某大型液压挖掘机驾驶室内噪声源识别试验研究

摘要：针对某大型液压挖掘驾驶室内噪声过大现象，采用频谱分析和阶次分析等方法对该型号挖掘机驾驶室内噪声源进行试验研究。首先介绍阶次分析方法在旋转机械应用的优越性，然后比较该挖掘机在不同工况下驾驶室内噪声水平，最后根据驾驶室内噪声频谱和阶次谱特征，结合发动机、冷却风扇、柱塞泵等相关参数识别出主要噪声源，为后续噪声控制提供可靠依据。

关键词：液压挖掘机；频谱分析；阶次跟踪；噪声测试

中图分类号：TB53 文献标志码： A 文章编号：1005-2550（2013）04-0048-03

随着我国经济高速发展，工程机械在基础设施建设中起到巨大推动作用，尤其在建筑、土木、水利、铁路等行业。而噪声问题日益成为污染城市环境、降低工作效率、造成工伤事故和危害工作人员身心健康的主要因素，成为威胁人类生存的三大公害之一[1]。工程机械的噪声极易使用户感到疲劳，对其舒适性有着重要影响。驾驶室内噪声作为舒适性重要指标之一，正受到用户的高度关注，较高的噪声将损害产品的形象和声誉[2]。因此，降低驾驶室内噪声，提高乘坐舒适性已成为工程机械产品开发中非常重要的环节。

本文研究的对象是某型 36.5 t大型挖掘机，根据噪声测试标准（GB/T 25613-2010《土方机械司机位置发射声压级的测定 定置试验条件》[3]和GB/T 25615-2010《土方机械 司机位置发射声压级的测定 动态试验条件》[4]）测量该型号大型挖掘机驾驶室内噪声水平。本文综合运用频谱分析和阶次分析方法识别驾驶室主要噪声源。

1 阶次理论

传统的频谱分析采样时间间隔相等，当转速发生变化时，每一周期内的采样点数也会发生变化，从而导致频率混叠现象，因此传统的频谱分析无法正确对非稳态信号进行处理。阶次分析方法源于角域采样理论。对发动机升、降速过程中的非稳态噪声信号，若对于转轴进行恒角度增量采样，则此时域非稳态信号在角度域中变成稳态信号，再对角度域稳态信号进行FFT变换则可以得到阶次谱[5]。本试验通过测量发动机在升速过程中驾驶室内噪声信号，确定转速变化与驾驶室内噪声特性变化关系，从而识别出主要噪声源。

2 驾驶室内噪声测试

2.1 测试设备

测试和分析使用的仪器为比利时LMS公司的数据采集前端SCADAS、LMS Test.lab 9B 软件系统、PCB传声器、声级校准器、激光测转速仪、声学三脚支架等。

2.2 测点位置选取

传声器位于距司机头部中间平面200±20 mm，与眼睛成一线，并置于司机头部的左侧和右侧。传声器置于水平方向，应指向驾驶员看到的方向。具体参照国家标准（GB/T 25613-2010《土方机械 司机位置发射声压级的测定 定置试验条件》和GB/T 25615-2010《土方机械 司机位置发射声压级的测定 动态试验条件》）进行测量。

2.3 测试工况选择

根据国家标准规定的测试工况为定置试验和动态试验。定置试验时挖掘机位于测试场地中心，调节各挡位，测试发动机在空载条件下以制造商规定的转速运转时司机头部两侧处噪声水平。动态试验是以模拟挖沟并把物料卸在沟边为一次循环周期。测试不同挡位下整个循环过程中司机头部两侧处噪声水平。

根据不同的挡位和测试工况，发动机转速如表1所示。

3 驾驶室内噪声分析

根据挖掘机的工作原理以及其发声特点，列出以下几个主要噪声源：发动机噪声、进气噪声、 排气噪声、主泵噪声和主阀噪声[6]。

根据主要挡位下测试驾驶室内噪声水平，定置测试结果和动态测试结果如表2、表3所示。

3.1 定置试验驾驶室内噪声源分析

根据上述阶次分析理论，测试分析得到的定置试验工况下发动机转速由1200 r/min稳定升速到1950 r/min过程中驾驶室内噪声阶次分析谱，如图3所示。从图中可以看出驾驶室内噪声主要是发动机的3阶激励和6阶激励及4.8阶这几个特征分量。

3.2 动态试验驾驶室内噪声源分析

因此，可以确定定置工况下，驾驶室主要噪声源是发动机和冷却风扇噪声；动态工况下，驾驶室主要噪声源为柱塞泵噪声。

4 结论

本文综合利用频谱分析和阶次跟踪技术，对某大型挖掘机定置和动态工况下驾驶室内噪声信号详细分析，识别出主要噪声源。为大型挖掘机降噪提供参考依据。

参考文献：

[1] 靳晓雄，张立军.汽车噪声的预测与控制[M].上海：同济大学出版社，2003： 1- 229.

[2] 翁海蓉. 汽车车内噪声源识别方法研究进展[J].机械管理开发，2008，23（4）：34～ 37.

[3] G/BT 25613-2010土方机械 司机位置发射声压级的测定 定置试验条件[S].

[4] G/BT 25615-2010土方机械司机位置发射声压级的测定动态试验条件[S].

[5] 郭瑜，秦树人.旋转机械非稳定信号的伪转速跟踪阶比分析[J].振动与冲击，2004，23（1）：61～64，69.

[6] 张戎斌，毕传兴，张永斌. 采用偏相干分析方法识别挖掘机驾驶室的噪声源[J].噪声与振动控制，2011，31（4）： 106-110.