基于旁支管裝載機降噪技術研究

時培偉，袁帥，郭彬，亓宗磊，李艷君

(濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 261061)

0 引言

隨著工程機械行業的發展，裝載機噪聲也越來越受到社會的普遍關注。而液壓系統是裝載機的重要組成部分，同時也是主要噪聲源之一。隨著對裝載機技術的研究，液壓系統在向著高轉速、高工作壓力和大功率發展的同時，也伴隨著高噪聲的產生，由此裝載機降噪技術成為新的發展方向[1-2]。

本文作者以某輪式裝載機為研究對象，基于噪聲試驗、頻譜分析，確定裝載機液壓系統噪聲頻率；針對泵的基頻、噪聲頻率，制定出5種不同長度的1/4波長旁支管。試驗證明：通過在泵的出口增加降噪旁支管可以有效降低液壓泵的噪聲。該研究成果為裝載機的結構設計提供參考依據，縮短研發周期，節省試驗費用。

1 噪聲源識別

1.1 裝載機降噪背景

某主機廠出口巴西裝載機(如圖1所示)噪聲超標，依據裝載機測試規范GB/T 25612-2010《土方機械 聲功率級的測定 定置試驗條件》對其進行振動、噪聲測試，其輻射噪聲為111.1 dB(A),高于巴西2015年新實施的噪聲標準109 dB(A)[1]。

為實現裝載機配套出口，滿足巴西噪聲標準，需要確定裝載機主要噪聲源，從而進行裝載機降噪。

圖1 某輪式裝載機

1.2 噪聲源識別

文中根據頻譜分析法來確定噪聲源、噪聲頻率。

測點：在發動機右側、液壓泵側布置麥克風。

試驗工況：定置情況下，對裝載機進行怠速、最高空車轉速、從怠速緩慢上升到最高空車轉速3種工況下的振動、噪聲試驗(如圖2、3所示)。

圖4為裝載機右前測點1/3倍頻圖，圖5為近場測點振動、噪聲頻譜圖，表1為變矩器口齒輪參數。

圖2 機外輻射噪聲測點

圖3 近場噪聲測點

圖4 裝載機近場噪聲1/3倍頻圖

變矩器口齒數主動齒44被動齒40

根據測試結果可以分析出噪聲源主要集中在1 600 Hz中心頻帶，而且機外發射噪聲主要噪聲源為1 600 Hz左右窄頻噪聲，諧次性為44。根據表1所示，變矩器口主動齒輪44個齒，動力通過齒輪嚙合傳遞給液壓泵，造成高壓管路產生液壓脈動，由此產生噪聲。

通過以上分析可以確定，油泵及液壓管路為主要噪聲源，且集中在1 600 Hz左右。

2 改進措施及驗證

2.1 1/4波長旁支管

為降低裝載機輻射噪聲，根據上述試驗結果，首先降低液壓系統噪聲。文中通過在泵的出口處增加旁支管共振器的方法進行降噪。

旁支管共振器的設計相對簡單，且成本較低，是一種常用的降噪方案。圖6是典型的1/4波長旁支管共振器工作原理圖，經過共振器反射后的壓力波剛好處于正弦波的波谷，進而抵消流入的高壓力波，轉變為低壓力波流出，這樣就降低了液壓系統的壓力脈動[3]。

圖6 1/4波長旁支管共振器原理圖

旁支管的作用頻率如下式所示，實際應用時，還需測試支管的進出口壓力，計算出其傳遞函數，進而可以得到試驗支管的實際作用頻率，并和目標頻率進行比較[4]。

式中：fc為旁支管的作用頻率，Hz；c為聲速；L為旁支管長度，m。

2.2 試驗驗證

根據窄頻噪聲1 600 Hz，同時考慮到液壓油溫度、工作環境、工作過程中聲速的不確定性等因素，制定了5種不同長度的旁支管。

在液壓泵的出口試驗5種不同長度旁支管共振器，對裝載機進行噪聲試驗，測試機外輻射噪聲[5]，測試結果如圖7所示。

圖7 5種波長管機外輻射噪聲

5種長度旁支管右前測點1/3倍頻對比圖(淺灰色為原狀態，深灰色為增加旁支管后狀態)如圖8—圖12所示。

由圖8—圖12可知：220 mm波長管對1 600 Hz中心頻帶噪聲降噪效果最好，機外發射噪聲最小，達到108.1 dB(A)，滿足出口巴西噪聲標準。

圖8 180 mm旁支管噪聲頻譜圖

圖9 200 mm旁支管噪聲頻譜圖

圖10 215 mm旁支管噪聲頻譜圖

圖11 230 mm旁支管噪聲頻譜圖

圖12 250 mm旁支管噪聲頻譜圖

3 結論

針對某裝載機出口巴西噪聲超標現象，利用西門子公司的LMS.Testlab模塊，對裝載機進行NVH試驗，確定主要噪聲源為液壓泵，并通過在泵的出口增加旁支管共振器的方法進行降噪，降噪達3 dB(A)，對液壓泵從源頭上進行了噪聲控制，從而降低了裝載機的噪聲水平。