蔡 文

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州545007）

工程機械在工作的過程中會向周圍空間輻射噪聲，這些噪聲對周邊的環(huán)境造成噪聲污染，同時也會影響到駕駛員的操作舒適性。綠色、節(jié)能、環(huán)保是當今及未來工程機械發(fā)展的必然趨勢。發(fā)達國家尤其是歐洲和北美國家早已立法規(guī)定了各種工程機械的噪聲極限。一旦有企業(yè)因產(chǎn)品不達標，其將會受到嚴厲的懲罰。我國工程機械如果出口到上述那些國家，也必須滿足當?shù)卣叻ㄒ?guī)的要求。從2015年1月1日開始，我國土方機械實施二階段噪聲限值[1]。 該法規(guī)體現(xiàn)了國家對工程機械輻射噪聲的要求更加嚴格。我國各主機企業(yè)對液壓挖掘機噪聲的研究起步較晚，需要在這一領(lǐng)域加大投入持續(xù)優(yōu)化。噪聲是由振動產(chǎn)生的，而振動又會給液壓挖掘機帶來負面的影響。振動會影響到液壓挖掘機的工作穩(wěn)定性、產(chǎn)品耐久性和駕駛員的操作舒適感。振動和噪聲都是使人體感覺不舒服的因數(shù)。液壓挖掘機工作時噪聲源有發(fā)動機噪聲（包含進氣噪聲、排氣噪聲、燃燒噪聲、連桿機構(gòu)運動噪聲等）、風扇噪聲、液壓主泵噪聲、液壓主閥、液壓油缸等液壓系統(tǒng)噪聲、結(jié)構(gòu)件運動噪聲等等。

常用的噪聲源識別方法從簡單到復(fù)雜，分別有：傳統(tǒng)識別方法、時域分析法、頻域分析法、時頻分析與小波分析法、聲強測量法、聲全息法和波束形成法。近幾年來出現(xiàn)的噪聲源識別前沿技術(shù)，幾乎都具有可視化、信息化、智能化的特點。其測量系統(tǒng)一般由傳聲器陣列、數(shù)據(jù)記錄器、筆記本電腦加軟件構(gòu)成[2]。噪聲源識別的方法有這么多，但實際應(yīng)用時要根據(jù)實際對象和作業(yè)工況靈活采用一種或幾種合理的方法，以快速、準確、低成本地識別出主要的噪聲源。

工程機械對噪聲有要求，也要經(jīng)常檢測噪聲，但沒有汽車等行業(yè)對噪聲的要求那么苛刻，并且一般工程機械企業(yè)在噪聲測試設(shè)備方面的投入也遠遠沒有汽車行業(yè)大，缺乏昂貴的專業(yè)設(shè)備。本文以某款液壓挖掘機試驗樣機為例，針對液壓挖掘機的特點，通過簡單易操作的時域和頻域的分析法快速地對液壓挖掘機機外輻射噪聲數(shù)值進行分析，找出各個噪聲源對整機機外輻射噪聲貢獻值的大小，甄別主要噪聲源，為下一步控制整機噪聲提供理論依據(jù)。

1 某款液壓挖掘機試驗樣機的結(jié)構(gòu)與參數(shù)

該挖掘機操作重量為6.8 t，屬于小型液壓挖掘機。挖掘機的一般工作方式為定點作業(yè)方式，需要遠距離轉(zhuǎn)場時要使用拖車來運輸。該機整機運輸尺寸小，即使用小型農(nóng)用拖拉機也可方便將其運輸轉(zhuǎn)場。挖掘力大，作業(yè)范圍大，可適用于各種工況，尤其是農(nóng)林水利建設(shè)、城市園林綠化、市政道路建設(shè)等等。機器結(jié)構(gòu)及其主要動力元件發(fā)動機、液壓主泵見圖1～圖3。

圖1 整機

圖2 發(fā)動機和風扇

圖3 液壓主泵

整機主要參數(shù)見表1。

表1 整機參數(shù)

2 機外輻射噪聲強度測試

根據(jù)相關(guān)標準，測量整機基本長度，見圖4[3-4]。根據(jù)整機基本長度，確定測試點位置，見圖5[3-4]。為簡化試驗，取1～4位置作為測試點。

圖4 整機基本長度

圖5 測試點

使用TES1358積分式聲級計測試挖掘機機外輻射噪聲1～4四個測點噪聲強度。結(jié)果如表2所示。

表2 整機噪聲測試結(jié)果

根據(jù)表2的測試結(jié)果，得到定置工況時整機聲功率級機外輻射噪聲為99.66 dB（A），挖掘工況時機外輻射噪聲為101.35 dB（A）。

根據(jù)土方機械噪聲限值國家標準，發(fā)射聲功率級二階段限值必須≤81.5+11*lg P（P為發(fā)動機凈功率 kW）[1]。

該試驗樣機發(fā)動機凈功率為45 kW，噪聲限值≤ 99.7 dB（A）。由以上得知，該機機外輻射噪聲較高，挖掘工況已略超過法規(guī)限值。定置工況時，機外輻射噪聲為99.66 dB（A）；挖掘工況時機外輻射噪聲已經(jīng)達到101.35 dB（A）。挖掘機上的噪聲源有發(fā)動機、風扇、液壓主泵、構(gòu)件等等，究竟那些噪聲源是主要的噪聲源，目前還不清楚，需要進一步做頻譜分析。

