产品展示
  液压小型挖掘机驾驶室内低频噪声控制方法研究

  随着全球经济建设速度加快,工民建等活动日益频繁,液压小型挖掘机作为建设用主力机型,其产销量同步增长。液压小型挖掘机在工作过程中通常伴有大噪声、大排放等现象,随着世界各地环保要求越来越高,相关主机厂日益重视减振降噪工作。同时,操作人员对设备的舒适性也有了更高的要求。针对液压小型挖掘机驾驶室内司机耳旁出现稳定、持续低频噪声问题进行分析、排查,通过对噪声进行频谱分析,查找噪声源;通过振动传递路径排查,得出振动与噪声的相关性;通过对相关构件的模态分析,优化构件结构,改善构件振动模态,从而改善噪声水平,提高操作舒适性。

  一 噪声传递途径及现状调查

  1 驾驶室噪声来源分析

  根据相关资料,液压小型挖掘机驾驶室内噪声主要分为两类:固体声和空气声。固体声是指发动机、风扇及液压管路等激励源的振动经由车架、框架等固体结构传递至驾驶室,引起驾驶室薄板、玻璃等结构振动并辐射噪声,频率多在 20 ~250 Hz 之间;空气声是指由空气传播进入驾驶室的振动传递路径中各结构本身的辐射噪声,频率主要在 400 Hz 以上。
液压小型挖掘机驾驶室内低频噪声控制方法研究
  2 现状调查

  某液压小型挖掘机整机额定功率为 36.2 kW/(2 100 r/ min),采用油门拉线控制,其转速通过仪表采集转速传感器信号显示。调试过程中,工作人员反映产品在发动机转速 1 600 r/ min 静置状态时,驾驶室内司机耳旁有持续、稳定的“嗡嗡”声响,造成恶心、耳鸣及胸闷等不适感。根据以上情况,初步判断司机耳旁噪声水平过高,进而影响到操作舒适性,因此,对驾驶室内司机耳旁噪声进行测量。

  按照 GB/ T 25613—2010《土方机械 司机位置发射声压级的测定 定置试验条件》对液压小型挖掘机司机位置的平均时间 A 计权声压级进行测定。GB 16710—2010《土方机械 噪声限制》规定,履带式液压小型挖掘机司机位置发射声压级限值Ⅱ阶段为 80 dB(A)。从表 1 数值可看出,发动机转速 1 600 r/ min 及周围转速时的司机位置发射声压级满足国家标准规定要求,且有较大富余量。可排除因噪声水平过高而造成司机不适。

  二 原因查找及分析

  从空气声和固体声两方面分析查找引起司机不适感的噪声。

  1 空气声

  空气声由结构辐射噪声通过空气传播进驾驶室,进而被司机感知,造成不适。本文采用部件隔离法,对司机耳旁低频问题噪声是否是空气声进行判断。方法如下:拆除驾驶室减振器与驾驶室的连接,用起重行车将驾驶室整体吊起 20 mm,使驾驶室与减振器、车架等分离,达到驾驶室被隔离的状态。驾驶室隔离后,除了未与车架、减振器连接外,驾驶室内部所有操作、控制功能可正常使用。此状态下,司机在驾驶室内调整发动机转速,从 1 200 r/ min 至 2 200r/ min,无不适感,尤其在 1 600 r/ min 左右无不适感。由以上分析可知,引起司机不适的低频噪声不是通过空气从孔隙传进驾驶室的,可判断该噪声不是空气声,而应属于固体声。
液压小型挖掘机驾驶室内低频噪声控制方法研究
  2 固体声

  确定引起司机不适的噪声为固体声后,需对司机位置噪声频谱进行分析,找出其中的突出频率段,结合主要噪声源的频率特性,锁定噪声源。

  1) 频谱分析法

  噪声频谱表示一定频带范围内声压级的分布情况,频谱中各峰值所对应的频率(带)是由某种声源产生的,找到主要峰值声源就为噪声控制提供了依据[3]。在特定转速下,对低频噪声进行 15~30 s 的采集,通过分析噪声频率曲线和特性,可得出各频率噪声对总噪声水平的贡献量。在噪声控制中,频谱图中声压级比较突出的部分及其所对应的频率是重点控制目标。

  2) 测试设备介绍

  测试设备选用日本理音社 4ch 数据记录器 DA- 21,可同时采集 3 路振动信息及 1 路声信息,其中振动为加速度信息。使用时,通过一次、二次积分,分别得到速度和位移参数;声信号可进行 FFT 分析、倍频程分析、时间计权特性分析及频率计权特性分析等。

