工程机械噪声控制
工程机械是我国装备工业的重要组成部分,它主要用于*建设工程、交通运输建设,能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。
随着工程机械行业的迅速发展,人们对于工程机械的舒适性和振动噪声控制的要求越来越严格。噪声的控制,不仅关系到乘坐舒适性,而且还关系到环境保护;过高的噪声既会损害驾驶员的听力,还会使驾驶员迅速疲劳,从而对工程机械的行驶作业安全性构成了较大的威胁。噪声控制也关系到工程机械工作的平顺性、耐久性和安全性。因此振动、噪声和舒适性这三者是密切相关的,既要减小振动,降低噪声,又要提高乘坐舒适性,保证产品的经济性,使工程机械的噪声控制在标准范围之内。进入21世纪后,提出了工程机械的环保技术和信息技术,使工程机械发展进入了新的发展阶段。和日本市场对工程机械的噪声实施了较加严格的要求,为配合**化战略,提升产品技术水平,进一步开拓**市场,研究工程机械的振动性能及其与内部噪声的关系对降低车辆内部噪声以及提高国产工程机械的竞争能力具有重要意义。
工程机械振动噪声源主要包含动力传动系统的振动噪声,发动机的机体振动、进排气噪声,车架振动以及蒙皮振动噪声等,这些噪声经空气和固体传播。其中,经由空气传播的噪声即空气声主要有发动机的表面辐射噪声、进排气噪声、风扇噪声、气体流动噪声等;而固体传播的噪声即固体声主要是动力传动系统的振动经车架、驾驶室地板及蒙皮产生的低、中频振动噪声。此外由于机械撞击、摩擦和机械载荷的作用,车内装备的运动部件也会产生振动发出噪声。压路机壁板、蒙皮主要是由薄钢板和玻璃板构成,其动态特性十分复杂,模态频率非常密集,声辐射效率也较高,其辐射噪声的频谱中具有明显的振动激励的频率特征,较容易与振动声源发生共振。如果辐射噪声传入密闭空间如驾驶室内,该噪声会在密闭空间内多次反射形成混响,声音将进一步提高,使车内声场接近于扩散声场,并可能产生空腔共鸣现象,所以车内噪声实为直达声与混响声叠加后的结果。相关研究结果表明,车身的结构、材料、形状、大小对车内噪声形成空腔共鸣现起着决定性作用,激励振动大小、振动传递系统的阻尼特性、车身内部吸声材料性质与厚度对车内空腔共鸣噪声峰值有重要影响。
声学设计
在产品或设备研发阶段,同步开展相应的声学设计,包括产品声学目标设计、声学方案设计、实施等内容,从而保证产品在样机阶段具备良好的声学性能。在产品研发阶段开展声学同步设计的优势在于:
可以大幅缩减产品定型后因噪声问题带来的开发周期
可以减少后续的开发成本。
声学同步开发的主要工作包括:
1. 目标值设定
在该阶段,结合产品或设备的定位,给出该产品各种工况时的噪声值。
2. 工程设计阶段
根据设备运行时的声学目标值,确定该设备各个部件的噪声值,安装/布置形式;吸声材料、隔声材料的声学性能和密封的形式。
3. 声学实施阶段
根据上述声学设计,开展吸声和隔声材料的试制、设备的具体安装、声学材料和密封的布置。
4. 声学验证工作
实际设备在标准工况下,设备的噪声分布,检查是否满足初设计要求。
高速列车室内噪声环境是决定乘客舒适度的重要因素之一。高速列车车内噪声源很多,主要的是轮轨噪声和气动噪声。高速列车运行时客室内噪声特性的测试结果表明:客室内低频噪声**。为改善高速列车的舒适性能,将车内噪声控制在乘客可以接受的范围之内已越来越受到重视。
1. 车内阻尼优化设计
轮轨噪声属于结构噪声,提高构件本身的振动衰减性能的一个重要方法是在构件上贴附粘弹性阻尼层。当阻尼材料与振动构件合成一个整体后,结构受外界激励而产生振动时,由于阻尼的作用,系统的一部分振动能量转变为热能,从而抑制系统的振动。当激励力补充的能量与损耗能量相等时,系统达到稳态振动。因此增加阻尼可以有效减小稳态振动的幅度,同时当结构表面振动幅度减小后,其辐射的噪声一般也随之减小,从而实现减振降噪。阻尼结构一般分为自由阻尼处理和约束阻尼处理。约束阻尼处理由于其衰减振动的能力强,而广泛应用于工程实际中。实际阻尼处理时,需要根据阻尼处理方式和结构振动特性开展优化设计,即局部阻尼处理。在局部阻尼处理时,应选择应变处,而对于约束阻尼处理,则应选择弯矩处进行。
声学设计
高速动车组阻尼优化设计分析
2. 转向架和受电弓噪声分析
