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1、某型挖掘機(jī)消聲器排氣噪聲的測(cè)量試驗(yàn)研究方建華, 周以齊, 胡效東,王立1.中國(guó)濟(jì)南山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2500612.中國(guó)青島山東科技大學(xué)266510關(guān)鍵詞：噪聲測(cè)量，插入損耗，消聲器，排氣噪音通過(guò)分析挖掘機(jī)的排氣噪聲的危害，本文闡明了噪音測(cè)量，以及分析工作的重要性，根據(jù)一些相關(guān)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，使用一些工具，對(duì)排氣噪音的測(cè)量系統(tǒng)，特別是挖掘機(jī)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)該機(jī)械公司生產(chǎn)的某一挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲測(cè)量，用七種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)消聲器。在分析了七個(gè)不同結(jié)構(gòu)消聲器阻抗譜后，我們選擇了消聲器j這進(jìn)入在七個(gè)消除噪音性能最佳的消音器。消聲器j的最高消聲達(dá)14.3分貝，他可以在較大程度上減少挖掘機(jī)的排氣噪音。最
2、后，我們分析了七個(gè)消聲器的結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的消聲效果得到了一些很重要的結(jié)論。投稿日期：07年11月14日/接受日期：2009年9月8日1 介紹雖然有大量的文獻(xiàn)對(duì)很多機(jī)械產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行分析，但噪聲污染在很多領(lǐng)域仍然是很?chē)?yán)重的問(wèn)題。隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，建筑物的拆除和建設(shè)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，直接增加了世界各地大部分城市的施工機(jī)械噪聲，它不僅損害了工人的生理和心理，而且嚴(yán)重影響了公民的日常生活。在長(zhǎng)期的噪音下工作會(huì)損害工人的身心健康，噪音會(huì)損害人的聽(tīng)覺(jué)和神經(jīng)系統(tǒng)，這使得人失眠，多夢(mèng)，帶來(lái)更壞的記憶。柴油機(jī)挖掘機(jī)在工作是排放大量的噪聲，例如，進(jìn)口噪聲，排氣噪聲，機(jī)體輻射噪音和齒輪噪音。在所有上述噪音種，排氣
3、噪音會(huì)嚴(yán)重影響挖掘機(jī)的整機(jī)性能。消聲器固定在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道以降低發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的噪聲，所以安裝發(fā)動(dòng)機(jī)消聲器是消除高的噪聲的普通方法。因此，測(cè)量和分析排氣噪音對(duì)保護(hù)環(huán)境和提高整機(jī)性能非常重要。噪音水平是評(píng)估機(jī)械性能的一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)被許多國(guó)家限制在法律內(nèi)。目前，許多研究人員深入研究如何衡量噪音，更確切的說(shuō)他們制定了一系列的方法測(cè)量噪音。早在1997年，河辛格找出測(cè)量脈沖噪聲消聲器的方法。Ling ZH-Y進(jìn)行了寬帶輻射噪聲的測(cè)量。從潛艇通過(guò)形成多倍頻不變的方法很寬的線(xiàn)性1 66個(gè)天線(xiàn)波束。因此我得到了一些典型特征噪音來(lái)源的不同方法。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲很高時(shí)嚴(yán)重影響工程機(jī)械的整機(jī)性能，如挖掘機(jī)。因此研
4、究排氣性能的消聲器，測(cè)量和分析輸出噪聲已成為一個(gè)重要的技術(shù)（噪音測(cè)量技術(shù)），其中挖掘機(jī)的排氣噪聲進(jìn)行評(píng)估。不僅它是一個(gè)領(lǐng)先控制噪聲的重要技術(shù)，而且這是一種保護(hù)環(huán)境的方法和噪聲檢測(cè)是否符合有關(guān)規(guī)定。根據(jù)一些相關(guān)的噪音測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于排氣消聲器，我們使用一些工具設(shè)計(jì)了一套排氣噪聲測(cè)量系統(tǒng)，特別是建筑機(jī)械，通過(guò)對(duì)噪聲信號(hào)收集，七種不同類(lèi)型消聲器的阻抗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在分析了頻譜7消聲器，分別對(duì)消聲器具有較好的消聲性能進(jìn)行了選擇。2. 消聲器性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)消聲器的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要表現(xiàn)于傳輸消耗和插入損耗。傳輸損耗是相對(duì)比較消聲器和入口的能源出口，這是入口之間的差額聲功率和傳輸聲功率。這是消聲器本身的屬性，插入損耗
