Pa. .

63 0

125 0,7

250 1,5

500 3

1000 6

2000 12

4000 24

8000 48

f ср v

Если расстояние г < 50 м, то затухание в атмосфере не учитывают. Уровни звукового давления на данной частоте от нескольких от источников

Z-o6u,= 10Ig 10°Ч (7.3)

где Lj - уровни звукового давления, создаваемые в расчетной точке каждым источником. Уровень звука в децибелах по шкале А

1л = 101§2 10"(v+Av), (7.4)

где L,j, - уровни звукового давления, определяемые для каждой v-й октавной полосы частот по формуле (7.2); Av - поправки, соответствующие частотной характеристике по шкале А шумо-мера, дБ. Поправки Av приведены ниже.

. . . 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 . . -39,4 -26.2 -16,1 -8,6 -3,2 О 1,2 1,0 -1,1

Уровни звуковой мош,ности источника очень удобны также для объективной оценки и расчета средств защиты от шума. Поэтому при обобщении результатов исследования шума двигателей они были приняты в качестве основной шумовой характеристики.

7.1. ИСТОЧНИКИ ШУМА ДВИГАТЕЛЕЙ И ИХ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Основными источниками шума в двигателе являются; процессы впуска свежего заряда (шум впуска), горения, выпуска отработавших газов (шум выпуска); механическое перемещение деталей, сопровождающееся ударами и трением в сочленениях и стыках. Последние вместе с процессом горения являются источниками корпусного шума.

Типичные октавные спектры звуковой мощности этих источников, измеренные без специальных средств глушения (глушителей шума), приведены на рис, 7.1. Наиболее мощным незаглушенным источником шума является процесс выпуска. Уровень звуковой

по по

90 30 \.

Рис. 7.1. Октавные спектры уровней звуковой ~ 30071-,"™™"-° "Р« « =

Ln,dB

1000 f/u,

Рис. 7.2. Узкополосный участок спектра шума выпуска двигателя (п- = 3020 мин-1)

Рис 7 3. Зависимость уровня звуковой мощности Lp суммарного шума впуска от рабочего объема У и цилиндра двигателя

мощности этого источника выше, чем остальных источников, на 10 ... 18 дБ во всем диапазоне частот /. Менее значительный шум впуска также имеет ярко выраженные составляющие в низко-и среднечастотной областях. Корпусной шу.м двигателя характеризуется максимальными составляющими на средних и высоких частотах /.

Приведенные спектры являются достаточно характерными для двигателя. При изменении режима работы двигателя изменяются составляющие, но соотношение между ними в основном сохраняется, что позволяет предположить в ряде случаев одинаковую природу физических явлений, формирующих излучение шума отдельными источниками. Это подтверждают и другие общие признаки, имеющие место в спектрах различных источников. В частности, для каждого из узкополосных спектров данных источников характерны отдельные дискретные гармонические составляющие с частотой кратные частоте /ц зажигания и обусловленные регулярной периодичностью работы двигателя:

и - (7.5)

где i - 1, 2, 3... - номер соответствующей гармонической составляющей.

Узкополосный участок спектра шума выпуска, на котором хорошо видны дискретные составляющие, характерные для двигателя, показан на рнс. 7.2. На высоких частотах / дискретные составляющие выражены менее ярко, поскольку более значительный вес в формировании шу.ма источника приобретают нерегулярные процессы случайного происхождения. В частности, для шума выпуска может оказаться существенной вихревая составляющая; достаточно характерной в этом диапазоне / является случайная составляющая и для корпусного шума.

Особенно очевидны общие признаки при рассмотрении низко-и среднечастотных участков октавных спектров шу.ма впуска и

выпуска (кривые 1 и 2, см. рис. 7.1). Одинакова и конфигурация

источников шума: в обоих случаях это открытый конец трубы, через который производится периодический впуск (выпуск) газов. При этом происход]1т местное периодическое вытеснение или исчезновение определенного объема газов у среза трубы, что создает начальное возмуш,ение, которое воспринимается как звук. Общие признаки в механизме образования шума отдельными источниками очень важны при обобщении экспериментальных данных с целью получения общих по характеру формул н методик расчета.

7.2. ПРИБЛИЖЕННОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ МОЩНОСТИ ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ШУМА

Рассмотрим сначала полуэмпирические приближенные методы определения шумовых характеристик, основанные на обработке имеющихся экспериментальных данных. Эти методы отличаются простотой, позволяют быстро оценить уровень ожидаемого шума, однако уступают в точности и детальности расчетов теоретическим методам, учитывающим более полно конструктивные особенности конкретного двигателя и физические процессы, обусловливающие возникновение шума.

