內(nèi)燃叉車進(jìn)氣系統(tǒng)消聲性能改進(jìn)設(shè)計(jì)分析

曾優(yōu)連

摘 要：內(nèi)燃叉車在作業(yè)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，駕駛?cè)碎L(zhǎng)期在噪聲很大的環(huán)境下工作，很容易對(duì)駕駛?cè)松硇慕】翟斐晌：Γ瑫r(shí)也影響周圍的環(huán)境。所以，對(duì)內(nèi)燃叉車進(jìn)行降噪處理十分重要。排氣消聲器是降低內(nèi)燃叉車噪音常用的方法。本文主要分析了消聲器設(shè)計(jì)方法、進(jìn)氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)、聲學(xué)有限元仿真等進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃叉車；進(jìn)氣系統(tǒng)；消聲性能；改進(jìn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.消聲設(shè)計(jì)計(jì)算方法

1.1 阻性消聲器的計(jì)算方法

空氣濾清器在內(nèi)燃叉車進(jìn)氣系統(tǒng)中具有阻性消聲作用，空氣濾清器的濾芯材料大多都是多孔吸聲的纖維材料，最簡(jiǎn)單的阻性消聲器是圓管式消聲器。計(jì)算公式如下：

其中：P表示管道橫截周長(zhǎng)，S表示管道橫截面積，ɑ表示正入射的吸聲系數(shù)，l表示消聲器的長(zhǎng)度，D表示管徑。?ɑ則與材料的吸聲系數(shù)?ɑ有關(guān)的吸聲系數(shù)。

1.2擴(kuò)張式消聲器的計(jì)算方法

擴(kuò)張式消聲器主要通過管道中聲波在橫截面擴(kuò)大或者縮小發(fā)生反射導(dǎo)致噪音的衰減。單節(jié)擴(kuò)張時(shí)消聲器聲量的計(jì)算公式如下：

其中L表示擴(kuò)張時(shí)長(zhǎng)度；K表示波數(shù)，K=，其中表示聲波波長(zhǎng)；m表示擴(kuò)張比，擴(kuò)張比m=SD/Sd，SD表示擴(kuò)張腔的橫截面積，Sd表示管道的橫截面積。從公式中可以看出單節(jié)擴(kuò)張式消聲器的消聲性能與正弦波形，如果Kl是π/2的奇數(shù)倍，則sin（Kl）=1，這個(gè)時(shí)候的消聲量最大；如果Kl是π/2的偶數(shù)倍，sin（Kl）=0，這個(gè)時(shí)候的消聲量最小，其對(duì)應(yīng)的頻率為通過頻率。單節(jié)擴(kuò)張式消聲器的通過頻率呈周期性，用內(nèi)插管的方式可以消除通過頻率。如果插入的管道長(zhǎng)度在L/2，可以有效地消除1/2波長(zhǎng)的奇數(shù)倍通過頻率，如果插入的管道長(zhǎng)度為L(zhǎng)/4，則可以消除1/2波長(zhǎng)偶數(shù)倍的通過頻率。

1.3 赫姆霍茲共振消聲器的計(jì)算方法

赫姆霍茲共振消聲器以共振頻率為中心，在一定范圍內(nèi)起到消聲作用。其單節(jié)共振消聲器的共振頻率公式為：

其中，f表示共振頻率，S表示連接管的橫截面積，V表示共振腔體積，l為連接算的長(zhǎng)度。

2.進(jìn)氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

本文研究的內(nèi)燃叉車進(jìn)氣系統(tǒng)包括空氣濾清器、擴(kuò)張式進(jìn)氣消聲系統(tǒng)器和進(jìn)氣管路，立柱作為車架的一部分，也屬于進(jìn)氣管路的一部分。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣噪音最大的頻段是：60Hz～100Hz、250Hz～350Hz、500Hz～800Hz。頻率噪音最多的分別為：87Hz、320Hz、659Hz、890Hz等。以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為改進(jìn)依據(jù)，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)消聲器、空氣濾清器以及進(jìn)氣管進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 進(jìn)氣消聲器改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過車架的連接腔將原來的消聲器空氣入口端與立柱管道連接，空氣濾清器與空氣出口端連接，開口向上。進(jìn)氣消聲器設(shè)計(jì)為階梯型，中間連接處為斜面，這樣可以避免車架和空氣濾清器的干擾。對(duì)進(jìn)氣消聲器改進(jìn)方法如下：第一，利用車內(nèi)的進(jìn)氣消聲器的空間，增加進(jìn)氣消聲器的體系V，從而獲得最大的擴(kuò)張比m。第二，為了提高橫截面的聲阻抗效果，去掉原來進(jìn)氣消聲器的斜面，擴(kuò)大擴(kuò)張腔的體積。第三，在空氣入口端插入管道，消除通過頻率。