5、是分別從聲音源的聲功率級(jí)前安裝后的消聲器。也就是說(shuō)插入損失只顯示性能的變化，整個(gè)聲系統(tǒng)(包括消聲器，管道和噪音來(lái)源)和前固定消聲器，并不能說(shuō)名消聲器本身消除噪音的性能當(dāng)測(cè)量和分析的噪音消除，實(shí)踐表現(xiàn)在消聲器。研究人員往往研究插入損耗。這主要是因?yàn)樵趥鬏敁p耗測(cè)定種，消聲器入口聲壓需要測(cè)量。但是消聲器的入口通常不在建筑機(jī)械內(nèi)，這是適合噪音測(cè)量。此外，其他噪聲源，從發(fā)動(dòng)級(jí)發(fā)出的輻射噪音，可能會(huì)帶來(lái)一些錯(cuò)誤的噪音測(cè)量。因此，在實(shí)際測(cè)量消聲器，評(píng)估和分析的噪音消除表現(xiàn)，我們一般認(rèn)為消聲器的插入損失。在這里，對(duì)挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)插入損耗的排氣消聲器進(jìn)行測(cè)量和研究。表1 背景噪聲修正差（分貝）3.2聲音反射的影響
6、反射周?chē)囊恍┐蟮脑胍粼磿?huì)帶來(lái)更大的錯(cuò)誤，例如，墻壁，地面，機(jī)械設(shè)備和工人的身體全部都能進(jìn)行反射。成為在測(cè)量過(guò)程種的噪音，麥克風(fēng)要放遠(yuǎn)離這些反射器，一米是最佳距離。為了減少工人影響反射聲，因?yàn)楫?dāng)工人面對(duì)聲源他們將為一些大的聲波進(jìn)行反射。聲波反射回來(lái)會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果。作為外側(cè)聲源，反射面積較小，因此對(duì)測(cè)量結(jié)果影響會(huì)較少。3.3 風(fēng)噪聲的影響如果在測(cè)量時(shí)有風(fēng)的存在，空氣流動(dòng)吹在麥克風(fēng)生成壓力膜，這將帶來(lái)噪音，并會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。戶(hù)外測(cè)量時(shí)應(yīng)該沒(méi)有風(fēng)。如果風(fēng)力小于3級(jí)，麥克風(fēng)應(yīng)上擋風(fēng)玻璃進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)風(fēng)力不能大于3級(jí)。4選擇測(cè)量要點(diǎn)4.1測(cè)量時(shí)間如果環(huán)境噪聲非常高，則測(cè)量消聲器排氣噪聲的挖掘機(jī)應(yīng)
7、該在環(huán)境噪音較小的時(shí)候（如深夜）。這時(shí)進(jìn)行測(cè)量的挖掘機(jī)工人下班了。因此對(duì)測(cè)量的影響不大4.2測(cè)量地點(diǎn)在測(cè)量過(guò)程中的噪聲，消聲器是視為噪聲源，聲場(chǎng)附近沒(méi)有穩(wěn)定。升級(jí)測(cè)量會(huì)發(fā)生很大變化。因此，我們應(yīng)該避免這種情況。測(cè)量噪音時(shí)，外場(chǎng)近區(qū)有自由的場(chǎng)區(qū)，兩者之間的距離聲源和測(cè)量點(diǎn)增加1倍，聲音壓力會(huì)減少6dB，所以噪音測(cè)量應(yīng)在這一領(lǐng)域。當(dāng)測(cè)量位置離聲源太遠(yuǎn)，但太靠近墻壁或一些對(duì)象，其他的反射會(huì)非常嚴(yán)重，那里的測(cè)量不應(yīng)采取在這樣一個(gè)地區(qū)。5 測(cè)量?jī)x器和安裝5.1測(cè)量?jī)x器聲級(jí)儀，頻譜分析儀，自動(dòng)記錄儀，磁帶錄音機(jī)等，是常見(jiàn)的噪音測(cè)量?jī)x器。聲級(jí)表是排序的設(shè)備，可用于測(cè)量聲壓級(jí)或音量，它是最根本的，是最常見(jiàn)的用
8、于聲測(cè)量的儀器。聲音感應(yīng)器可用于計(jì)量室噪聲，環(huán)境噪聲，機(jī)械噪聲，建筑噪聲和任何其他。麥克風(fēng)，放大器，加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，過(guò)濾器，衰減器和顯示屏組成的聲音電平表。麥克風(fēng)是將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，聲級(jí)表實(shí)際上是一個(gè)電壓表它的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的聲波，這可以被放大到一定的水平。這是一個(gè) capacitance integral sound-level meter made by Brel & Kjaer 電容積分聲級(jí)米卡扎由布呂爾 Corporation, which was a world-famous acoustical instrument公司，這是一個(gè)世界著名的聲學(xué)儀器 company in Denm
9、ark.公司在丹麥。 圖1 主界面振動(dòng)于動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)信號(hào)采集設(shè)備用的是振動(dòng)和動(dòng)力信號(hào)采集分析系統(tǒng)，這是南京安正軟件有限公司設(shè)計(jì)的，三個(gè)模塊，AdCras(數(shù)據(jù)收集和處理),SsCras（信號(hào)與系統(tǒng)分析），Ntrp（分析振動(dòng)和噪聲之間的相關(guān)性）該軟件主界面種顯示的是圖1為了免受外界的干擾信號(hào)，減少外界影響的噪聲信號(hào)，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，該系統(tǒng)測(cè)量了排氣噪聲非常好的實(shí)時(shí)性，它的數(shù)據(jù)格式也很容易讀、寫(xiě)和存儲(chǔ)。5.2安裝的測(cè)量?jī)x器圖2顯示了噪聲測(cè)量的配置計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，所有設(shè)備都連接信號(hào)采集單元，最后計(jì)算機(jī)。聲音感應(yīng)器有兩個(gè)輸出接口，直流和交流接口，其中測(cè)量時(shí)我們選擇界面的交流。
