基于噪聲頻譜測試數(shù)據(jù)的駕駛室噪聲成因分析

汪 壯 ，吳彩庭 ，徐亞非 ，鄒云玲 ，張召春

1.三一重工股份有限公司，湖南長沙 410100

2.華中科技大學(xué)，湖北武漢 430074

基于噪聲頻譜測試數(shù)據(jù)的駕駛室噪聲成因分析

汪 壯1，2，吳彩庭1，2，徐亞非1，鄒云玲1，張召春1

1.三一重工股份有限公司，湖南長沙 410100

2.華中科技大學(xué)，湖北武漢 430074

駕駛室司機(jī)耳旁噪聲是衡量駕駛室舒適性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，本文通過測試兩款工程機(jī)械駕駛室的噪聲頻譜數(shù)據(jù)，以其中一款駕駛室為對比標(biāo)桿，對駕駛室噪聲形成原因進(jìn)行了深入分析。分析過程從實(shí)際噪聲頻譜測試數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)駕駛室噪聲頻譜分布特點(diǎn)，對比兩機(jī)型間駕駛室內(nèi)外噪聲頻譜的差異，確定了駕駛室內(nèi)噪聲偏高的原因，并針對性的做出改善對策。

噪聲；頻譜測試；頻譜分析；成因分析

0 引言

隨我國工程機(jī)械產(chǎn)品近幾年的蓬勃發(fā)展和客戶對工程機(jī)械舒適性要求的提高，原來僅單純關(guān)注功能的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足用戶的需求，產(chǎn)品舒適性成為人們關(guān)注產(chǎn)品性能的一個重要指標(biāo)。工程機(jī)械駕駛室噪聲水平是衡量駕駛室舒適性的主要因素之一，駕駛室噪聲水平直接影響駕駛員的工作強(qiáng)度和工作效率，對駕駛員的身體健康有很大的影響，噪聲問題也是目前較難解決的問題。根據(jù)客戶反饋，三一重工股份有限公司某產(chǎn)品駕駛室司機(jī)耳旁噪聲較國際同類標(biāo)桿產(chǎn)品稍高，對駕駛員的工作情緒產(chǎn)生較大的影響，極大的削弱了駕駛員的工作積極性。通過加強(qiáng)密封和更改隔音材料等措施無明顯改善。因此，需對產(chǎn)品噪聲成因進(jìn)行分析，以便進(jìn)行有針對性的改進(jìn)。

現(xiàn)行的降噪研究主要集中于理論分析，多數(shù)缺乏實(shí)際測試數(shù)據(jù)支持，本文通過實(shí)際測量兩種工程機(jī)械產(chǎn)品駕駛室的噪聲頻譜數(shù)據(jù)，以測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對駕駛室噪聲形成的原因進(jìn)行了分析，并針對性的采取改善措施。

1 測試方案

目前，常規(guī)的噪聲測試主要對司機(jī)耳旁噪聲的聲壓級進(jìn)行測試，以此來衡量駕駛室整體噪聲水平，而噪聲的一項(xiàng)重要參數(shù)——頻率卻被忽視，不同頻率的噪聲其成因及其危害卻大不相同，因此，本次測試將以國外某款降噪處理較成功，且整體結(jié)構(gòu)相似的產(chǎn)品作為標(biāo)桿，與我公司相應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)的噪聲頻譜測試對比，通過兩機(jī)型駕駛室之間的內(nèi)、外噪聲實(shí)時頻譜數(shù)據(jù)的分析，從中找出噪聲成因的關(guān)鍵決定因素。

2 測試設(shè)備規(guī)格和噪聲測試儀器

標(biāo)桿駕駛室尺寸：1 460×1 580×1 625(長寬高)，對比駕駛室尺寸：1 500×1 550×1 635(長寬高)；兩款機(jī)型結(jié)構(gòu)相近，所采用的發(fā)動機(jī)型號相同，功率均為248kW。

測試所采用聲級計(jì)為丹麥B&K 2250噪聲測試儀，該儀器具有3Hz～20kHz寬帶線性頻率范圍、120dB動態(tài)范圍，可進(jìn)行1/3倍頻程帶寬實(shí)時頻率分析，方便進(jìn)行寬帶和頻譜的數(shù)據(jù)測量和分析。

