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        基于質(zhì)點振動速度聲全息圖的裝載機噪聲優(yōu)化

        2022-11-28 09:32:24郭彬金釗袁帥李艷君
        汽車零部件 2022年11期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動機艙消聲質(zhì)點

        郭彬,金釗,袁帥,李艷君

        1.內(nèi)燃機可靠性國家重點實驗室,山東濰坊 261000;2.濰柴動力股份有限公司,山東濰坊 261000

        0 引言

        裝載機的噪聲分司機位置處噪聲和機外輻射噪聲兩種。司機位置處噪聲影響駕駛員的操作舒適性,增加駕駛員的疲勞感。機外輻射噪聲會造成環(huán)境公害,干擾機器附近人們的正常工作與休息。其噪聲源主要為發(fā)動機,而發(fā)動機的噪聲主要有燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲[1]。在噪聲傳遞路徑中,發(fā)動機艙對噪聲的包覆起重要作用,其表面結(jié)構(gòu)復雜,聲輻射強度分布大小不一致。

        近場聲全息技術(shù)包含眾多先進的算法,如Fourier變換法[2]、等效源法[3]、分布源邊界點法[4]、HELS法[5]等,這些算法都是基于聲壓測量技術(shù)對聲場進行重建,由于傳聲器距聲源較近,極易產(chǎn)生嚴重的反射、衍射現(xiàn)象,導致誤差過大。而通過測量質(zhì)點振速進行聲場重建,由于傳感器本身尺寸較小,聲反射和衍射造成的影響較小,測量效果精度高。

        某50裝載機樣車在進行噪聲試驗時發(fā)現(xiàn)機外輻射噪聲超標,本文通過Microflown公司的PU聲學傳感器對發(fā)動機艙進行聲學掃描,得到其表面聲質(zhì)點速度分布,形成聲全息圖像,在聲輻射較高的部位相應(yīng)增加隔聲措施,從而達到降噪的目的。

        1 基于質(zhì)點振動速度測量的近場聲全息重建

        假設(shè)介質(zhì)為理想流體,基于聲壓測量的常規(guī)近場聲全息重建公式[6-7]為:

        P(kx,ky,zS)=P(kx,ky,zH)e-ikz(zH-zS)

        (1)

        式中:k為聲波數(shù),k=ω/c=2π/λ,λ為特征波長,c為聲速;

        kx,ky分別為沿x,y方向上的波數(shù);

        zH為全息測量面z方向坐標;

        zS為重建面z方向坐標;

        P(kx,ky,zH)為波數(shù)域全息復聲壓;

        kz為z方向波數(shù),其中

        (2)

        Euler計算公式為:

        (3)

        式中:ρ為介質(zhì)密度;

        u(x,y,zH)為全息面質(zhì)點振速。

        對式(3)兩邊進行傅里葉變換得到:

        P(kx,ky,zH)=ρωU(kx,ky,zH)/kz

        (4)

        將式(4)代入式(1)得到基于質(zhì)點振動速度的近場聲全息重建公式:

        P(kx,ky,zS)=ρωU(kx,ky,zH)eikz(zH-zS)/kz

        (5)

        將式(5)進行逆傅里葉變換,即可得到重建面上的空間域聲場。

        2 整車噪聲優(yōu)化試驗

        2.1 整車噪聲摸底

        進行裝載機原始噪聲試驗可對裝載機的現(xiàn)有噪聲水平進行摸底,確定降噪目標。某50裝載機匹配6缸10 L柴油機,額定功率162 kW,額定轉(zhuǎn)速2 200 r/min,最高空車轉(zhuǎn)速2 400 r/min,對其進行噪聲性能優(yōu)化。

        首先在整車定置狀態(tài)下,按照GB/T 25612—2010《土方機械 聲功率級的測定 定置試驗條件》及GB/T 25614—2010《土方機械 聲功率級的測定動態(tài)試驗條件》進行噪聲測量,由于試驗條件有限,高空點未進行測試。某裝載機外輻射噪聲試驗結(jié)果見表1,機外輻射噪聲超標1 dB(A)。

