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        內(nèi)燃叉車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)消聲性能改進(jìn)設(shè)計(jì)分析

        2017-09-07 20:50:36曾優(yōu)連
        關(guān)鍵詞:改進(jìn)設(shè)計(jì)

        曾優(yōu)連

        摘 要:內(nèi)燃叉車(chē)在作業(yè)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很大的噪音,駕駛?cè)碎L(zhǎng)期在噪聲很大的環(huán)境下工作,很容易對(duì)駕駛?cè)松硇慕】翟斐晌:?,同時(shí)也影響周?chē)沫h(huán)境。所以,對(duì)內(nèi)燃叉車(chē)進(jìn)行降噪處理十分重要。排氣消聲器是降低內(nèi)燃叉車(chē)噪音常用的方法。本文主要分析了消聲器設(shè)計(jì)方法、進(jìn)氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)、聲學(xué)有限元仿真等進(jìn)行了探討。

        關(guān)鍵詞:內(nèi)燃叉車(chē);進(jìn)氣系統(tǒng);消聲性能;改進(jìn)設(shè)計(jì)

        中圖分類(lèi)號(hào):TH24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        1.消聲設(shè)計(jì)計(jì)算方法

        1.1 阻性消聲器的計(jì)算方法

        空氣濾清器在內(nèi)燃叉車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)中具有阻性消聲作用,空氣濾清器的濾芯材料大多都是多孔吸聲的纖維材料,最簡(jiǎn)單的阻性消聲器是圓管式消聲器。計(jì)算公式如下:

        其中:P表示管道橫截周長(zhǎng),S表示管道橫截面積,ɑ表示正入射的吸聲系數(shù),l表示消聲器的長(zhǎng)度,D表示管徑。?ɑ則與材料的吸聲系數(shù)?ɑ有關(guān)的吸聲系數(shù)。

        1.2擴(kuò)張式消聲器的計(jì)算方法

        擴(kuò)張式消聲器主要通過(guò)管道中聲波在橫截面擴(kuò)大或者縮小發(fā)生反射導(dǎo)致噪音的衰減。單節(jié)擴(kuò)張時(shí)消聲器聲量的計(jì)算公式如下:

        其中L表示擴(kuò)張時(shí)長(zhǎng)度;K表示波數(shù),K=,其中表示聲波波長(zhǎng);m表示擴(kuò)張比,擴(kuò)張比m=SD/Sd,SD表示擴(kuò)張腔的橫截面積,Sd表示管道的橫截面積。從公式中可以看出單節(jié)擴(kuò)張式消聲器的消聲性能與正弦波形,如果Kl是π/2的奇數(shù)倍,則sin(Kl)=1,這個(gè)時(shí)候的消聲量最大;如果Kl是π/2的偶數(shù)倍,sin(Kl)=0,這個(gè)時(shí)候的消聲量最小,其對(duì)應(yīng)的頻率為通過(guò)頻率。單節(jié)擴(kuò)張式消聲器的通過(guò)頻率呈周期性,用內(nèi)插管的方式可以消除通過(guò)頻率。如果插入的管道長(zhǎng)度在L/2,可以有效地消除1/2波長(zhǎng)的奇數(shù)倍通過(guò)頻率,如果插入的管道長(zhǎng)度為L(zhǎng)/4,則可以消除1/2波長(zhǎng)偶數(shù)倍的通過(guò)頻率。

        1.3 赫姆霍茲共振消聲器的計(jì)算方法

        赫姆霍茲共振消聲器以共振頻率為中心,在一定范圍內(nèi)起到消聲作用。其單節(jié)共振消聲器的共振頻率公式為:

        其中,f表示共振頻率,S表示連接管的橫截面積,V表示共振腔體積,l為連接算的長(zhǎng)度。

        2.進(jìn)氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

        本文研究的內(nèi)燃叉車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)包括空氣濾清器、擴(kuò)張式進(jìn)氣消聲系統(tǒng)器和進(jìn)氣管路,立柱作為車(chē)架的一部分,也屬于進(jìn)氣管路的一部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲,發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣噪音最大的頻段是:60Hz~100Hz、250Hz~350Hz、500Hz~800Hz。頻率噪音最多的分別為:87Hz、320Hz、659Hz、890Hz等。以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為改進(jìn)依據(jù),對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)消聲器、空氣濾清器以及進(jìn)氣管進(jìn)行改進(jìn)。

        2.1 進(jìn)氣消聲器改進(jìn)設(shè)計(jì)

        通過(guò)車(chē)架的連接腔將原來(lái)的消聲器空氣入口端與立柱管道連接,空氣濾清器與空氣出口端連接,開(kāi)口向上。進(jìn)氣消聲器設(shè)計(jì)為階梯型,中間連接處為斜面,這樣可以避免車(chē)架和空氣濾清器的干擾。對(duì)進(jìn)氣消聲器改進(jìn)方法如下:第一,利用車(chē)內(nèi)的進(jìn)氣消聲器的空間,增加進(jìn)氣消聲器的體系V,從而獲得最大的擴(kuò)張比m。第二,為了提高橫截面的聲阻抗效果,去掉原來(lái)進(jìn)氣消聲器的斜面,擴(kuò)大擴(kuò)張腔的體積。第三,在空氣入口端插入管道,消除通過(guò)頻率。

