裝載機低頻噪聲特性實驗與分析

江 陽，王 瑤，趙鈞鐸，范宏譽，李占龍

(1.龍工(上海)機械制造有限公司，上海 201612；2.太原科技大學 機械工程學院，山西 太原 030024)

0 引言

作為常用的工程機械，裝載機以其高效的鏟運能力而被廣泛應用于建筑等領域，但其工作環境惡劣，駕駛室的室內噪聲環境差，直接影響了駕駛員的舒適程度和工作效率[1]。為了提高駕駛室的綜合體驗，本文對不同工況下某裝載機駕駛室的室內噪聲情況進行實驗研究。

1 裝載機駕駛室的室內噪聲主要來源

裝載機駕駛室室內噪聲主要來源于空氣泄漏聲、空氣穿透聲、固體聲和內部聲源[2]，如圖1所示。外部聲源引起的室外噪聲通過駕駛室孔隙和駕駛室隔板傳入駕駛室內；外部振源通過中間傳遞激勵駕駛室壁板振動，產生駕駛室室內固體聲，其中發動機噪聲是主要噪聲源之一[3]，且分布于低頻段。

圖1 駕駛室室內噪聲產生原理

2 實驗研究

本次實驗選用武漢優泰電子技術有限公司的uT3704FRS-ICP數據采集器(計量型)和杭州新聲傳感科技有限公司的YG-201型傳聲器。數據采集器具有4通道模擬信號輸入、2通道相位信號輸入，體積小重量輕，便于攜帶，且無需外置供電，采樣頻率范圍為5.12 Hz～102.4 kHz。傳聲器具有高輸入阻抗、低噪聲等特點，適用于精確噪聲測量以及戶外使用，頻率響應范圍為16 Hz～100 kHz，開路靈敏度為50 mV/Pa。

本次實驗記錄某裝載機發動機轉速為800 r/min、1 300 r/min、1 800 r/min和2 200 r/min四種工況下駕駛室的室內聲壓。由于本次實驗主要分析發動機對室內低頻噪聲的貢獻情況，故采樣頻率設為512 Hz，實驗環境為空曠場地，且背景噪聲符合要求，風速小于3 m/s，保證樣機在測量過程中不被其他聲源所干擾。參考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》布置傳感器，如圖2所示。傳感器與車廂壁和座椅墊保持一定的距離，以減少車身振動的影響。

圖2 傳聲器的布置

3 實驗結果與討論

3.1 1/3倍頻程聲壓

時間T內聲壓的均方根值為[4]：

(1)

其中：pvar為波動的聲壓瞬時幅值。

對于一個純音而言，聲壓的均方根值等于其幅值的0.707倍。

人耳聽覺系統聲壓級定義為[5]：

(2)

其中：pref為1 000 Hz處人耳可聽的最小聲壓幅值，pref=20 μPa。

根據式(1)和式(2)及1/3倍頻程理論得到不同轉速工況下的A計權1/3倍頻程聲壓，如圖3所示。

圖3 不同發動機轉速下駕駛室內的A計權1/3倍頻程聲壓

3.2 低頻噪聲特性

該裝載機采用柴油發動機作為動力源，是整機的主要噪聲源，其主要發火頻率及聲壓貢獻見表1。

表1 發動機主要發火頻率及聲壓貢獻

由圖3和表1可知：在轉速為800 r/min時，對駕駛室室內噪聲影響最大的中心頻率為40 Hz，聲壓級達到67.3 dB，此時發動機主要發火頻率對駕駛室室內噪聲貢獻最大；在轉速為1 300 r/min時，影響最大的噪聲頻段的中心頻率為65 Hz，聲壓級達到54.5 dB，而發動機主要發火頻率的貢獻最大；在轉速為1 800 r/min時，影響最大的噪聲頻段的中心頻率為90 Hz，聲壓級達到61.5 dB，此時發動機主要發火頻率的貢獻最大；在轉速為2 200 r/min時，影響最大的噪聲頻段的中心頻率為110 Hz，聲壓級達到71.7 dB，發動機主要發火頻率的貢獻最大。另外，在發動機主要發火頻率頻段，噪聲能量明顯大于周圍其他頻段的能量。

不同轉速工況下，室內/外噪聲的降噪比在2 200 r/min時達到最大，為13.08%；在800 r/min時最小，為6.37%。

4 結論

裝載機駕駛室內低頻噪聲主要來源于發動機的發火頻率，駕駛室室內/外噪聲的降噪比為6.37%～13.08%。可采取引入低噪發動機和全頻段隔噪駕駛室來進一步改善該類工程機械的駕駛室噪聲體驗。