2.2空氣濾清器改進(jìn)設(shè)計(jì)

空氣濾清器不僅有凈化空氣的作用，而且還有吸聲作用，受到空氣濾清器空間的限制，空氣出入口位置、腔體的橫截面積以及擴(kuò)張比也無法改變，所以只能增加腔體的長(zhǎng)度，擴(kuò)大腔體的體積，從而獲得低頻消聲。原來的空氣濾清器腔體的長(zhǎng)度為300mm，改進(jìn)以后，空氣濾清器的腔體長(zhǎng)度為360mm，也就是擴(kuò)大了腔體20%的體積。

2.3進(jìn)氣接管改進(jìn)設(shè)計(jì)

空氣濾清器內(nèi)置進(jìn)氣管，氣流被管道切成兩股并由出口處匯入到發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)氣接管結(jié)構(gòu)是一段不規(guī)則的管路，管內(nèi)橫截面積沒有什么變化，消聲功能不明顯，這是由發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和接管安裝位置決定的。改進(jìn)進(jìn)氣接管去掉分流結(jié)構(gòu)，在管道的兩側(cè)設(shè)計(jì)特殊頻率的赫姆霍茲共振腔A、B，改進(jìn)以后其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

3.聲學(xué)有限元仿真

改進(jìn)以后的進(jìn)氣系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性和不規(guī)律性，為了確保進(jìn)氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還需要對(duì)其進(jìn)行性能分析，傳統(tǒng)的計(jì)算方法不適合復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此采用聲學(xué)有限元仿真技術(shù)進(jìn)行分析。通過仿真軟件Virtual Lab軟件對(duì)原有的進(jìn)氣系統(tǒng)和改進(jìn)后的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)有限元分析，在分析的時(shí)候忽略流體和剛體之間的耦合作用，設(shè)置條件為：第一，將壁面設(shè)置為無反射剛性壁面。第二，施加單位質(zhì)點(diǎn)速度在入口處。第三，出口處施加全吸聲。然后將其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的進(jìn)氣系統(tǒng)傳遞損失比原來的進(jìn)氣系統(tǒng)有所提高，尤其在中、低頻段280Hz～340Hz消聲大幅度的提高，在中、高頻段提高比較大，其中以750Hz～850Hz特別明顯。通過聲學(xué)有限元仿真實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)方法符合設(shè)計(jì)要求。

4.試驗(yàn)結(jié)果與分析

改進(jìn)以后，進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣口的聲壓等級(jí)明顯降低，在怠速工況下下降了2.78dB；發(fā)動(dòng)機(jī)最高速度工況下，下降了3.16dB。在怠速工況下，低頻段的噪音在下降的更低，中心頻率在80Hz～160Hz頻段消聲效果達(dá)到了2dB～3dB；在中、高頻段的消聲效果比較明顯，315Hz、630Hz、800Hz這3個(gè)頻段降噪量達(dá)到了5dB以上；發(fā)動(dòng)機(jī)最高速度運(yùn)行過程中，中、高頻段中心頻率315Hz和500Hz的頻段消聲效果為1dB～2dB，但是400Hz～800Hz頻段的降噪效果最佳，達(dá)到了5dB～8dB。從這可以看出，改進(jìn)以后的進(jìn)氣系統(tǒng)消聲效果比較明顯，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和最高速度下，消聲效果基本能達(dá)到2dB～3dB，部分頻段的消聲效果達(dá)到了5dB。因此，此改進(jìn)方案完全符合設(shè)計(jì)內(nèi)燃叉車進(jìn)氣系統(tǒng)消聲性能改進(jìn)的要求。

結(jié)語

目前大部分的降低內(nèi)燃叉車噪音最直接的方法就是安裝性能較好的消聲器，消聲器的內(nèi)部消聲結(jié)構(gòu)和材料能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體進(jìn)行反射或者轉(zhuǎn)化為熱能。本文通過對(duì)內(nèi)燃叉車進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在進(jìn)氣消聲器中插入管道擴(kuò)大體積，增加空氣率清晰的腔體長(zhǎng)度，在進(jìn)氣接管的重點(diǎn)頻率使用赫姆霍茲共振消聲器，經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)改進(jìn)方案完全符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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