某大型液壓挖掘機駕駛室內噪聲源識別試驗研究

摘要：針對某大型液壓挖掘駕駛室內噪聲過大現象，采用頻譜分析和階次分析等方法對該型號挖掘機駕駛室內噪聲源進行試驗研究。首先介紹階次分析方法在旋轉機械應用的優越性，然后比較該挖掘機在不同工況下駕駛室內噪聲水平，最后根據駕駛室內噪聲頻譜和階次譜特征，結合發動機、冷卻風扇、柱塞泵等相關參數識別出主要噪聲源，為后續噪聲控制提供可靠依據。

關鍵詞：液壓挖掘機；頻譜分析；階次跟蹤；噪聲測試

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

隨著我國經濟高速發展，工程機械在基礎設施建設中起到巨大推動作用，尤其在建筑、土木、水利、鐵路等行業。而噪聲問題日益成為污染城市環境、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。駕駛室內噪聲作為舒適性重要指標之一，正受到用戶的高度關注，較高的噪聲將損害產品的形象和聲譽[2]。因此，降低駕駛室內噪聲，提高乘坐舒適性已成為工程機械產品開發中非常重要的環節。

本文研究的對象是某型 36.5 t大型挖掘機，根據噪聲測試標準（GB/T 25613-2010《土方機械司機位置發射聲壓級的測定 定置試驗條件》[3]和GB/T 25615-2010《土方機械 司機位置發射聲壓級的測定 動態試驗條件》[4]）測量該型號大型挖掘機駕駛室內噪聲水平。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

傳統的頻譜分析采樣時間間隔相等，當轉速發生變化時，每一周期內的采樣點數也會發生變化，從而導致頻率混疊現象，因此傳統的頻譜分析無法正確對非穩態信號進行處理。階次分析方法源于角域采樣理論。對發動機升、降速過程中的非穩態噪聲信號，若對于轉軸進行恒角度增量采樣，則此時域非穩態信號在角度域中變成穩態信號，再對角度域穩態信號進行FFT變換則可以得到階次譜[5]。本試驗通過測量發動機在升速過程中駕駛室內噪聲信號，確定轉速變化與駕駛室內噪聲特性變化關系，從而識別出主要噪聲源。

2 駕駛室內噪聲測試

2.1 測試設備

測試和分析使用的儀器為比利時LMS公司的數據采集前端SCADAS、LMS Test.lab 9B 軟件系統、PCB傳聲器、聲級校準器、激光測轉速儀、聲學三腳支架等。

2.2 測點位置選取

傳聲器位于距司機頭部中間平面200±20 mm，與眼睛成一線，并置于司機頭部的左側和右側。傳聲器置于水平方向，應指向駕駛員看到的方向。具體參照國家標準（GB/T 25613-2010《土方機械 司機位置發射聲壓級的測定 定置試驗條件》和GB/T 25615-2010《土方機械 司機位置發射聲壓級的測定 動態試驗條件》）進行測量。

2.3 測試工況選擇

根據國家標準規定的測試工況為定置試驗和動態試驗。定置試驗時挖掘機位于測試場地中心，調節各擋位，測試發動機在空載條件下以制造商規定的轉速運轉時司機頭部兩側處噪聲水平。動態試驗是以模擬挖溝并把物料卸在溝邊為一次循環周期。測試不同擋位下整個循環過程中司機頭部兩側處噪聲水平。

根據不同的擋位和測試工況，發動機轉速如表1所示。

3 駕駛室內噪聲分析

根據挖掘機的工作原理以及其發聲特點，列出以下幾個主要噪聲源：發動機噪聲、進氣噪聲、 排氣噪聲、主泵噪聲和主閥噪聲[6]。

根據主要擋位下測試駕駛室內噪聲水平，定置測試結果和動態測試結果如表2、表3所示。

3.1 定置試驗駕駛室內噪聲源分析

根據上述階次分析理論，測試分析得到的定置試驗工況下發動機轉速由1200 r/min穩定升速到1950 r/min過程中駕駛室內噪聲階次分析譜，如圖3所示。從圖中可以看出駕駛室內噪聲主要是發動機的3階激勵和6階激勵及4.8階這幾個特征分量。

3.2 動態試驗駕駛室內噪聲源分析

因此，可以確定定置工況下，駕駛室主要噪聲源是發動機和冷卻風扇噪聲；動態工況下，駕駛室主要噪聲源為柱塞泵噪聲。

4 結論

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

參考文獻：

[1] 靳曉雄，張立軍.汽車噪聲的預測與控制[M].上海：同濟大學出版社，2003： 1- 229.

[2] 翁海蓉. 汽車車內噪聲源識別方法研究進展[J].機械管理開發，2008，23（4）：34～ 37.

[3] G/BT 25613-2010土方機械 司機位置發射聲壓級的測定 定置試驗條件[S].

[4] G/BT 25615-2010土方機械司機位置發射聲壓級的測定動態試驗條件[S].

[5] 郭瑜，秦樹人.旋轉機械非穩定信號的偽轉速跟蹤階比分析[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駕駛室的噪聲源[J].噪聲與振動控制，2011，31（4）： 106-110.