Как известно, шумовые характеристики двухтактных двигателей являются функцией нескольких переменных (прежде всего, скоростного режима, режима нагрузки, рабочего объема). Ниже при обосновании расчетных формул рассмотрены экспериментальные зависимости параметров шума каждого источника для одного выбранного переменного фактора при постоянных остальных.

Прежде всего остановимся на зависимости (интегральной) уровня звуковой мощности суммарного шума источников от перечисленных выше факторов. Уровень звуковой мощности Lp суммарного шума впуска в значительной мере зависит от рабочего объема цилиндра (рис. 7.3). Прямая на рис. 7.3 описывается следующим аналитическим выражением:

LpBnmax = 201g() + Lpi, (7.6)

где Lp вп тая - уровень звуковой мощности суммарного шума впуска для режима максимальной нагрузки, дБ; Уло = 1 см; Lpi = 72 дБ (постоянные приняты на основании экспериментальных данных).

Усредненная зависимость уровня звуковой мощности впуска рваые ОТ нагрузки (рис. 7.4) может быть описана формулой

Р вп Ng ~ Ер вп шах

+ 2b{NJNem.xf-Lp„ (7.7)

где = 25 дБ.

Некоторый разброс экспериментальных данных можно объяснить зависимостью шума впуска от рабочего объема цилиндра и

Lp,SS

20 10 .-

Рис 7 4 Зависимость уровня звуковой мощности Lp суммарного -У« ""У-" от относительной нагрузки (iVe/iVemax)

двигателя

ШО п, мин-1

Рнс. 7.5. Зависимости уровня звуковой мощности Lp корпусного шума от частоты вращения коленчатого вала раз-двигачсш личных двигателей

скоростного режима, причем этот разброс уменьшается с увеличением нагрузки. Естественно, что максимальный шум соответствует

максимальной нагрузке.

Более сложной оказывается зависимость уровня шума впуска от скоростного режима работы двигателя. В области низких частот вращения п коленчатого вала двигателя звуковая мощность суммарного шума практически пропорциональна частоте вращения в четвертой степени. Однако при увеличении п эта зависимость становится менее существенной. На скоростных режимах, близких к номинальному (я == 3500 ... 5000 мин~), уровень шума впуска мало зависит от режи.ма работы двигателя, поэтому для расчетов величины LpsnjVg в этом диапазоне частот можно предложить следующую общую формулуi

Lp ,д = 20 lg {VrlVuo) + 25 {NJN n.f + Lp, (7.8)

где Lp3 47 дБ.

Процесс генерации шума выпуска во многом аналогичен процессу на впуске. Отличие вносит более сильно выраженная на высоких частотах вихревая составляющая, обусловленная большими скоростями истечения газов. Однако для незаглушенного выпуска высокие частоты практически не влияют на суммарные уровни, что позволяет использовать для оценки уровня звуковой мощности LpBbin max шума выпуска на режиме максимальной нагрузки и LpBunf для любого режима нагрузки формулы (7.6)-• (7.8). приняв Lpi= 84 дБ, Lp = 10 дБ, Lpg = 74 дБ.

Экспериментальные исследования корпусного шума мотоциклетных двигателей показали, что уровень звуковой мощности возрастает на 8,5 ... 9,5 дБ при удвоении частоты вращения коленчатого вала, что соответствует зависимости Lp 30 lg и (жирная линия, рис. 7.5). Существенное влияние на корпусной шум оказывает также степень сжатия в, причем с увеличением s уровень звуковой мощности возрастает пропорционально величине 20 Ig s.

Lp-20Lg e, de

Ш0 /,000 5000 n,.4uH

Рис. 7.6. Обобщеннше зависимости суммарной звуковой Lp - 20 !g Vh мощности от частоты вращения вала: / - впуска и выпуска; 2 - корпусного шума; --экспериментальная;--- - теоретическая

Зависимость уровня звуковой мощности корпусного шума от относительной нагрузки может быть описана следующей формулой: iv, = Z.p«„3x +• 7{NJNe,,f - 7,

(7.9)

(7.9)

где LpKNe - уровень звуковой мощности корпусного шума на произвольном нагрузочном режиме N; 1ркшах> дБ - уровень звуковой мощности корпусного шума мотоциклетного двигателя на режиме максимальной мощности Ыт-

Общая зависимость уровня звуковой мощности корпусного шума от степени сжатия в, скоростного и нагрузочного режимов имеет вид

- 30Ig (n/lOOO) + 20 Ig6 + 7 (Ne/Neта.Г + 62. (7.10) Таким образом, задаваясь определенными и и и зная степень сжатия Е, по формуле (7.10) можно рассчитать ожидаемый уровень звуковой мощности суммарного корпусного шума.

