某大型液壓挖掘機(jī)駕駛室內(nèi)噪聲源識別試驗研究

摘要：針對某大型液壓挖掘駕駛室內(nèi)噪聲過大現(xiàn)象，采用頻譜分析和階次分析等方法對該型號挖掘機(jī)駕駛室內(nèi)噪聲源進(jìn)行試驗研究。首先介紹階次分析方法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)用的優(yōu)越性，然后比較該挖掘機(jī)在不同工況下駕駛室內(nèi)噪聲水平，最后根據(jù)駕駛室內(nèi)噪聲頻譜和階次譜特征，結(jié)合發(fā)動機(jī)、冷卻風(fēng)扇、柱塞泵等相關(guān)參數(shù)識別出主要噪聲源，為后續(xù)噪聲控制提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)；頻譜分析；階次跟蹤；噪聲測試

中圖分類號：TB53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1005-2550（2013）04-0048-03

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，工程機(jī)械在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中起到巨大推動作用，尤其在建筑、土木、水利、鐵路等行業(yè)。而噪聲問題日益成為污染城市環(huán)境、降低工作效率、造成工傷事故和危害工作人員身心健康的主要因素，成為威脅人類生存的三大公害之一[1]。工程機(jī)械的噪聲極易使用戶感到疲勞，對其舒適性有著重要影響。駕駛室內(nèi)噪聲作為舒適性重要指標(biāo)之一，正受到用戶的高度關(guān)注，較高的噪聲將損害產(chǎn)品的形象和聲譽(yù)[2]。因此，降低駕駛室內(nèi)噪聲，提高乘坐舒適性已成為工程機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中非常重要的環(huán)節(jié)。

本文研究的對象是某型 36.5 t大型挖掘機(jī)，根據(jù)噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 25613-2010《土方機(jī)械司機(jī)位置發(fā)射聲壓級的測定 定置試驗條件》[3]和GB/T 25615-2010《土方機(jī)械 司機(jī)位置發(fā)射聲壓級的測定 動態(tài)試驗條件》[4]）測量該型號大型挖掘機(jī)駕駛室內(nèi)噪聲水平。本文綜合運用頻譜分析和階次分析方法識別駕駛室主要噪聲源。

1 階次理論

傳統(tǒng)的頻譜分析采樣時間間隔相等，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，每一周期內(nèi)的采樣點數(shù)也會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致頻率混疊現(xiàn)象，因此傳統(tǒng)的頻譜分析無法正確對非穩(wěn)態(tài)信號進(jìn)行處理。階次分析方法源于角域采樣理論。對發(fā)動機(jī)升、降速過程中的非穩(wěn)態(tài)噪聲信號，若對于轉(zhuǎn)軸進(jìn)行恒角度增量采樣，則此時域非穩(wěn)態(tài)信號在角度域中變成穩(wěn)態(tài)信號，再對角度域穩(wěn)態(tài)信號進(jìn)行FFT變換則可以得到階次譜[5]。本試驗通過測量發(fā)動機(jī)在升速過程中駕駛室內(nèi)噪聲信號，確定轉(zhuǎn)速變化與駕駛室內(nèi)噪聲特性變化關(guān)系，從而識別出主要噪聲源。

2 駕駛室內(nèi)噪聲測試

2.1 測試設(shè)備

測試和分析使用的儀器為比利時LMS公司的數(shù)據(jù)采集前端SCADAS、LMS Test.lab 9B 軟件系統(tǒng)、PCB傳聲器、聲級校準(zhǔn)器、激光測轉(zhuǎn)速儀、聲學(xué)三腳支架等。

2.2 測點位置選取

傳聲器位于距司機(jī)頭部中間平面200±20 mm，與眼睛成一線，并置于司機(jī)頭部的左側(cè)和右側(cè)。傳聲器置于水平方向，應(yīng)指向駕駛員看到的方向。具體參照國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 25613-2010《土方機(jī)械 司機(jī)位置發(fā)射聲壓級的測定 定置試驗條件》和GB/T 25615-2010《土方機(jī)械 司機(jī)位置發(fā)射聲壓級的測定 動態(tài)試驗條件》）進(jìn)行測量。

2.3 測試工況選擇

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試工況為定置試驗和動態(tài)試驗。定置試驗時挖掘機(jī)位于測試場地中心，調(diào)節(jié)各擋位，測試發(fā)動機(jī)在空載條件下以制造商規(guī)定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時司機(jī)頭部兩側(cè)處噪聲水平。動態(tài)試驗是以模擬挖溝并把物料卸在溝邊為一次循環(huán)周期。測試不同擋位下整個循環(huán)過程中司機(jī)頭部兩側(cè)處噪聲水平。

根據(jù)不同的擋位和測試工況，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速如表1所示。

3 駕駛室內(nèi)噪聲分析

根據(jù)挖掘機(jī)的工作原理以及其發(fā)聲特點，列出以下幾個主要噪聲源：發(fā)動機(jī)噪聲、進(jìn)氣噪聲、 排氣噪聲、主泵噪聲和主閥噪聲[6]。

根據(jù)主要擋位下測試駕駛室內(nèi)噪聲水平，定置測試結(jié)果和動態(tài)測試結(jié)果如表2、表3所示。

3.1 定置試驗駕駛室內(nèi)噪聲源分析

根據(jù)上述階次分析理論，測試分析得到的定置試驗工況下發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速由1200 r/min穩(wěn)定升速到1950 r/min過程中駕駛室內(nèi)噪聲階次分析譜，如圖3所示。從圖中可以看出駕駛室內(nèi)噪聲主要是發(fā)動機(jī)的3階激勵和6階激勵及4.8階這幾個特征分量。

3.2 動態(tài)試驗駕駛室內(nèi)噪聲源分析

因此，可以確定定置工況下，駕駛室主要噪聲源是發(fā)動機(jī)和冷卻風(fēng)扇噪聲；動態(tài)工況下，駕駛室主要噪聲源為柱塞泵噪聲。

4 結(jié)論

本文綜合利用頻譜分析和階次跟蹤技術(shù)，對某大型挖掘機(jī)定置和動態(tài)工況下駕駛室內(nèi)噪聲信號詳細(xì)分析，識別出主要噪聲源。為大型挖掘機(jī)降噪提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 靳曉雄，張立軍.汽車噪聲的預(yù)測與控制[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003： 1- 229.

[2] 翁海蓉. 汽車車內(nèi)噪聲源識別方法研究進(jìn)展[J].機(jī)械管理開發(fā)，2008，23（4）：34～ 37.

[3] G/BT 25613-2010土方機(jī)械 司機(jī)位置發(fā)射聲壓級的測定 定置試驗條件[S].

[4] G/BT 25615-2010土方機(jī)械司機(jī)位置發(fā)射聲壓級的測定動態(tài)試驗條件[S].

[5] 郭瑜，秦樹人.旋轉(zhuǎn)機(jī)械非穩(wěn)定信號的偽轉(zhuǎn)速跟蹤階比分析[J].振動與沖擊，2004，23（1）：61～64，69.

[6] 張戎斌，畢傳興，張永斌. 采用偏相干分析方法識別挖掘機(jī)駕駛室的噪聲源[J].噪聲與振動控制，2011，31（4）： 106-110.