10、信號(hào)采集單元有16個(gè)頻道，其中第一個(gè)被選中。測(cè)量前聲音層次必須調(diào)整和調(diào)試。圖3表明排氣噪聲信號(hào)采集系統(tǒng)圖2 測(cè)量系統(tǒng)噪音配置方案圖3 場(chǎng)景噪音信號(hào)采集系統(tǒng)6. 排氣噪聲的測(cè)量以安裝所有的測(cè)量?jī)x器和鋪設(shè)在適當(dāng)?shù)奈恢冒磮D2和圖3，然后再在進(jìn)行排氣消聲器的測(cè)量。在收集數(shù)據(jù)的排氣噪聲信號(hào)7種消聲器的速度，同樣的挖掘機(jī)在不同加載聲壓級(jí)的倍頻程頻率波段的中心頻率分別為63、125、250、500、1000、2000、4000和8000赫茲時(shí)得到。6.1聲級(jí)公式根據(jù)參考，得每個(gè)測(cè)量電可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)聲音水平，公式如下（方程（1）在方程（1），L是聲音的水平頻帶。L是一個(gè)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)倍頻頻帶，單位是分貝，而
11、n是多少總倍頻頻帶。聲壓級(jí)的水平每個(gè)頻帶和總壓力，它可以得出的計(jì)算公式如下在表2，它顯示的A-加權(quán)網(wǎng)絡(luò)63Hz到16000Hz的修訂。6.2收集的噪音信號(hào)6.2.1背景噪音的測(cè)量深夜，工廠(chǎng)是在沒(méi)有生產(chǎn)狀態(tài)，沒(méi)有及其公司在運(yùn)行，當(dāng)它被適合測(cè)量挖掘機(jī)消聲器排氣噪聲。環(huán)境噪聲測(cè)量是非常重要的噪音，其結(jié)果影響消聲器噪聲非常大，所以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪音前，目前的環(huán)境噪聲應(yīng)在第一位。然后判斷該消聲器噪聲測(cè)試是否應(yīng)采取或不能給出。表3 倍頻環(huán)境噪聲聲壓級(jí)的分貝值表4排氣噪聲樣本，挖掘機(jī)在不用的速度時(shí)單位：分貝圖4三分之一倍頻環(huán)境聲頻譜曲線(xiàn)6.2.2排氣噪聲測(cè)量管使用替代濰柴ZH4100是主要的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的挖
12、掘機(jī)樣本，發(fā)動(dòng)機(jī)是四沖程和4個(gè)空缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用中，我們作為替代管消聲器可以把廢氣排氣噪聲作為自己的引擎噪音。在這里，以便找出噪音的特點(diǎn)詳細(xì)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)，更多種類(lèi)的速度應(yīng)該研究。通過(guò)分析和處理這些噪聲信號(hào)，噪聲和排氣噪聲頻譜曲線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷的速度給予如下，在表4和圖5 我們可以從他們知道隨著增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的速度每個(gè)頻域的噪音值是所有越來(lái)越大。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速600r/米，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2050r/m時(shí)，在A-SPL的甚至達(dá)到高達(dá)104.8分貝，這將很大程度上損害人們的健康和生活。圖5發(fā)動(dòng)機(jī)噪音頻譜曲線(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)噪音頻譜曲線(xiàn)（圖5），我們可以看出速度低，高負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)排氣噪聲曲線(xiàn)大致相同。噪音
13、值有點(diǎn)低，低頻率，并與在增加頻率，噪聲分貝值均相對(duì)從100Hz到5000Hz高。在速度2050r/m時(shí)，噪音來(lái)的最高值98分貝在2000Hz頻率，總的A-聲壓級(jí)的測(cè)量點(diǎn)也達(dá)到最多104.8分貝。6.2.3排氣消聲器測(cè)量噪音設(shè)計(jì)在此之后，測(cè)量和分析的排氣噪聲從7消聲器進(jìn)行了圖六是設(shè)計(jì)的7個(gè)消聲器的結(jié)構(gòu)圖，表5他們的一些具體結(jié)構(gòu)尺寸。在結(jié)構(gòu)圖種該網(wǎng)為代表直徑不同的打孔穿孔管。表5七個(gè)消聲器的結(jié)構(gòu)尺寸與D相比，用于消聲器樓1室50MM，長(zhǎng)度與被擴(kuò)大室后加入三分之一，圍巾小時(shí)，其室只有在直徑一百七十毫米，有相同的總長(zhǎng)度為D，如上所述，這是用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲信號(hào)的。圖6 設(shè)計(jì)的7種消聲器的結(jié)構(gòu)圖圖7