На практике наиболее часто приходится оценивать шум источников при максимальной нагрузке двигателя. В этом случае основными влияющими факторами для шума впуска и выпуска остаются частота вращения вала и рабочий объем, а для корпусного шума - частота вращения вала и степень сжатия двигателя. Это позволило для экспресс-оценки уровней звуковой мощности рассматриваемых источников получить номограмму, показанную на рнс. 7.6.

По оси абсцисс отложена частота вращения п коленчатого вала, по оси ординат - суммарные обобщенные уровни звуковой мощности Lp - 20 Ig Vh источников. Каждому из источников соответствует своя шкала по оси ординат. По кривой / можно определить суммарный уровень звуковой мощности процесса впуска илп выпуска двигателя при любой частоте вращения п вала двигателя. Ордината точки на кривой / Lp -20 Ig V представляет собой обобщенное значение уровня звуковой мощности иезаглу-шенных выпуска или впуска в зависимости от того, по левой или средней шкале считываются значения. Так как рабочий объем Vh цилиндра двигателя обычно известен, найти истинное значение суммарного уровня звуковой мощности Lp источника по полученному обобщенному значению Lp - 20 Ig Vh можно без затруднений.

Выбор величины Lp - 20 Ig Vh в качестве обобщенной одновременно для оценки шума ьыпуска и впуска не является случай-220

ным. Основным источником шума служат периодические, объемные пульсации газа у среза выпускной или впускной трубы. Звуковая мопшость Р такого источника зависит в первую очередь от объема V перетекающих газов (объема единичного импульса), времени перетекания и частоты повторения возмущающих импульсов [13].

При установившемся скоростном режиме работы двигателя частота повторения импульсов постоянна. Время перетекания изменяется незначительно. Поэтому на звуковую мощность оказывает существенное влияние лишь объем V перетекающих газов. Так как звуковая мощность пропорциональна предположив в первом приближении V Vh, для обоих источников будет справедливо Р VI, что подтверждают расчеты по формулам (7,6)- (7.8). Целесообразно исключить влияние Vh, вычитая в соответствии с условием Р -v Vh из уровня звуковой мощности Lp величину 20 Ig Vh- В этом случае экспериментальные данные, обработанные в виде Lp - 20 Ig = / {п), располагаются в,е;оль практически эквидистантных кривых, соответствующих процессам выпуска и впуска. Эти кривые можно объединить в одну, построив две шкалы отсчета по оси ординат (рис. 7.6). Причем значения, отложенные на шкале, соответствующей шуму выпуска, на 12 дБ выше значений, соответствующих шкале шума впуска.

Действительно, генерируемая звуковая мощность для обоих источников пропорциональна объему перетекающ1!х газов во второй степени. Объем газов на выпуске в 3-4 раза больше объема газов на впуске. Исходя из этого составляющие шума выпуска должны быть больше составляющих шума впуска на величину L = 10 Ig (1зып/вп) = 20 Ig (3 ... 4) = 10 ... 12 дБ, что было учтено при построении шкал номограммы. Экспериментальные данные располагаются вблизи кривой 1 (черные точки соответствуют шуму впуска, светлые - шуму выпуска). Рядом с кривой / показана прямая, представляющая приближенную теоретическую зависимость генерируемой звуковой мощности от частоты вращения п вала двигателя в виде Lp ~ 40 ig п. На низких частотах п теоретическая зависимость хорошо согласуется с экспериментальной /, что можно использовать при практических расчетах, когда возникает необходимость в пересчете данных одного режима работы двигателя на другой.

Суммарную звуковую мощность корпусного шума определяют по кривой 2. В качестве обобщенной характеристики в соответствии с (7.10) принято выражение Lp -20 Ig е. Экспериментальная зависимость 2 построена в виде Lp - 20 Ig в = / (n), рядом с ней проведена теоретическая прямая, выражающая закон пропорциональности генерируемой звуковой мощности третьей степени частоты вращения коленчатого вала двигателя (ЗО Ig п). Наклон обеих линий примерно одинаков.

Для оценки октавных спектральных составляющих рассматриваемых источников могут служить обобщенные спектры, также