論述洗碗機(jī)中噪聲控制技術(shù)的應(yīng)用

王豪杰

摘 要：本文首先闡述了常見降噪技術(shù)，提出來洗碗機(jī)中噪聲控制技術(shù)的應(yīng)用，然后簡(jiǎn)要分析了洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：洗碗機(jī)；噪聲控制技術(shù)；應(yīng)用

1.常見降噪技術(shù)分析

被動(dòng)控制和主動(dòng)控制是最常用的降噪技術(shù)，所謂被動(dòng)控制是指：在噪聲控制過程中，除噪聲源外沒有其他外加能量輸入的控制方法。傳統(tǒng)的吸聲、隔聲、消聲及隔振等均屬噪聲被動(dòng)控制。家電及民用產(chǎn)品主要使用被動(dòng)降噪技術(shù)，本文也主要探討被動(dòng)降噪技術(shù)的應(yīng)用。如果在噪聲控制過程中，在噪聲源以外，人為加入能量（次級(jí)聲源或次級(jí)力源等）來控制噪聲的方法稱為噪聲主動(dòng)控制。

1.1 吸聲降噪

1）吸聲材料降噪

噪聲控制工程中常用的吸聲材料都是多孔材料，如礦渣棉、石棉、玻璃棉、毛氈、木絲板等，這些材料表面富有細(xì)孔，孔和孔之間互相聯(lián)通，并深入到材料內(nèi)層，聲波容易順利地透入。當(dāng)聲波進(jìn)入材料孔隙時(shí)，引起孔隙中的空氣和材料的細(xì)小纖維波動(dòng)，由于摩擦和粘滯阻尼作用，聲能變?yōu)闊崮芏纳⒌簟６嗫孜暡牧系奈曁匦噪S聲的頻率變化而變化。低頻時(shí)，由于孔隙中的空氣在單位時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)少，對(duì)聲波的衰減作用不大，故吸聲系數(shù)很低。隨著頻率的提高，吸聲系數(shù)逐漸增大，達(dá)到某一值后，增加不再明顯。同一種多孔吸聲材料在實(shí)際使用中增加吸聲材料的厚度，可以提高低、中頻的吸聲效果，但厚度增加到一定程度后，效果就變得不明顯了。在實(shí)際使用中，溫度、濕度和氣流等環(huán)境條件對(duì)吸聲材料的吸聲性能也有一定影響。溫度增高，吸聲峰值向高頻移動(dòng)。使用時(shí)不要超過材料的溫度使用范圍，否則材料會(huì)被破壞，失去吸聲作用。當(dāng)吸聲材料吸水受潮時(shí)，會(huì)引起材料變質(zhì)，使材料中的間隙和小孔被水堵塞，使孑 L 隙率減小，從而影響吸聲性能。氣流則會(huì)使材料纖維飛散，還會(huì)引起聲波長(zhǎng)變化，使吸聲峰值向高或低移動(dòng)，呈現(xiàn)特性不穩(wěn)定的情況。同一種多孔吸聲材料的密度對(duì)吸聲系數(shù)有一定影響，這是因?yàn)樗苯优c流阻有關(guān)。一般來講，吸聲材料的密度增加，低頻吸聲效果增加，高頻吸聲效果下降。因此，對(duì)吸聲材料的密度必須合理地選擇，以求最佳的吸聲效果。

2）吸聲結(jié)構(gòu)降噪

吸聲結(jié)構(gòu)降噪包括薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)、微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)等。穿孔板的穿孔直徑減小到 1mm以下，則可增加吸聲系數(shù)，拓寬吸聲頻帶。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)通常指板厚小于 1mm的薄板上穿以孔徑小于 1mm的微孔，穿孔率在 1%～5%，板后面留有 5～20mm厚度空氣層的吸聲結(jié)構(gòu)。

1.2 隔聲結(jié)構(gòu)降噪

常見隔聲結(jié)構(gòu)有單層隔聲結(jié)構(gòu)和雙層隔聲結(jié)構(gòu)等多種形式，衡量隔聲效果的兩個(gè)重要指標(biāo)是聲強(qiáng)透射系數(shù)（簡(jiǎn)稱透射系數(shù)）和隔聲量。通常雙層壁之間空氣層厚度增加，隔聲量增加，但空氣層厚度超過 lOem后，隔聲量就幾乎不再增加，故實(shí)用上一般取空氣層厚度為 8- 10cm。

