內(nèi)燃機(jī)車噪聲測(cè)試與分析

郝英楠

（錦州鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 錦州121000）

0 引言

隨著我國(guó)列車速度的不斷提高，內(nèi)燃機(jī)車功率不斷增大，內(nèi)燃機(jī)車的噪聲也隨之增高，部分內(nèi)燃機(jī)車出現(xiàn)了噪聲值超標(biāo)的情況.內(nèi)燃機(jī)車噪聲問題主要包括內(nèi)燃機(jī)車聲輻射造成的外界噪聲問題以及司機(jī)室的噪聲問題.改善內(nèi)燃機(jī)車周邊聲環(huán)境，保證司機(jī)室舒適性以及司乘人員的身體健康已成為必須解決的主要問題之一.因此，了解內(nèi)燃機(jī)車的噪聲特性，對(duì)內(nèi)燃機(jī)車的減振降噪設(shè)計(jì)，改善司乘人員的駕駛環(huán)境有重要的指導(dǎo)性意義［1～3］.

Ahmadian等［4］對(duì)北美重載機(jī)車司機(jī)室振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試，分析了司機(jī)室的振動(dòng)特性.通過測(cè)試司機(jī)室采用不同彈性隔振器 （包括橡膠隔振器、金屬彈簧以及空氣彈簧）的隔振性能后，提出可分離式“柔性懸掛司機(jī)室”模型.Johanning等［5］則對(duì)內(nèi)燃機(jī)車整體的振動(dòng)和柴油機(jī)的工效進(jìn)行了研究.國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)內(nèi)燃機(jī)車噪聲問題的研究起步較晚，其中，曾斌［6］通過測(cè)試DF4型內(nèi)燃機(jī)車的振動(dòng)情況，分析DF4的振動(dòng)頻譜，總結(jié)出了機(jī)車產(chǎn)生振動(dòng)的原因，并且根據(jù)振動(dòng)頻譜提出了降低該型號(hào)機(jī)車振動(dòng)的措施.李春勝等［7］對(duì)機(jī)車的幾種隔振方案進(jìn)行了對(duì)比，計(jì)算了司機(jī)室振動(dòng)頻率響應(yīng)函數(shù)，分析司機(jī)室彈性安裝結(jié)構(gòu)的隔振效果.

本文針對(duì)內(nèi)燃機(jī)車噪聲污染這一問題，利用噪聲與振動(dòng)分析系統(tǒng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)車輻射噪聲和司機(jī)室內(nèi)部主要噪聲源部位進(jìn)行噪聲與振動(dòng)測(cè)試，運(yùn)用Artemis分析軟件進(jìn)行分析，對(duì)內(nèi)燃機(jī)車減振降噪研究有重要意義.

1 內(nèi)燃機(jī)車噪聲測(cè)試

1.1 測(cè)試設(shè)備

采用噪聲與振動(dòng)測(cè)試分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，該系統(tǒng)由SQLab II 60通道數(shù)據(jù)采集記錄器及前端、HMS III雙耳信號(hào)采集器、HPS IV數(shù)字式人工頭錄音／回放系統(tǒng)、聲學(xué)和振動(dòng)傳感器以及Artemis分析軟件等組成.

1.2 測(cè)試工況

對(duì)某內(nèi)燃機(jī)車的噪聲測(cè)試分為內(nèi)燃機(jī)車外場(chǎng)聲壓測(cè)試和內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室聲壓測(cè)試兩個(gè)部分.其中，外場(chǎng)聲壓測(cè)試是基于澳大利亞AS 2377－2002標(biāo)準(zhǔn)［8］和實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，而內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室聲壓的測(cè)試依據(jù)GBT 3450－2006《鐵道機(jī)車和動(dòng)車組司機(jī)室噪聲限值及測(cè)量方法》［9］和實(shí)際需要進(jìn)行，測(cè)試的工況均為內(nèi)燃機(jī)車定置空載和定置加載時(shí)，分別將柴油機(jī)檔位置于0、4和8檔.

1.3 測(cè)試點(diǎn)分布

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)燃機(jī)車聲壓測(cè)試點(diǎn)分別如圖1和圖2所示.其中，外場(chǎng)聲壓測(cè)試點(diǎn)距離地面的高度為1.2m，距離機(jī)車的距離為15m.

2 噪聲測(cè)試結(jié)果

2.1 外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

圖3給出了測(cè)點(diǎn)在外場(chǎng)測(cè)試中各工況的聲壓級(jí)，可以看出，當(dāng)工況由空載變?yōu)榧虞d時(shí)E、F、G、H和I點(diǎn)的聲壓級(jí)有不同程度的增大，其中G點(diǎn)的聲壓級(jí)變化最為顯著.根據(jù)內(nèi)燃機(jī)車的結(jié)構(gòu)，上述各測(cè)點(diǎn)均距冷卻室較近，當(dāng)工況從空載變?yōu)榧虞d時(shí)，冷卻室中的冷卻系統(tǒng)開始工作，使上述測(cè)試點(diǎn)聲壓級(jí)升高.當(dāng)工況由空載8檔變?yōu)榧虞d0檔時(shí)，由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速大幅度下降，其產(chǎn)生的噪聲也大幅降低，故受柴油機(jī)影響較大的B、C、J、K和L點(diǎn)的聲壓級(jí)有不同程度的減小.其中，D、E、I和J四點(diǎn)的聲壓級(jí)在12個(gè)測(cè)試點(diǎn)中相對(duì)較大.

