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工程機(jī)械噪聲與控制理論問題初探

  
評(píng)論: 更新日期:2013年10月08日

 引言
  
  隨著工程機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展,人們對(duì)于工程機(jī)械的舒適性和振動(dòng)噪聲控制的要求越來越嚴(yán)格。噪聲的控制,不僅關(guān)系到乘坐舒適性,而且還關(guān)系到環(huán)境保護(hù)。一切噪聲又源于振動(dòng),振動(dòng)能夠引起某些部件的早期疲勞損壞,從而降低工程機(jī)械的使用壽命;過高的噪聲既能損害駕駛員的聽力,還會(huì)使駕駛員迅速疲勞,從而對(duì)工程機(jī)械行駛作業(yè)安全性構(gòu)成了極大的威脅。噪聲控制也關(guān)系到工程機(jī)械產(chǎn)品的工作的平順性、耐久性和安全性。因此振動(dòng)、噪聲和舒適性這三者是密切相關(guān)的,既要減小振動(dòng),降低噪聲,又要提高乘坐舒適性,保證產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性,使工程機(jī)械產(chǎn)品的噪聲控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。
  
  進(jìn)入21上世紀(jì)后,人類為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,提出了工程機(jī)械的環(huán)保技術(shù)和信息技術(shù),使工程機(jī)械發(fā)展進(jìn)入了新的發(fā)展階段。歐美和日本市場(chǎng)對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品的噪聲實(shí)施了更加嚴(yán)格的要求。因此工程機(jī)械的環(huán)保技術(shù)和信息技術(shù)是今后國(guó)際工程發(fā)展趨勢(shì)的主流。為配合國(guó)際化戰(zhàn)略,以國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo),提升產(chǎn)品技術(shù)水平,尤其為進(jìn)一步開拓國(guó)際市場(chǎng),徐工產(chǎn)品下一步發(fā)展思路和主要目標(biāo)之一就是進(jìn)行節(jié)能、環(huán)保、操作舒適性等技術(shù)的研究。
  
  1噪聲的種類
  
  產(chǎn)生工程機(jī)械噪聲的主要因素是空氣動(dòng)力、機(jī)械傳動(dòng)、液壓三部分。從結(jié)構(gòu)上可分為發(fā)動(dòng)機(jī)(即燃燒噪聲、排氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲、發(fā)電機(jī)噪聲),發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲(如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng),配氣軸的轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)、排氣門開關(guān)等引起的噪聲)。傳動(dòng)系噪聲、底盤各部件的連接配合引起的噪聲,車身噪聲(發(fā)動(dòng)機(jī)引起車身結(jié)構(gòu)的振動(dòng),附件的安裝不合理引起的噪聲),液壓噪聲(齒輪泵,液壓閥及管路振動(dòng)引起的噪聲),制動(dòng)系統(tǒng)排氣噪聲,工作裝置動(dòng)作沖擊噪聲。其中發(fā)動(dòng)機(jī)及其相關(guān)件產(chǎn)生的噪聲占二分之一以上。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的減振、降噪成為工程機(jī)械噪聲控制的關(guān)鍵之一。
  
 ?。苍肼曇?/strong>
  
  早在1983年,一部分國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)因噪聲過高,北京市公安局不發(fā)給使用牌照,購(gòu)買單位紛紛要求退貨,使工程機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)受到了一次強(qiáng)烈的沖擊。1984年,機(jī)械工業(yè)部頒布了《工程機(jī)械噪聲限值》標(biāo)準(zhǔn)(JB3774.84);1990年國(guó)家環(huán)保局頒布了《建筑施工場(chǎng)界噪聲限值》標(biāo)準(zhǔn)(GBl2523-90)。在以上基礎(chǔ)上,參照ISO/DIS6393-6396:1995標(biāo)準(zhǔn),1996年頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程機(jī)械噪聲限值》(GB16710.1—1996),該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值作為現(xiàn)階段我國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)品的最低指標(biāo),是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)布實(shí)施(比JB3774.1—84有所放寬)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工程機(jī)械司機(jī)位置處噪聲限值為92dB(A),還規(guī)定了機(jī)外輻射噪聲聲功率級(jí)與標(biāo)定功率之間的關(guān)系。分別見表1,2
  
  由于西方發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)水平較高,無論是發(fā)動(dòng)機(jī),還是油泵、變速箱、變矩器等機(jī)械、液壓部件等運(yùn)行噪聲較小。
  
  
  出于對(duì)環(huán)境和對(duì)人體健康的保護(hù),這些國(guó)家的嗓聲限值標(biāo)準(zhǔn)一直在不斷降低。歐洲噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)于1997年修訂,比原標(biāo)準(zhǔn)下降4dB(A),其中規(guī)定最大噪聲不得大于113dB(A),發(fā)動(dòng)機(jī)功率為154kW時(shí),噪聲聲功率級(jí)限值應(yīng)小于等于107dB(A),比我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低11dB(A).2002年1月1日,歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步修訂,比97年標(biāo)準(zhǔn)下降3dB(A)。在日本,1997年10月頒布實(shí)施的最低噪聲限值標(biāo)準(zhǔn),比97年歐洲標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán),其中規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)功率大于105kWlt寸,最大噪聲不得大于106dB(A),比我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低12dB(A)?,F(xiàn)在,降低工程機(jī)械產(chǎn)品噪聲排放限值已是全球性趨勢(shì)。
  歐盟2000年5月5日的頒布的“有關(guān)室外使用設(shè)備環(huán)境噪聲排放”法規(guī)規(guī)定,從2006年1月,實(shí)施該法規(guī)第二階段噪聲排放標(biāo)準(zhǔn),同等發(fā)動(dòng)機(jī)功率設(shè)備,比1997年修訂的歐洲噪聲限值低2~3dB(A)。具體噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)見表3
  
