконец, наличие конуса с которым встречался
газовый поток при выходе из первой камеры повышало противодавление глушителя, что тоже обычно приводит к увеличению эффективности глушителя. Схема нового глушителя приведена на рис. 7, а его конструкция защищена патентом [5].
1 2
____ А
ШИН
Рис. 7. Схема модифицированного глушителя шума выпуска для двигателя Deutz мощностью 180 кВт: 1 -базальтовое волокно; 2 - перфорированная перегородка с конусом
Анализ мультиспектров шума автомобилей МАЗ-533731 и МАЗ-437030 показал, что шумы двигателей у этих автомобилей проявляются существенно меньше. Конструкции капсул не потребовали специальной проработки, а изготовлены для МАЗ-533731 по чертежам, используемым для серийных автомобилей с шестицилиндровыми двигателями ЯМЗ, а для МАЗ-437030 - по чертежам серийного автомобиля МАЗ-457040. Основная проблема снижения внешнего шума этих автомобилей связана с необходимостью повышения эффективности систем выпуска отработавших газов.
Для автомобиля МАЗ-437030 решения по модернизации одного из серийных глушителей, использующихся на заводе, найти не удалось, пришлось создавать новый. Следует отметить, что удалось сохранить все трубопроводы системы выпуска и даже крепежные элементы глушителя, поскольку для нового глушителя использован корпус от серийного 5337-1201010, а его внутреннее устройство (рис. 8) переработано полностью. На конструкцию данного глушителя также получен патент на изобретение [6].
1 2
.
Wv*M4
ШгТт!
■ ' ' -11
Рис. 8. Схема глушителя для четырехцилиндрового двигателя Deutz мощностью 125 кВт: 1 - перфорированная перегородка; 2 - базальтовое волокно
В Ы В О Д
Разработанная методика идентификации источников шума автомобилей позволяет без использования дорогостоящего оборудования оперативно решать сложные научно-технические задачи по доработке автомобилей по уровню создаваемого ими внешнего шума и своевременно сертифицировать выпускаемую продукцию. В настоящее время автомобили в виде машинокомплектов поставляются в прибалтийские страны, в которых организовано их сборочное производство.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Куновский, Э. Б. Спектральный анализ как инструмент идентификации источников шума автомобилей / Э. Б. Куновский, С. М. Минюкович // Автомобильная промышленность. - 2004. - № 4. - С. 35-38.
2. Куновский, Э. Б. Идентификация источников шума автомобиля / Э. Б. Куновский. - Минск: Технопринт, 2005. - 100 с.
3. Куновский, Э. Б. Идентификация источников шума автомобилей на основе спектральных представлений / Э. Б. Куновский, С. М. Минюкович // Материалы конференции ААИ. - Дмитров: НИЦИАМТ, 2003. - Вып. II. -С. 96-101.
4. Капсулирование силовых агрегатов автомобилей МАЗ / И. С. Гаухштейн [и др.] // Автомобильная промышленность. - 2003. - № 4. - С. 10-13.
5. Глушитель шума выхлопных газов двигателя внутренгнего сгорания: пат. на полезную модель Республики Беларусь BY № 2426 06.22.2005 / П. В. Амброзевич, Э. Б. Куновский, С. М. Талалов.
6. Глушитель шума выпуска газов двигателя внутреннего сгорания: пат. на изобретение Российской федерации RU № 2272155 / П. В. Амброзевич, В. С. Душкин, А. М. Захарик, И. П. Малявко, Э. Б. Куновский, А. П. Ра-комсин.
Поступила 10.01.2007