3 機外輻射噪聲頻譜測試

3.1 測試目的和方法

頻譜測試目的：尋找、區(qū)分不同的噪聲源，為控制噪聲提供研究方向。

測試方法：使用LD3000+頻譜分析儀測試挖掘機機外輻射噪聲1～4四個測點頻譜。

3.2 測試數(shù)據(jù)

為了測得最大噪聲值，需要把發(fā)動機油門調(diào)到最大，分別測量定置工況和挖掘工況時的噪聲值。

通過表3，可以清楚地看到最大油門定置工況時各個測試點的峰值及其對應(yīng)的頻率。并且在600 Hz以下頻段時，各個測試點測到的峰值頻率一樣。

表3 最大油門定置工況測試數(shù)據(jù)

通過表4，可以清楚地看到最大油門挖掘工況時各個測試點的峰值及其對應(yīng)的頻率。并且在600 Hz以下頻段時，各個測試點測到的峰值頻率一樣。

表4 最大油門挖掘工況測試數(shù)據(jù)

3.3 測試結(jié)果分析

主要零部件工作頻率計算：

最大油門時，發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速為2 380 r/min，則發(fā)動機點火基頻：

式中n1為發(fā)動機氣缸數(shù)；r為發(fā)動機轉(zhuǎn)速r/min。

液壓主泵為柱塞泵，柱塞數(shù)為10，則液壓主泵工作頻率：

式中n2為主泵柱塞數(shù)。

發(fā)動機風扇為8葉，風扇-發(fā)動機速比為1.1∶1，風扇工作頻率：

式中t為風扇與發(fā)動機速比，n3為風扇葉片數(shù)

3.4 甄別噪聲源

由表3、表4讀出各峰值頻率及對應(yīng)的噪聲值，得到表5。

表5 噪聲源頻率及峰值分析

用表3、表4得到的各峰值對應(yīng)的頻率值與上節(jié)計算的各零部件工作頻率及其階次頻率對比，如果非常接近，則該噪聲判為由該零部件產(chǎn)生。

由序號1～3可見，各測試譜中都可以明顯看到前幾階發(fā)動機點火頻率峰值，而且這些峰值幾乎都是最高峰值。它們主要來源于排氣系統(tǒng)，排氣噪聲是最主要的噪聲源。

序號5～6分別是液壓主泵的1、2次階頻，峰值較小，不是主要矛盾。

由序號7可知，風扇的1階次頻率所產(chǎn)生的噪聲值也很大，不可忽視。

序號8～13是一些略小的峰值，可以排除它們不是由發(fā)動機排氣、風扇和液壓主泵所產(chǎn)生的。它們可能是由發(fā)動機本身的表面輻射或者由構(gòu)件的振動、液壓系統(tǒng)噪聲等原因產(chǎn)生。由于峰值較小，不是解決噪聲問題的主要矛盾，可以忽略。

綜上分析，該挖掘機主要噪聲為發(fā)動機排氣噪聲，其次是風扇噪聲，再次是泵噪聲。需要采取措施降低排氣噪聲和風扇噪聲。

4 結(jié)束語

計算液壓挖掘機各個工作零部件的工作頻率，例如發(fā)動機點火頻率、發(fā)動機風扇運轉(zhuǎn)頻率、液壓主泵的工作頻率、挖掘回轉(zhuǎn)工作頻率等，然后與頻譜儀實際測試出來的頻譜峰值對比，就能判斷出那個噪聲峰值是由那個零部件所產(chǎn)生。對峰值最大的那幾個零部件采取必要的降噪措施。

頻譜分析能夠快速、有效地甄別出不同的噪聲源，為下一步的噪聲控制提供理論指導(dǎo)。針對不同的噪聲源，就可以有目的地采取不同的措施，從而達到事半功倍的效果。假若排氣噪聲是最主要噪聲源，降噪首先需要解決的就是設(shè)計一個低噪聲消聲器，降低排氣噪聲；如果風扇噪聲是最主要的噪聲源，降噪的首要工作就是設(shè)計一款噪聲更低的風扇，或者視整車散熱情況降低風扇轉(zhuǎn)速等待。如果發(fā)動機機體本身輻射噪聲是主要噪聲源，就要選取吸聲效果好的高效吸聲材料，以提高后罩的降噪效果。