  3噪聲評(píng)價(jià)與噪聲的控制
  

  噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是指車內(nèi)、外的噪聲值和振動(dòng)適應(yīng)性。評(píng)價(jià)方法可分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。影響汽車噪聲主觀評(píng)價(jià)的主要因素是舒適性、響度和確定性。在客觀評(píng)價(jià)時(shí),可以采用噪聲測(cè)量裝置測(cè)量試驗(yàn)進(jìn)行分析;此外模擬技術(shù)中的聲場(chǎng)分析有限元法(FEM)和邊界元法(BEM)也被廣泛應(yīng)用。
  
  國(guó)外對(duì)噪聲研究著手較早,1970年美國(guó)開始對(duì)車內(nèi)嗓聲特性進(jìn)行研究,八十年代,美國(guó)工程力學(xué)研究所在研究車內(nèi)噪聲特性預(yù)測(cè)方面做了大量的研究工作,他們系統(tǒng)研究了聲學(xué)模態(tài)分析的有限單元建模方法,探討了車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)車內(nèi)聲場(chǎng)的影響以及車內(nèi)聲壓對(duì)邊界振動(dòng)的影響,建立了結(jié)構(gòu)一聲學(xué)藕合的有限單元模型。完成了彈性邊界的聲學(xué)模態(tài)分析和車身結(jié)構(gòu)受迫振動(dòng)時(shí)車內(nèi)聲壓分布的計(jì)算,推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)振動(dòng)一聲壓波動(dòng)在受到外界干擾力作用時(shí)的有限元計(jì)算公式,為車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)分析打下了良好的基礎(chǔ)。
  
  日本對(duì)工程機(jī)械噪聲的研究也非常重視,在主要傳動(dòng)件噪聲得到有效控制后,深入研究不同結(jié)構(gòu)形成的空氣流噪聲,并應(yīng)用在新一代挖掘機(jī)等工程機(jī)械上。國(guó)內(nèi)在車輛噪聲研究方面起步較晚,工程機(jī)械噪聲的分析研究則更晚。近二十年來,治理工程機(jī)械噪聲已成為許多生產(chǎn)廠和科研部門急需解決的重要課題。出于對(duì)舒適性的要求,國(guó)內(nèi)外對(duì)車體〖駕駛室〗的振動(dòng)及振動(dòng)噪聲研究較多,對(duì)車外噪聲的分析研究相對(duì)較少,但近幾年來也在逐步增加。
  
  噪聲治理首先要找出主要噪聲源。頻譜分析法是識(shí)別噪聲源基本方法之一,頻譜分析中除了使用幅值頻譜圖以外,最常用的還有功率譜圖,此外還有相干函數(shù)法、倒頻譜法。自70代起,聲全息理論發(fā)展迅速,但至今未能得到廣泛應(yīng)用,主要是設(shè)備昂貴,且空間分辨誤差要大于聲波的波長(zhǎng)。聲強(qiáng)測(cè)量法是80年代初在聲學(xué)測(cè)量和信號(hào)處理方面發(fā)展起來的新技術(shù),已為人們普遍接受,由于測(cè)點(diǎn)太多,在我國(guó)一般廠家很難實(shí)現(xiàn)。近幾年,采用聲近場(chǎng)聲全息技術(shù)和聲壓法識(shí)別車外主要噪聲源的研究都取得了一定進(jìn)展。
  
  根據(jù)噪聲產(chǎn)生和傳播的機(jī)理,可以把噪聲控制技術(shù)分為以下三類:一是對(duì)噪聲源的控制,二是對(duì)噪聲傳播途徑的控制,三是對(duì)噪聲接受者的保護(hù)。其中對(duì)噪聲源的控制是最根本、最直接的措施,包括降低噪聲的激振力及降低發(fā)動(dòng)機(jī)部位對(duì)激振力的響應(yīng)等,即改造振源和聲源。但是對(duì)噪聲源難以進(jìn)行控制時(shí),就需要在噪聲的傳播途徑中采取措施,例如吸聲、隔聲、消聲、減振及隔振等措施。
  
  工程機(jī)械產(chǎn)品的減振降哚水平與整車的熱平衡性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及強(qiáng)度、剛度、質(zhì)量、制造成本密切相關(guān)。
 ?。常卑l(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)與噪聲
  
  降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是工程機(jī)械產(chǎn)品噪聲控制的重點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)是產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的根源。發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲是由燃料燃燒,配氣機(jī)構(gòu)、正時(shí)齒輪及活塞的敲擊噪聲等合成的。

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