3 噪聲測試條件

測試環(huán)境及測試儀器的布置均按《GB16710.3-1996 工程機(jī)械定置試驗(yàn)條件下司機(jī)位置處噪聲的測定》中規(guī)定進(jìn)行，測試中兩臺待測試設(shè)備均靜置于測試場地中央，關(guān)閉駕駛室內(nèi)空調(diào)、對講機(jī)等可能產(chǎn)生噪聲的設(shè)備，發(fā)動機(jī)以最高轉(zhuǎn)速（約2 000rpm）運(yùn)行，聲級計(jì)采用1/3倍頻程帶寬實(shí)時頻率分析模式，頻率范圍：12.5Hz～20kHz，取30s平均值（A計(jì)權(quán)）。機(jī)外噪聲測量點(diǎn)為駕駛室左側(cè)外部幾何中心點(diǎn)外100mm處，駕駛室內(nèi)噪聲則以司機(jī)耳旁噪聲為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

4 噪聲測試數(shù)據(jù)

4.1 外部噪聲頻譜測試數(shù)據(jù)

按遠(yuǎn)場噪聲的分布規(guī)律，在距噪聲源等距離的球面上聲壓級水平相同，且不同距離的球面，其聲壓級與距離平方成反比。在測試過程中，同時測試了駕駛室左側(cè)其他部位的噪聲水平，實(shí)際分布情況符合這一特點(diǎn)，標(biāo)桿機(jī)型噪聲水平在92.3dB(A)，對比機(jī)型噪聲水平在92.8dB(A)左右，為降低分析數(shù)據(jù)量，故取具有代表性的幾何中點(diǎn)位置處噪聲水平為衡量基準(zhǔn)，圖1即為聲級計(jì)所測試的兩款機(jī)型外部噪聲頻譜數(shù)據(jù)頻譜。

圖1 外部噪聲頻譜對比

4.2 駕駛室內(nèi)部噪聲頻譜測試數(shù)據(jù)

駕駛室內(nèi)部數(shù)據(jù)以司機(jī)耳旁噪聲水平為衡量基準(zhǔn)，標(biāo)桿機(jī)司機(jī)耳旁噪聲為74.3dB(A)，對比機(jī)型司機(jī)耳旁噪聲為78.3dB(A)。

5 噪聲測試結(jié)果及分析

因兩機(jī)型整體結(jié)構(gòu)相似，所采用的發(fā)動機(jī)也相同，其外部噪聲水平應(yīng)該相差不大，從兩機(jī)型的實(shí)際外部噪聲數(shù)據(jù)來看，外部噪聲聲壓級水平較接近，僅相差0.5 dB(A)，且其外部噪聲頻譜分布十分接近，同樣為減少分析數(shù)據(jù)量，便于后續(xù)對比分析，在此可將兩機(jī)型的外部噪聲分布視為相同。

內(nèi)部噪聲水平方面，兩機(jī)型的差別較大，聲壓級水平差值達(dá)到4.0 dB(A)，具體數(shù)據(jù)見表1，表明對比機(jī)型的駕駛室降噪能力低于標(biāo)桿機(jī)型。

表1 駕駛室內(nèi)、外部噪聲聲壓級

從內(nèi)部噪聲頻譜數(shù)據(jù)圖可看出，在500Hz～20kHz頻段，對比機(jī)型和標(biāo)桿機(jī)型噪聲水平基本接近，差異之處主要集中在12.5Hz～500Hz頻段，在此頻段對比機(jī)型噪聲明顯高于標(biāo)桿機(jī)型。因此，對此部分噪聲機(jī)型進(jìn)一步對比分析，圖3顯示了標(biāo)桿機(jī)和對比機(jī)駕駛室噪聲頻譜內(nèi)、外差值的分布情況。

圖3 駕駛室內(nèi)、外噪聲頻譜差值

在12.5Hz～315Hz范圍內(nèi)，對比機(jī)型的降噪幅度明顯低于標(biāo)桿機(jī)型。同時，在125Hz以下頻率出現(xiàn)了駕駛室內(nèi)部噪聲高于駕駛室外部噪聲的情況，說明駕駛室在此頻段的噪聲并非由駕駛室外部傳入。