高速列车气动噪声以速度的6次方左右快速增长,且列车行驶速度**过260Km/h 后气动噪声源将取代轮轨噪声成为主要噪声源,这意味着高速动车主要噪声源自于气动噪声。而转向架以及受电弓是产生气动噪声的主要部位。目前主要是针对这两个结构开展气动噪声分析,从而对它们结构进行相应的优化设计。
3. 列车吸隔声设计
列车内噪声很大一部分是转向架或受电弓产生的气动噪声通过空气-车壁板传递过来的。有效降低这部分噪声贡献的方法首先是提升列车车体的隔声量。由声学理论可知,对于均匀单层构件而言,其隔声量受制于质量定理,即通常情况下,质量或厚度增加一倍,隔声量提高6dB。因此工程实际中,往往采用复合三明治隔声结构,即在两层固体板件中,加入一定厚度的吸声材料。这时需要开展复合隔声设计。
车内吸声设计一般是比较简单的,由于车内座椅较多,因此一般车内吸声量是较为足够的。为了进一步提升车内舒适度,车内吸声一般只需要考虑车内空调噪声。空调噪声的频谱范围较宽,因此需要设计相应的宽频吸声材料以满足空调管路的消声要求。而多孔吸声材料高频吸声性能较为良好,但如果要提升其低频吸声性能,就需要增加材料厚度,这一方面提高了成本;同时也会大大增加空调管路的横向尺寸,这在实际应用中也是受限的。而共振吸声结构往往只是在其共振频率处具有较大的吸声性能,其吸声频带较窄,往往也不能满足实际要求。因此需要开展复合吸声材料设计,以满足在较薄的情况下得到较宽的吸声频带。
乘用车声学开发是声学同步设计中,相对开展较多的工作。乘用车声学包开发主要包括以下内容:
1. 概念阶段
1.1 Benchmarking(定标)和目标值设定
1.1.1 对竞品车进行路试和整车空气传播噪声传递函数测试
1.1.2 对竞品车声学包进行技术分析和声学测试
1.1.3 为目标车选择声学包方案
1.1.4 设定整车目标值
噪声测试
2. 工程阶段
2.1 阻尼片仿真分析
2.1.1 测试阻尼材料阻尼性能
2.1.2 进行阻尼片仿真分析
2.2 声学包仿真与设计优化
2.2.1 对平板件进行吸声和隔声测试
2.2.2 材料测试、建模,用于仿真输入
2.2.3 声学包仿真分析与设计优化
2.3 SEA仿真分析
2.3.1 建立SEA模型
2.3.2 将内前围隔音垫、地毯等声学包零件部件集成到SEA模型中
2.3.3 基于目标车型的ATF性能,分解零部件目标值
2.3.4 基于分解出来的目标值,对零部件进行再次仿真分析和设计优化
噪声测试
3. 样件/样车阶段
3.1 隔声性能测试及前围区域设计优化
3.1.1 对内前围隔音垫和地毯隔音垫进行隔声测试
3.1.2 对前围区域各个开孔处进行隔音性能测试
3.1.3 对前围区域各个开孔处进行优化设计
3.2 声载荷测试及目标分解
3.2.1 声载荷测试
3.2.2 对状态的零部件进行声学测试和材料分析
3.2.3 较新并完成SEA模型,然后进行目标值分解
3.3 声学包设计优化并定型
3.3.1 根据新的零部件目标值,对声学包进行进一步的设计优化
3.3.2 对零部件进行吸声和隔声测试,加以验证
3.4 OTS样车验证
3.4.1 样车路试
3.4.2 样车空气传播噪声传递函数测试
3.4.3 通过手工样件对整车进行优化并验证
噪声测试,隔声测试
4. 量产前阶段
对样品车在量产前提供必要的NVH支持
南京同韵声学科技有限公司成立于2013年,主要是为各类工业设备和家用电器的噪声问题开展系统和完整的噪声控务,即针对各类产品的噪声,开展噪声测试分析,降噪方案设计,声学材料设计以及降噪方案实施和评价,系统完整的解决该产品的噪声问题。 公司目前已成立了一支由声学博士为**的技术研发队伍,已发表多篇学术论文和**申报。公司于2013年度获得南京*型科技创业计划,于2015年通过首届江苏省社会信用管理贯标验收。公司现与同济大学和*科技大学等相关院系建立了良好的合作关系。公司技术特点在于: 1)具备深厚的振动噪声理论和测试经验,可开展系统的噪声与振动控制理论和测试技术等培训。 2)具备大量的工业设备和家用电器等项目噪声控制经验。 3)具备吸声材料、隔声材料和阻尼材料的设计能力以及丰富的声学材料数据库。 4)已建成LMS 12+ 振动噪声掌上采集和分析系统、B&K PULSE 振动噪声采集和输出系统、B&K 声强探头、B&K 传声器校准系统和B&K PULSE振动噪声分析软件。