雙層壁隔聲也存在同單層壁一樣的吻合效應(yīng)，若兩壁為厚度相同的同種材料時(shí)，其吻合臨界頻率與單層壁相同，可使隔聲量明顯下降。若兩壁采用不同材料或設(shè)計(jì)成不同厚度時(shí)，可便兩個(gè)單層壁的臨界頻率互相錯(cuò)開，從而避免出現(xiàn)隔聲量低谷過深的吻合效應(yīng)區(qū)域。在雙層壁的中間空氣層填入適量的吸聲材料，可以消除共振及吻合效應(yīng)對(duì)隔聲效果的影響，一般在壁的中間空氣層填充一些內(nèi)阻較大的材料，如玻璃棉、礦植棉等，這樣會(huì)吸收聲能，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的隔聲效果，可以提高結(jié)構(gòu)隔聲量。

1.3 阻尼減振降噪

自由阻尼處理：拉壓變形耗散振動(dòng)能量。約束阻尼處理：剪切變形耗散振動(dòng)能量。以上是常用的被動(dòng)降噪方法，在家電產(chǎn)品及洗碗機(jī)降噪處理中有較多的應(yīng)用。

2.降噪技術(shù)在洗碗機(jī)中的應(yīng)用

根據(jù)對(duì)前述噪聲控制技術(shù)的分析，我們采用阻尼減振降噪以應(yīng)對(duì)低頻噪聲；采用吸音棉吸聲降噪以應(yīng)對(duì)中高頻噪聲；采用隔音降噪技術(shù)以應(yīng)對(duì)全頻噪聲。通過多種噪聲控制技術(shù)并用的方式，有針對(duì)性地根據(jù)降噪前的測(cè)試分析進(jìn)行降噪處理，達(dá)成實(shí)際降噪效果。降噪處理前的洗碗機(jī)頻程與頻譜分析通過一系列的降噪措施后，從時(shí)間歷程上看，在整個(gè)洗碗機(jī)工作過程，洗碗機(jī)整體噪聲己有大幅下降；從頻譜上看，從低頻到高頻，各頻段上的洗碗機(jī)的噪聲都有所下降，己不再是全頻段均處于較高幅值的狀態(tài)，說明針對(duì)各頻段所釆取的降噪措施己發(fā)揮作用。

3.洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)膽底板結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

利用 Optistruct 軟件通過加入加強(qiáng)筋的方式對(duì)內(nèi)膽底板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在優(yōu)化內(nèi)膽底板時(shí)，需要綜合考慮底板的對(duì)稱性和排渣的通暢性。以底板的固有頻率為目標(biāo)函數(shù)，施加對(duì)稱約束和方向約束。

其中一個(gè)表示筋深度 10mm，另一個(gè)表示 0，中間表示（0～10）mm 之間。由于這個(gè)結(jié)果很不規(guī)則，只能作為加筋的參考。根據(jù)上面的加筋思路，結(jié)合實(shí)際，前面原來小橫筋去掉，加 3 條縱筋，后面原來寬筋去掉，加 2 條縱筋，左右各加 1 條橫筋，寬度均為 40mm，深度 5mm，優(yōu)化后內(nèi)膽底板布局，底板第五階模態(tài)優(yōu)化前后相關(guān)對(duì)比，優(yōu)化前模態(tài)（左）freq=114Hz、優(yōu)化后模態(tài)（右）freq=128Hz，第五階模態(tài)固有頻率增加了 14Hz，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的內(nèi)膽底板的第 5 階模態(tài)固有頻率顯著增加，能夠有效的避免內(nèi)膽底板的共振。為了解內(nèi)膽底板優(yōu)化后內(nèi)膽整體的振動(dòng)響應(yīng)情況，需要對(duì)內(nèi)膽整體進(jìn)行諧響應(yīng)分析。

3.2 優(yōu)化后樣機(jī)噪音測(cè)試

根據(jù)之前的試驗(yàn)和仿真分析，通過優(yōu)化內(nèi)膽底板結(jié)構(gòu)來避免內(nèi)膽底板的共振，從而降低洗碗機(jī)的振動(dòng)和噪音。對(duì)優(yōu)化后的洗碗機(jī)樣機(jī)進(jìn)行噪音測(cè)試，結(jié)果優(yōu)化后的樣機(jī)噪聲為 38.87dB<39dB，滿足該洗碗機(jī)減振降噪的設(shè)計(jì)要求，這里所采用的洗碗機(jī)減振降噪方案是可行的。

結(jié)語

綜上所述，可知，噪聲控制技術(shù)在實(shí)際噪聲控制中是有效的，具有實(shí)際指導(dǎo)意義；通過一系列的降噪措施后，對(duì)洗碗機(jī)整體噪聲得到有效控制，噪聲大幅下降，不管是從歷程還是從頻譜上看，在各時(shí)間段、各頻段上的洗碗機(jī)的噪聲均已有所下降，說明針對(duì)各頻段所釆取的降噪措施已發(fā)揮作用。如何有效降噪以及如何降低降噪成本，在適當(dāng)降低產(chǎn)品工作噪音時(shí)如何提高和改善其噪聲品質(zhì)，值得在今后進(jìn)一步研宄。

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