從上述數(shù)據(jù)可看出，兩機(jī)型的噪聲差異主要集中在12.5Hz～500Hz頻段，此頻段噪聲屬于低頻噪聲，同時，由于A計(jì)權(quán)的頻率特性曲線對噪聲的低頻段進(jìn)行了大幅度衰減。因此，實(shí)際的低頻噪聲差異比測試數(shù)據(jù)更大。

低頻噪聲與高頻噪聲具有明顯不同的性質(zhì)，高頻噪聲隨著距離增加或遭遇障礙物，能迅速衰減，如高頻噪聲的點(diǎn)聲源，每10m距離就能下降6分貝。而低頻噪聲聲波較長，遞減得很慢，能輕易穿越障礙物，長距離直入人耳。低頻噪聲按傳播途徑主要分為結(jié)構(gòu)傳聲、空氣傳聲及駐波，結(jié)構(gòu)傳聲是指主機(jī)振動通過機(jī)架結(jié)構(gòu)將低頻振動的聲波傳導(dǎo)至駕駛室，空氣傳聲是指低頻噪聲通過空氣直接傳播至駕駛員耳中，駐波是指低頻噪聲在傳播過程中經(jīng)過多次反射在駕駛室內(nèi)形成駐波，對人的健康危害最重。

按兩機(jī)型駕駛室內(nèi)、外部噪聲頻譜的對比數(shù)據(jù)，可排除低頻噪聲通過空氣聲直接傳播的可能性。同時，兩機(jī)型駕駛室外觀尺寸接近，測試過程中未發(fā)現(xiàn)駕駛室內(nèi)部噪聲有明顯波峰存在，噪聲分布較均勻，也可排除駐波的可能。因此，可推斷，低頻噪聲產(chǎn)生的原因主要為主機(jī)振動通過機(jī)架結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至駕駛室內(nèi)部，導(dǎo)致駕駛室整體及其內(nèi)部部件振動產(chǎn)生噪聲。對比兩機(jī)型機(jī)架結(jié)構(gòu)差異，標(biāo)桿機(jī)型采用橡膠減振墊結(jié)構(gòu)，對比樣機(jī)則采用硅油減振器，在實(shí)際測試過程中，能明顯感覺標(biāo)桿機(jī)型駕駛室振動較小，肉眼可觀察到減振器對低頻振動的衰減，而對比機(jī)型則相反。因此，推斷對比機(jī)型駕駛室噪聲偏高的原因?yàn)闇p振機(jī)構(gòu)未能有效隔絕主機(jī)機(jī)架振動的傳播。

6 降噪措施及結(jié)果

依據(jù)測試結(jié)論，結(jié)合硅油減振器的低頻減振性能分析，對硅油減振器與駕駛室之間的匹配進(jìn)行多次測試、改進(jìn)，最終對比機(jī)型駕駛室司機(jī)耳旁噪聲降低到75 dB(A)水平。降噪水平達(dá)到與標(biāo)桿機(jī)型接近的水平，達(dá)到了預(yù)期降噪目的。

7 結(jié)論

工程機(jī)械產(chǎn)品駕駛室內(nèi)噪聲主要來自兩個方面：一是駕駛室外噪聲通過空氣聲向駕駛室內(nèi)部傳播；二是車體振動傳導(dǎo)至駕駛室，導(dǎo)致駕駛室及其內(nèi)部部件振動自身產(chǎn)生噪聲。在現(xiàn)行的許多駕駛室降噪的措施中，往往忽略進(jìn)行全面有效的測試，簡單盲目的采用加強(qiáng)隔音材料的性能及厚度的辦法，而如果噪聲并非通過空氣聲傳播產(chǎn)生時，往往出現(xiàn)越加強(qiáng)駕駛室隔音能力，駕駛室內(nèi)部噪聲越高的情況。因此，有必要在前期進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)測量，初步判斷駕駛室噪聲成因后，才能有針對性的制定降噪方案，有效達(dá)到預(yù)期降噪目的。

[1]GB16710.3-1996 工程機(jī)械定置試驗(yàn)條件下司機(jī)位置處噪聲的測定[S].

[2]周新祥.噪聲控制技術(shù)及其新進(jìn)展[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[3]茍智德.汽輪發(fā)電機(jī)噪聲的測試與頻譜分析[J].大電機(jī)技術(shù)，2009(6)：27-30.

TU60

A

1674-6708（2010）24-0042-02

∶汪壯，從事工程機(jī)械產(chǎn)品駕駛室研究與開發(fā)工作