14、 設(shè)計(jì)的消聲器的數(shù)種物理圖對(duì)于7消聲器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的內(nèi)部對(duì)排氣噪聲進(jìn)行了測(cè)量據(jù)實(shí)際工程條件，三種常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的速度，1200、1800和2050r/米，被選定和研究，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。圖8 9 10 的排氣噪聲曲線(xiàn)代表了消聲器D E和J的。圖8在1200r/米時(shí)消聲器7的噪聲頻譜曲線(xiàn)圖9在1800r/米時(shí)消聲器7的噪聲頻譜曲線(xiàn)圖10在2050r/米時(shí)消聲器7的噪聲頻譜曲線(xiàn)從圖8圖10，我們可以發(fā)現(xiàn)，就總體而言，排氣消聲器曲線(xiàn)具有相同的趨勢(shì)。在1200r/m時(shí)，消聲器曾與聲壓級(jí)87.7分貝最差消聲在最低頻率，七噪音結(jié)果非常不同于其他很多。我的消聲器有聲音消除最?lèi)毫拥挠绊?，而?/p>
15、聲器e和j最好的。隨著增加的頻率，消聲器噪聲七越來(lái)越高，和這樣的速度在高頻率，排氣噪聲被降到最低。據(jù)定義為插入消耗在消聲器三大加載速度，每量消減噪音消聲器可以實(shí)現(xiàn)。在圖11.12.13還有一些損耗比較嚴(yán)重的。在三個(gè)主要負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。而插入損耗曲線(xiàn)分別 三個(gè)速度顯示在表6表6三個(gè)速度下消聲器7的插入損失圖11 1200r/米時(shí)消聲器7的插入損耗圖12 1800r/米時(shí)消聲器7的插入損耗圖13 2050r/米時(shí)消聲器7的插入損耗7. 結(jié)論通過(guò)以上比較和噪聲分析我們消除影響，在消聲器的速度為每一種不同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)對(duì)某些產(chǎn)品的7個(gè)消聲器的影響，消聲比較好而差距的影響消聲不大?？傊覀兛梢缘贸鼋Y(jié)論這不
16、僅在低轉(zhuǎn)速高，而且速度快，噪音reduction of the muffler j was all better, and its effect of noisej減少了消聲器是所有好，噪音的影響elimination in whole frequency among seven mufflers was the best.在整個(gè)頻率消除七個(gè)消聲器是最好的。 Besides, by making comparison and analysis of the structures, 此外，通過(guò)比較和結(jié)構(gòu)分析， for seven kinds of mufflers at different lo
17、ad speeds, we also found, 消聲器7種不同負(fù)載的速度，我們還發(fā)現(xiàn)， among the structures, the perforated pipe structure played a very 之間的結(jié)構(gòu)，穿孔管結(jié)構(gòu)起到了非常important part in eliminating high frequency noise for impedance 重要部分，消除高頻噪聲阻抗 muffler, however, expanding chamber and insert-pipe did good at 消聲器，但是，擴(kuò)大室和插入管并善于depressing t
18、he low frequency noise. 令人沮喪的低頻噪音。 So when designing the mufflers, 因此，當(dāng)設(shè)計(jì)的消聲器， we should consider the whole frequency distribution of noise source 我們應(yīng)該考慮整個(gè)分布噪聲頻率源signals, evaluate the characteristic of all the noise elimination 信號(hào)，評(píng)估消除所有的噪聲特性 structures, and design structure-mixed impedance mufflers
19、 with 結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)混合阻抗消聲器與good performance. 良好的性能。Through studying noise properties at different load speeds, we 通過(guò)負(fù)載的速度，在不同的噪聲特性研究我們also concluded that, for a muffler, with the increase of load speeds, 還認(rèn)為，對(duì)于一個(gè)消聲器，與負(fù)載的速度增加，兩級(jí)壓級(jí)和插入，消聲器的損失將越來(lái)越大。參考文獻(xiàn)1. Lee, M. H., Kang, D. B., Kim, H. Y. and Ahn, J. H.， “C
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