工程機械噪聲與控制理論問題初探(一)

1、工程機械噪聲與控制理論問題初探（一）引言隨著工程機械行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對于工程機械的舒適性和振動噪聲控制的要求越來越嚴(yán)格。噪聲的控制，不僅關(guān)系到乘坐舒適性，而且還關(guān)系到環(huán)境保護。一切噪聲又源于振動，振動能夠引起某些部件的早期疲勞損壞，從而降低工程機械的使用壽命；過高的噪聲既能損害駕駛員的聽力，還會使駕駛員迅速疲勞，從而對工程機械行駛作業(yè)安全性構(gòu)成了極大的威脅。噪聲控制也關(guān)系到工程機械產(chǎn)品的工作的平順性、耐久性和安全性。因此振動、噪聲和舒適性這三者是密切相關(guān)的，既要減小振動，降低噪聲，又要提高乘坐舒適性，保證產(chǎn)品的經(jīng)濟性，使工程機械產(chǎn)品的噪聲控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。進入21上世紀(jì)后，人類為了實現(xiàn)可

2、持續(xù)發(fā)展，提出了工程機械的環(huán)保技術(shù)和信息技術(shù)，使工程機械發(fā)展進入了新的發(fā)展階段。歐美和日本市場對工程機械產(chǎn)品的噪聲實施了更加嚴(yán)格的要求。因此工程機械的環(huán)保技術(shù)和信息技術(shù)是今后國際工程發(fā)展趨勢的主流。為配合國際化戰(zhàn)略，以國際先進產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，提升產(chǎn)品技術(shù)水平，尤其為進一步開拓國際市場，徐工產(chǎn)品下一步發(fā)展思路和主要目標(biāo)之一就是進行節(jié)能、環(huán)保、操作舒適性等技術(shù)的研究。1噪聲的種類產(chǎn)生工程機械噪聲的主要因素是空氣動力、機械傳動、液壓三部分。從結(jié)構(gòu)上可分為發(fā)動機（即燃燒噪聲、排氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲、發(fā)電機噪聲），發(fā)動機本體噪聲（如發(fā)動機振動，配氣軸的轉(zhuǎn)動，進、排氣門開關(guān)等引起的噪聲）。傳動系噪聲、底盤

3、各部件的連接配合引起的噪聲，車身噪聲（發(fā)動機引起車身結(jié)構(gòu)的振動，附件的安裝不合理引起的噪聲），液壓噪聲（齒輪泵，液壓閥及管路振動引起的噪聲），制動系統(tǒng)排氣噪聲，工作裝置動作沖擊噪聲。其中發(fā)動機及其相關(guān)件產(chǎn)生的噪聲占二分之一以上。因此發(fā)動機的減振、降噪成為工程機械噪聲控制的關(guān)鍵之一。2噪聲要求早在1983年，一部分國產(chǎn)裝載機因噪聲過高，北京市公安局不發(fā)給使用牌照，購買單位紛紛要求退貨，使工程機械生產(chǎn)企業(yè)受到了一次強烈的沖擊。1984年，機械工業(yè)部頒布了工程機械噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)（JB3774.84）;1990年國家環(huán)保局頒布了建筑施工場界噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)（GB1252390）。在以上基礎(chǔ)上，參照ISO/D

4、IS63936396:1995標(biāo)準(zhǔn)，1996年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)工程機械噪聲限值（GB16710.11996),該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值作為現(xiàn)階段我國工程機械產(chǎn)品的最低指標(biāo)，是強制性標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)布實施(比JB3774.1-84有所放寬)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工程機械司機位置處噪聲限值為92dB(A),還規(guī)定了機外輻射噪聲聲功率級與標(biāo)定功率之間的關(guān)系。分別見表1,2由于西方發(fā)達(dá)國家制造業(yè)水平較高，無論是發(fā)動機，還是油泵、變速箱、變矩器等機械、液壓部件等運行噪聲較小。出于對環(huán)境和對人體健康的保護，這些國家的嗓聲限值標(biāo)準(zhǔn)一直在不斷降低。歐洲噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)于1997年修訂，比原標(biāo)準(zhǔn)下降4dB(A),其中規(guī)定最大噪聲不得大于11