圖4～圖7（見 88頁）分別給出了外場(chǎng)測(cè)試中D、E、I和J四點(diǎn)各工況下的聲壓級(jí)與頻率的關(guān)系.可以看出，同一檔位由空載變?yōu)榧虞d時(shí)，每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的聲壓級(jí)在大于1000Hz的中高頻均有不同幅度的升高，這也證明了冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行與否會(huì)影響測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)，且其對(duì)外輻射噪聲以中高頻噪聲為主.各測(cè)點(diǎn)在空載和加載的0檔、4檔以及空載8檔時(shí)，200～400Hz的聲壓級(jí)區(qū)別不大，由于機(jī)車輻射噪聲的低頻部分主要由機(jī)械振動(dòng)引起，表明隨著柴油機(jī)檔位的升高，機(jī)車的結(jié)構(gòu)振動(dòng)沒有發(fā)生明顯變化；空載8檔時(shí)，測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)在160Hz處出現(xiàn)了較明顯的峰值，說明機(jī)車在160Hz時(shí)產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)性共振.當(dāng)頻率大于500Hz時(shí)，隨著柴油機(jī)檔位的升高，各測(cè)試點(diǎn)的聲壓級(jí)有明顯區(qū)分，故機(jī)車檔位升高主要導(dǎo)致了高頻輻射噪聲增大.加載8檔時(shí)，冷卻室中懸掛的3個(gè)冷卻風(fēng)扇開啟，各測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)在各頻率階段均有較大幅度升高，表明冷卻風(fēng)扇的聲輻射對(duì)機(jī)車周邊聲環(huán)境影響較大.另外，機(jī)車對(duì)稱測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)的差異主要是由于測(cè)試期間機(jī)車位置發(fā)生了變化.

2.2 司機(jī)室測(cè)試結(jié)果

圖8給出了各檔位司機(jī)室聲壓級(jí)與頻率的關(guān)系.可以看出：各個(gè)工況下司機(jī)室中央1.2m處在125Hz，400Hz以及3 150Hz處均有較為明顯的峰值；在4檔和8檔時(shí)，1 000Hz處也存在較為明顯的峰值.司機(jī)室內(nèi)聲壓級(jí)出現(xiàn)峰值的原因一般為司機(jī)室結(jié)構(gòu)共振或外界聲輻射.

2.2.1 司機(jī)室振動(dòng)對(duì)司機(jī)室噪聲的影響

圖9～圖14（見 89頁）分別給出了各工況下司機(jī)室地板振動(dòng)頻譜圖.可以看出，所有檔位在400 Hz時(shí)均有較為明顯的振動(dòng)峰值，且同檔位時(shí)空載比加載時(shí)振動(dòng)劇烈，這與司機(jī)室內(nèi)聲壓級(jí)的規(guī)律基本一致，證明司機(jī)室結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)司機(jī)室地板中央在400Hz處出現(xiàn)峰值有一定貢獻(xiàn).在4檔和8檔時(shí)，司機(jī)室的縱向振動(dòng)在1 000Hz處有明顯的峰值，雖然在1 000Hz處空載8檔的縱向振動(dòng)比加載8檔時(shí)弱，但空載8檔在1 000Hz處存在較強(qiáng)的橫向振動(dòng)，這與司機(jī)室內(nèi)空載8檔的聲壓級(jí)略高于加載8檔相符.在1 000Hz處，空載4檔的振動(dòng)強(qiáng)度與加載8檔相近，高于加載4檔的振動(dòng)強(qiáng)度，這與司機(jī)室內(nèi)聲壓級(jí)的分布規(guī)律一致.在3 150Hz處，隨著檔位的升高，司機(jī)室的垂向、縱向和橫向振動(dòng)增強(qiáng)，符合司機(jī)室聲壓級(jí)在3 150Hz處存在較為明顯的峰值的規(guī)律.

2.2.2 司機(jī)室外部噪聲對(duì)司機(jī)室的影響

圖15～圖16（見 90頁）給出了空載和加載8檔時(shí)人工頭、柴油機(jī)以及司機(jī)室地板中央1.2m處的FFT頻譜圖.可以看出，由于司機(jī)室在400Hz以及1 000Hz處產(chǎn)生結(jié)構(gòu)共振，因此在這兩個(gè)頻率處的峰值相對(duì)柴油機(jī)處的峰值較為突出.司機(jī)室內(nèi)聲壓級(jí)的走勢(shì)與柴油機(jī)處聲壓級(jí)的走勢(shì)在5 000 Hz之前趨于一致，司機(jī)室內(nèi)聲壓級(jí)峰值與柴油機(jī)處的峰值一一對(duì)應(yīng)，說明外界噪聲源對(duì)司機(jī)室的影響較為明顯.

3 結(jié)論

本文通過分析內(nèi)燃機(jī)車噪聲的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)外場(chǎng)測(cè)試的12個(gè)測(cè)試點(diǎn)中D、E、I和J四個(gè)點(diǎn)受噪聲源影響明顯，聲壓級(jí)較大；機(jī)車工況的改變主要影響外場(chǎng)各測(cè)試點(diǎn)400Hz后的中高頻噪聲；冷卻風(fēng)扇的開啟會(huì)增大外場(chǎng)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的聲壓級(jí)；外界噪聲源影響司機(jī)室整個(gè)頻段的噪聲，振動(dòng)使個(gè)別頻率處的聲壓級(jí)有較大的升高.