        表1 某裝載機機外輻射噪聲試驗結(jié)果 單位:dB(A)

        對定置工況下各測點進行頻譜分析,確定最大噪聲所在頻段。如圖1所示,機外輻射噪聲貢獻量最大頻段為1 600 Hz,其次為800 Hz頻段,根據(jù)降噪原則,優(yōu)先進行1 600 Hz頻段的降噪工作。經(jīng)分析確定1 600、800 Hz頻段噪聲主要來源于工作泵的齒輪嚙合,由于改進齒輪難度大、成本高,本文通過優(yōu)化傳遞路徑的方式進行降噪。

        圖1 噪聲測點1/3倍頻程

        2.2 發(fā)動機艙聲學掃描

        Microflown公司的PU聲學成像設(shè)備由數(shù)采前端、攝像頭、PU傳感器等部件組成。對試驗裝載機發(fā)動機艙左右兩側(cè)進行聲學掃描,由于面積過大,將每側(cè)分成4個部分進行測試,圖2為發(fā)動機艙表面分區(qū)。

        圖2 發(fā)動機艙表面分區(qū)

        分別對左右兩側(cè)共8個表面進行聲全息重建,并取1 600 Hz頻段(±50 Hz)進行分析。圖3為發(fā)動機艙右側(cè)聲全息重建圖,圖中顏色較深的區(qū)域代表聲輻射較大,較淺的區(qū)域代表聲輻射較小。

        圖3 發(fā)動機艙右側(cè)聲全息重建圖

        圖4為發(fā)動機艙左側(cè)聲全息重建圖。

        圖4 發(fā)動機艙左側(cè)聲全息重建圖

        根據(jù)聲全息圖像,可以得到噪聲能量輻射大的區(qū)域,在相應(yīng)區(qū)域增加消聲棉,減小噪聲輻射,從而達到降噪的目的,本文采用PU-聚氨酯發(fā)泡消聲棉,在1 600 Hz頻段消聲率可以達到95%(試驗室數(shù)據(jù)),其消聲率曲線如圖5所示。

        圖5 PU-聚氨酯發(fā)泡消聲棉消聲率曲線

        2.3 優(yōu)化驗證

        根據(jù)上述試驗結(jié)果,增加消聲棉后對發(fā)動機艙表面重新進行聲學掃描,右、左兩側(cè)各掃描面聲輻射全息圖對比結(jié)果如圖6和圖7所示。圖中上半部分為原始狀態(tài),下半部分為增加消聲棉后狀態(tài)。

        圖6 發(fā)動機艙右側(cè)加消聲棉前后聲全息重建圖

        圖7 發(fā)動機艙左側(cè)加消聲棉前后聲全息重建圖

        在噪聲能輻射大的區(qū)域增加了消聲棉后,1 600 Hz頻段下上述區(qū)域輻射能量明顯下降,對優(yōu)化后的整車按照國標重新進行噪聲測試,與優(yōu)化前進行對比,結(jié)果見表2。優(yōu)化后整車機外輻射噪聲下降1.4 dB(A),達到113 dB(A),符合國家標準,降噪措施起到了很好的效果。

        表2 某裝載機機外輻射噪聲優(yōu)化前后對比 單位:dB(A)

        3 結(jié)束語

        本文針對某50裝載機機外輻射噪聲超標,提出了采用基于質(zhì)點振動速度的聲全息成像降噪方法。通過PU聲學傳感器掃描發(fā)動機艙表面進行聲全息圖像重建,判斷出發(fā)動機艙表面聲輻射大的位置,并在相應(yīng)頻段下進行了增加消聲棉的聲學處理,并比較了處理前后發(fā)動機艙表面聲輻射全息圖,其輻射能量大幅下降,最終整車機外輻射噪聲下降1.4 dB(A),滿足國標要求。

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