振動(dòng)壓路機(jī)冷卻風(fēng)扇的位置優(yōu)化試驗(yàn)

劉潔+牛春亮+夏磐夫

摘要：為了提升振動(dòng)壓路機(jī)冷卻風(fēng)扇的性能，提出采用優(yōu)化冷卻風(fēng)扇安裝位置的方法。通過(guò)調(diào)整冷卻風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩之間的相對(duì)位置，尋找冷卻風(fēng)扇性能參數(shù)噪聲風(fēng)速比的最小值，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)壓路機(jī)冷卻風(fēng)扇性能最優(yōu)化。對(duì)優(yōu)化后的風(fēng)扇進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明：安裝位置優(yōu)化后，風(fēng)扇的噪聲風(fēng)速比比優(yōu)化前平均降低1.96 dB·s·m-1，冷卻風(fēng)扇的性能平均提升15.06%，優(yōu)化效果顯著。

關(guān)鍵詞：冷卻風(fēng)扇；位置優(yōu)化；噪聲風(fēng)速比；振動(dòng)壓路機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： In order to improve the performance of the cooling fan of vibratory roller， a method of optimizing the installation position of the cooling fan was proposed. By adjusting the relative position between the cooling fan and the windshield and finding the minimum value of the ratio of noise to wind speed， the performance optimization of the cooling fan should be realized. The optimized fan was tested， and the results show that the average ratio of noise to wind speed of the cooling fan is 1.96 dB·s·m-1 lower than before， and the performance is improved by 15.06%， suggesting that the optimization effect is remarkable.

Key words： cooling fan； position optimization； ratio of noise to wind speed； vibratory roller

0引言

冷卻風(fēng)扇是振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能不但直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，而且對(duì)于保證發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和壽命具有重要意義[1]。然而，冷卻風(fēng)扇對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻所產(chǎn)生的噪聲也是壓路機(jī)的一項(xiàng)主要噪聲源[23]，如何實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇冷卻效果和噪聲的最優(yōu)化已成為冷卻風(fēng)扇性能研究的一項(xiàng)重要課題。例如方建平等利用三維數(shù)字化掃描技術(shù)獲取了風(fēng)扇的三維實(shí)體模型，通過(guò)對(duì)風(fēng)扇湍流流場(chǎng)的分析改進(jìn)了風(fēng)扇結(jié)構(gòu)[4]；楊維平等人探究了風(fēng)扇和導(dǎo)風(fēng)罩相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其風(fēng)量大小和噪聲水平的影響，通過(guò)選型得到了最合適的風(fēng)扇和導(dǎo)風(fēng)罩型號(hào)[5]；芮宏斌等人通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析了是否安裝導(dǎo)流環(huán)對(duì)風(fēng)扇性能的影響，得出了安裝導(dǎo)流環(huán)的風(fēng)扇性能優(yōu)于沒(méi)有導(dǎo)流環(huán)的風(fēng)扇的結(jié)論[6]；S. KRISHNA等人利用Fluent軟件對(duì)某風(fēng)扇進(jìn)行了CAA和CFD分析，預(yù)測(cè)了風(fēng)扇全局聲壓級(jí)的大小和噪聲的主要來(lái)源，并通過(guò)修改風(fēng)扇的幾何參數(shù)，降低了風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲[7]。

以上這些方法都是通過(guò)優(yōu)化風(fēng)扇結(jié)構(gòu)或更換風(fēng)扇來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇性能提升，未考慮冷卻風(fēng)扇的安裝位置對(duì)風(fēng)扇性能的影響。故本文從優(yōu)化冷卻風(fēng)扇安裝位置的角度出發(fā)，研究振動(dòng)壓路機(jī)冷卻風(fēng)扇安裝位置對(duì)風(fēng)扇性能的影響，通過(guò)調(diào)整冷卻風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩之間的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇性能最優(yōu)化。

1振動(dòng)壓路機(jī)冷卻風(fēng)扇的性能

噪聲風(fēng)量比描述了單位風(fēng)量對(duì)風(fēng)扇噪聲的貢獻(xiàn)值，該值越小，意味著單位風(fēng)量對(duì)風(fēng)扇噪聲的貢獻(xiàn)值越小，風(fēng)扇的綜合性能越好。本文研究冷卻風(fēng)扇更換后的安裝位置對(duì)風(fēng)扇性能的影響，試驗(yàn)過(guò)程中風(fēng)道的橫截面積不變。為簡(jiǎn)化計(jì)算，用噪聲風(fēng)速比代替噪聲風(fēng)量比，噪聲風(fēng)速比的定義為

2.1試驗(yàn)及方案

為實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇安裝位置最優(yōu)化，參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)規(guī)范，對(duì)某振動(dòng)壓路機(jī)的風(fēng)扇進(jìn)行性能測(cè)試。采用某品牌新風(fēng)扇B（直徑510 mm，葉片6個(gè)，軸向?qū)挾葹?0 mm）替換原裝風(fēng)扇A（直徑為600 mm，葉片12個(gè)，軸向?qū)挾葹?5 mm），采用圖2所示的臺(tái)架進(jìn)行噪聲和風(fēng)速測(cè)試，噪聲測(cè)試位置和風(fēng)速測(cè)試位置分別如圖3（a）中M1、M2和圖3（b）中1～12號(hào)圓圈點(diǎn)所示，最終測(cè)試結(jié)果以各測(cè)點(diǎn)的均值表示。采用表1所示的2組工況進(jìn)行試驗(yàn)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速分別為2 100 r·min-1和2 300 r·min-1，對(duì)原風(fēng)扇在原安裝位置d=10 mm處時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果作為參考。

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

表2是2組工況下原風(fēng)扇在原安裝位置（d=10 mm）處的試驗(yàn)結(jié)果，其主要問(wèn)題是風(fēng)扇的噪聲偏大，2組工況下均高于96 dB。表3是2組工況下新

風(fēng)扇在不同安裝位置處的試驗(yàn)結(jié)果。從表3可以看出，新風(fēng)扇較原風(fēng)扇噪聲明顯降低，2組工況下新風(fēng)扇的噪聲均低于96 dB，且新風(fēng)扇的噪聲和風(fēng)速隨風(fēng)扇安裝位置的變化而變化。根據(jù)該試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)3次樣條曲線(xiàn)擬合算法建立新風(fēng)扇的噪聲風(fēng)速比Rnv與安裝距離d之間的函數(shù)關(guān)系，其擬合曲線(xiàn)如圖4所示。根據(jù)式（6）建立的優(yōu)化函數(shù)，求出擬合曲線(xiàn)中Rnv的最小值及對(duì)應(yīng)的安裝距離d*，見(jiàn)表4。

3結(jié)語(yǔ)

振動(dòng)壓路機(jī)冷卻風(fēng)扇的安裝位置是影響冷卻風(fēng)扇性能的重要因素，在更換冷卻風(fēng)扇時(shí)，將新風(fēng)扇安裝到原風(fēng)扇的安裝位置不能有效地發(fā)揮新風(fēng)扇的性能，對(duì)冷卻風(fēng)扇的安裝位置進(jìn)行優(yōu)化有利于提升風(fēng)扇性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，安裝位置優(yōu)化后風(fēng)扇的噪聲風(fēng)速比比優(yōu)化前平均降低196 dB·s·m-1，冷卻風(fēng)扇的性能平均提升15.06%，優(yōu)化效果顯著。

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