        2.2空氣濾清器改進(jìn)設(shè)計(jì)

        空氣濾清器不僅有凈化空氣的作用,而且還有吸聲作用,受到空氣濾清器空間的限制,空氣出入口位置、腔體的橫截面積以及擴(kuò)張比也無(wú)法改變,所以只能增加腔體的長(zhǎng)度,擴(kuò)大腔體的體積,從而獲得低頻消聲。原來(lái)的空氣濾清器腔體的長(zhǎng)度為300mm,改進(jìn)以后,空氣濾清器的腔體長(zhǎng)度為360mm,也就是擴(kuò)大了腔體20%的體積。

        2.3進(jìn)氣接管改進(jìn)設(shè)計(jì)

        空氣濾清器內(nèi)置進(jìn)氣管,氣流被管道切成兩股并由出口處匯入到發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)氣接管結(jié)構(gòu)是一段不規(guī)則的管路,管內(nèi)橫截面積沒(méi)有什么變化,消聲功能不明顯,這是由發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和接管安裝位置決定的。改進(jìn)進(jìn)氣接管去掉分流結(jié)構(gòu),在管道的兩側(cè)設(shè)計(jì)特殊頻率的赫姆霍茲共振腔A、B,改進(jìn)以后其結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

        3.聲學(xué)有限元仿真

        改進(jìn)以后的進(jìn)氣系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性和不規(guī)律性,為了確保進(jìn)氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性,還需要對(duì)其進(jìn)行性能分析,傳統(tǒng)的計(jì)算方法不適合復(fù)雜的結(jié)構(gòu),因此采用聲學(xué)有限元仿真技術(shù)進(jìn)行分析。通過(guò)仿真軟件Virtual Lab軟件對(duì)原有的進(jìn)氣系統(tǒng)和改進(jìn)后的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)有限元分析,在分析的時(shí)候忽略流體和剛體之間的耦合作用,設(shè)置條件為:第一,將壁面設(shè)置為無(wú)反射剛性壁面。第二,施加單位質(zhì)點(diǎn)速度在入口處。第三,出口處施加全吸聲。然后將其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的進(jìn)氣系統(tǒng)傳遞損失比原來(lái)的進(jìn)氣系統(tǒng)有所提高,尤其在中、低頻段280Hz~340Hz消聲大幅度的提高,在中、高頻段提高比較大,其中以750Hz~850Hz特別明顯。通過(guò)聲學(xué)有限元仿真實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)改進(jìn)方法符合設(shè)計(jì)要求。

        4.試驗(yàn)結(jié)果與分析

        改進(jìn)以后,進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣口的聲壓等級(jí)明顯降低,在怠速工況下下降了2.78dB;發(fā)動(dòng)機(jī)最高速度工況下,下降了3.16dB。在怠速工況下,低頻段的噪音在下降的更低,中心頻率在80Hz~160Hz頻段消聲效果達(dá)到了2dB~3dB;在中、高頻段的消聲效果比較明顯,315Hz、630Hz、800Hz這3個(gè)頻段降噪量達(dá)到了5dB以上;發(fā)動(dòng)機(jī)最高速度運(yùn)行過(guò)程中,中、高頻段中心頻率315Hz和500Hz的頻段消聲效果為1dB~2dB,但是400Hz~800Hz頻段的降噪效果最佳,達(dá)到了5dB~8dB。從這可以看出,改進(jìn)以后的進(jìn)氣系統(tǒng)消聲效果比較明顯,在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和最高速度下,消聲效果基本能達(dá)到2dB~3dB,部分頻段的消聲效果達(dá)到了5dB。因此,此改進(jìn)方案完全符合設(shè)計(jì)內(nèi)燃叉車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)消聲性能改進(jìn)的要求。

        結(jié)語(yǔ)

        目前大部分的降低內(nèi)燃叉車(chē)噪音最直接的方法就是安裝性能較好的消聲器,消聲器的內(nèi)部消聲結(jié)構(gòu)和材料能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體進(jìn)行反射或者轉(zhuǎn)化為熱能。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)燃叉車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),在進(jìn)氣消聲器中插入管道擴(kuò)大體積,增加空氣率清晰的腔體長(zhǎng)度,在進(jìn)氣接管的重點(diǎn)頻率使用赫姆霍茲共振消聲器,經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)改進(jìn)方案完全符合設(shè)計(jì)要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]沈蘇藝,翁澤宇,李明輝,等.內(nèi)燃叉車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)消聲性能改進(jìn)設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)電工程,2015,32(10):1335-1339.

        [2]譚雅仙,李其朋,陳翔宇,等.內(nèi)燃叉車(chē)擴(kuò)張式進(jìn)氣消聲器分析與改進(jìn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2016(6):150-152.endprint

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