5、3dB(A),發(fā)動機功率為154kW時，噪聲聲功率級限值應(yīng)小于等于107dB(A)，比我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)低lldB(A).2002年1月1日，歐洲標(biāo)準(zhǔn)進一步修訂，比97年標(biāo)準(zhǔn)下降3dB(A)。在日本，1997年10月頒布實施的最低噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，比97年歐洲標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)，其中規(guī)定發(fā)動機功率大于105kW1t寸，最大噪聲不得大于106dB(A),比我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)低12dB(A)?，F(xiàn)在，降低工程機械產(chǎn)品噪聲排放限值已是全球性趨勢。歐盟2000年5月5日的頒布的宥關(guān)室外使用設(shè)備環(huán)境噪聲排放法規(guī)規(guī)定，從2006年1月，實施該法規(guī)第二階段噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)，同等發(fā)動機功率設(shè)備，比1997年修訂的歐洲噪聲限值低23dB

6、（A）。具體噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)見表33噪聲評價與噪聲的控制噪聲評價指標(biāo)主要是指車內(nèi)、外的噪聲值和振動適應(yīng)性。評價方法可分為主觀評價和客觀評價。影響汽車噪聲主觀評價的主要因素是舒適性、響度和確定性。在客觀評價時，可以采用噪聲測量裝置測量試驗進行分析；此外模擬技術(shù)中的聲場分析有限元法（FEM）和邊界元法（BEM）也被廣泛應(yīng)用。國外對噪聲研究著手較早，1970年美國開始對車內(nèi)嗓聲特性進行研究，八十年代，美國工程力學(xué)研究所在研究車內(nèi)噪聲特性預(yù)測方面做了大量的研究工作，他們系統(tǒng)研究了聲學(xué)模態(tài)分析的有限單元建模方法，探討了車身結(jié)構(gòu)振動對車內(nèi)聲場的影響以及車內(nèi)聲壓對邊界振動的影響，建立了結(jié)構(gòu)一聲學(xué)藕合的有限單元模

7、型。完成了彈性邊界的聲學(xué)模態(tài)分析和車身結(jié)構(gòu)受迫振動時車內(nèi)聲壓分布的計算，推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)振動一聲壓波動在受到外界干擾力作用時的有限元計算公式，為車內(nèi)噪聲預(yù)測分析打下了良好的基礎(chǔ)。日本對工程機械噪聲的研究也非常重視，在主要傳動件噪聲得到有效控制后，深入研究不同結(jié)構(gòu)形成的空氣流噪聲，并應(yīng)用在新一代挖掘機等工程機械上。國內(nèi)在車輛噪聲研究方面起步較晚，工程機械噪聲的分析研究則更晚。近二十年來，治理工程機械噪聲已成為許多生產(chǎn)廠和科研部門急需解決的重要課題。出于對舒適性的要求，國內(nèi)外對車體K駕駛室R的振動及振動噪聲研究較多，對車外噪聲的分析研究相對較少，但近幾年來也在逐步增加。噪聲治理首先要找出主要噪聲源。頻譜

8、分析法是識別噪聲源基本方法之一，頻譜分析中除了使用幅值頻譜圖以外，最常用的還有功率譜圖，此外還有相干函數(shù)法、倒頻譜法。自70代起，聲全息理論發(fā)展迅速，但至今未能得到廣泛應(yīng)用，主要是設(shè)備昂貴，且空間分辨誤差要大于聲波的波長。聲強測量法是80年代初在聲學(xué)測量和信號處理方面發(fā)展起來的新技術(shù)，已為人們普遍接受，由于測點太多，在我國一般廠家很難實現(xiàn)。近幾年，采用聲近場聲全息技術(shù)和聲壓法識別車外主要噪聲源的研究都取得了一定進展。根據(jù)噪聲產(chǎn)生和傳播的機理，可以把噪聲控制技術(shù)分為以下三類：一是對噪聲源的控制，二是對噪聲傳播途徑的控制，三是對噪聲接受者的保護。其中對噪聲源的控制是最根本、最直接的措施，包括降低噪聲的激振力及降低發(fā)動機部位對激振力的響應(yīng)等，即改造振源和聲源。但是對噪聲源難以進行控制時，就需要在噪聲的傳播途徑中采取措施，例如吸聲、隔聲、消聲、減振及隔振等措施。工程機械產(chǎn)品的