  3) 测试分析

  在发动机各转速下对驾驶室内司机位置噪声进行测量,发现 1 600 r/ min 时司机位置噪声频谱出现异常。图 2所示为 1 600 r/ min 时司机位置噪声 1/ 3 倍频程 A 计权后的噪声频谱,50 Hz 频带处峰值较明显,因此需对该处噪声在功率谱中进一步细化研究,司机位置噪声功率谱,可看出,53.125 Hz 的声能量最高,至此可确定造成 50 Hz 频带处出现峰值的主要频率为53.125 Hz。

  在相同转速条件下,测量驾驶室底板振动情况,相应的振动频谱, 53.125 Hz 时的振动能量同样出现了较大峰值。根据 2.2.1 中各主要噪声源频率计算式可知,在发动机转速 1 600 r/ min 时,发动机点火 (爆燃) 基频为 53.3Hz。由此可知,发动机点火(爆燃)冲击较大,造成驾驶室振动,产生相同频率的低频噪声,进而引起司机不适。

  三 改进措施

  由于现有车辆已制作完成,导致驾驶室本体结构、车架及发动机支脚结构难以做优化调整,要想降低驾驶室内振动,需改善驾驶室与车架的减振性能,以及驾驶室底板模态。

  1 避免结构出现“干涉”

  驾驶室作为相对封闭的单元,与底板通过紧固螺栓固定,底板通过减振器连接到车架上,安装示意图如图 5 所示。这样即使车架一直存在多种频率的振动,在经过减振器隔离后,传递到驾驶室内的振动会被大幅滤除。实际装配过程中常会形成以下错误:1)驾驶室背部与车身框架干涉、硬接触;2)驾驶室底板下方用管夹固定了较多液压先导管,且管夹与底板之间无缓冲材料;3)由于驾驶室制作误差,导致驾驶室蒙皮、裙边等结构直接与车架搭接、干涉。以上问题的出现,削减了减振器的作用,会使车架振动未经减振器充分滤除,传进驾驶室本体,形成固体声。检查整机发现驾驶室背部与车身框架干涉,同时驾驶室底板下方固定先导管时未使用缓冲结构。针对驾驶室背部与车身框架干涉问题,采取裁除车身框架措施,保证驾驶室在工作晃动过程中不与框架干涉;针对驾驶室底板下方固定先导管未使用缓冲结构问题,采取在管夹与底板之间增加橡胶减振垫的方式进行缓冲,见图 6。

  2 改善驾驶室底板模态

  在结构设计时,应尽量避免安装件与基础构件存在倍频关系。例如驾驶室底板 1 阶频率为 μ1,2 阶频率为 μ2,那么安装在底板上的支架、支撑类小件的 1 阶、2 阶频率需避开 μ1、μ2、2μ1 及 2μ2 等倍频。同时应保障驾驶室底板的低阶频率 μ1、μ2 等不在发动机点火(爆燃)频率范围内。对该机驾驶室底板模态进行分析时发现,问题底板的 1 阶频率为 52.9 Hz,与发动机 1 600 r/ min 工况的点火基频特别接近。通过增加底板厚度,以及改变加强筋布置方式等措施提高底板的 1 阶频率至 73.6 Hz,避开了发动机大多数转速下的点火基频。
液压小型挖掘机驾驶室内低频噪声控制方法研究
  3 提高驾驶室减振器性能

  减振器性能对于驾驶室内部的舒适性影响较大,因为其可直接隔绝或降低因车架振动造成的驾驶室振动。液压小型挖掘机驾驶室减振器一般选用橡胶硅油减振器,其中橡胶的硬度影响减振器的整体静刚度,硅油及内部阻尼孔影响减振器的阻尼系数及整体动刚度。减振器动刚度目前无统一的工程算法,一般通过对减振器施加 1~100 Hz 的激励源,通过测试设备测出各频率下的动刚度数值,并计算出对应的传递系数。但应注意的是,不同系统的质量是不同的,因此即使某款减振器在测试时的传递系数很合理,但应用在不同驾驶室上时会出现传递系数不一致的现象。当减振器在 20 Hz 左右频率出现实际传递系数异常的时候,需联系减振器厂家进行调换。

  4 经过以上改进措施,再次对驾驶室内司机位置噪声频谱进行分析,在发动机 1 600 r/ min 转速条件下,发动机点火(爆燃)频率对应的 53.1 Hz 频率噪声分量得到明显降低。


相关新闻:
相关产品:
版权所有: 2008-2017 All Rights Reserved
地址:山东省济宁市高新区海川路滨河科技园杰威迅工业园内  电话: