（机械制造及其自动化专业论文）滑移装载机噪声分析与控制.pdf

a n a l y s i sa n d c o n t r o lf o rn o i s eo f s k i ds t e e rl o a d e r at h e s i ss u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y q i ny u t a o s u p e r v i s e dby。iupervlseo1 9 y a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h u z h u a n g r u i s c h o o lo fm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y m a r c h2 0 1 0 6川8 咖73川5，iiiil删y 1一 成 表 过 并 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：盔哇涛 导师签名： 扭 - 。一 摘要 滑移装载机噪声分析与控制 摘要 本论文结合江苏省科技攻关项目“x t 7 5 0 滑移装载机研发”( 项目编号： b e 2 0 0 8 0 2 8 ) ，以徐工x t 7 5 0 滑移转向装载机为研究对象，在声源识别、振动和噪声实 验测试的基础上，经过仿真计算分析，提出有效的减振、降噪措施，改善振动和噪声状 况。论文选题具有较强的工程背景和应用价值。论文主要完成了以下工作： 1 应用积分声级计级测定x t 7 5 0 滑移装载机噪声辐射现状；采用声强测量技术进 行噪声源识别、定位，得出其声场分布规律；同时用信号分析技术对滑移装载机的振动 和噪声进行频谱分析与相关性分析，从声学角度分析滑移装载机辐射噪声的特点。结合 测试分析结果，找到噪声与发声源、振动源之间的内在联系，明确滑移装载机的主要噪 声部件。 2 建立驾驶室悬置系统的六自由度动力学模型及其运动微分方程，在a d a m s 中 分析悬置系统的固有特性。并根据能量解耦的原则，对：悬置系统进行优化设计，使得主 要激励方向的解耦率提高到8 2 2 4 以上的较高水平。 3 应用a n s y s 和s y s n o i s e 进行驾驶室结构和室内空腔声场的模念分析，了解 两者的动态特性，掌握振动传递和噪声产生的机理。分析结果表明结构和空腔声场的耦 合作用不可忽略。 4 应用模念叠加法，进行结构一声场耦合模型的声学响应分析，提取左、右耳处 两个场点的声压响应曲线。结果显示两场点的声压响应曲线基本是一致的，并找出了室 内声场的共振频率。在采用优化后的隔振挚参数时，场点响应曲线的声压幅值比原曲线 有约1 0 分贝的降低。 5 建立边界元模型，进行声学仿真计算。由模型声传递向量计算得到了场点声压 与节点振动速度的关系，单元声学贡献分析揭示了对室内场点声压级峰值起主要作用的 部位。声学仿真的分析结果直接用于指导降噪措施的制定。 6 根据室内噪声测试和分析结果，提出减振、降噪措施，改善振动与噪声状况。 这主要包括以下方面：提高驾驶室、发动机舱的密封性、减少透射噪声：选择合适的吸 声、阻尼材料，降低混响声；改变发动机上罩门、后罩门的通风格栅的位置和丌口方向， 并改善与车架的连接；改进驾驶室与车架i 日j 隔振元件的参数以及改善空气滤清器、消声 器的安装，降低振动传递率。 关键词- 滑移装载机；振动；噪声；声强；悬置系统；优化设计；耦合 a b s t r a ( 汀 a n a l y s i sa n dc o n t r o lf o rn o i s eo f s k i ds t e e rl o a d e r a b s t r a c t t h ep r o i e c tn a m e dx t 7 5 0s k i ds t e e rl o a d e rr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ( n o ：b e 2 0 0 8 0 2 8 ) i ss u p p o r t e db ys c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o j e c t so fj i a n g s up r o v i n c e w i t h x t 7 5 0s k i ds t e e rl o a d e ra st h er e s e a r c ho b j e c t s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o n sa r ec a r r i e do u ta f t e r e x p e r i m e n t sa n dt h e o r e t i c a la n a l y s e s t h c as o m ee f f e c t i v es u g g e s t i o n sf o rv i b r a t i o na n dn o i s e c o n t r o la r ep r o p o s e d t h em a j o rc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s f i r s t l y , t h en o i s es i t u a t i o n so fx t 一5 0a r et e s t e dw i t ht h ei n t e g r a t i n gs o u n dl e v e lm e t e r t h es o u n di n t e n s i t yt e c h n i q u ei sa d o p t e dt om e a s u r et h ea c o u s t i cn e a rf i e l d a n dt h es o u n d f i e l dd i s t r i b u t i o n sa r eo b t a i n e d t h es p e c t r a la n a l y s e so fv i b r a t i o na n dn o i s et e s t se n a b l et h e a n a l y s i si nt e r m so fa c o u s t i c s ot h em a i nn o i s es o u r c e sa r ei d e n t i f i e d s e c o n d l y , t h ea d a m ss o f t w a r ei su s e dt oe s t a b l i s has i xd e g r e e o f - f r e e d o md y n a m i c m o d e lo fm o u n t i n gs y s t e m a n dt h ei n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i c sa r ea n a l y z e d e n e r g yu n c o u p l i n g m e t h o di sa p p l i e dt ot h eo p t i m i z a t i o nd e s i g nf o rt h ec a bm o u n t i n gs y s t e m ，w i t ht h eo b j e c t i v e i m p r o v e dt o8 2 2 4 t h i r d l y , t h em o d a la n a l y s e sf o rs t r u c t u r ea n da c o u s t i cf i e l da r ep r o c e s s e dw i t ha n s y s a n ds y s n o i s es o f t w a r e i ti sp r o v e dt h a tt h ec o u p l i n ge f f e c tc a nn o tb en e g l e c t e d f o u r t h l y , t h es o u n dp r e s s u r er e s p o n s ec u r v e so ft w of i e l dp o i n t sa r ed r a w nw i t ht h e h a r m o n i ca n a l y s i sf o rt h ec o u p l i n gs y s t e m ，w h i c hi sb a s e do nt h em o d es u p e r p o s i t i o nm e t h o d t h i sb r i n g sf o r w a r dt h er e s o n a n c ef r e q u e n c ya n dt h a tt h en e wm o u n t i n gp a r a m e t e r sh a v e r e d u c e dt h es o u n dl e v e l f i f t h l y , a c o u s t i cs i m u l a t i o na n a l y s i si sp r o c e s s e do ft h eb o u n d a r ye l e m e n tm o d e l ( b e m ) t h ea c o u s t i ct r a n s f e rv e c t o r ( a t v ) r e v e a l st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv i b r a t i o nv e l o c i t ya n d f i e l dp o i n t s n o i s ep r e s s u r e t h ee l e m e n t sc o n t r i b u t i o na n a l y s i sr e v e a l st h es e t st h a tm a i n l y b r i n ga b o u tt h ep e a kf r e q u e n c y a n dt h es i m u l a t i o ns h o u l db ed i r e c t l yu s e df o rt h en o i s e c o n t r 0 1 l a s t l y , t h es u g g e s t i o n sf o rv i b r a t i o nr e d u c t i o na n dn o i s ec o n t r o la r ep r o p o s e d t h i s i n v o l v e st h et r e a t m e n t sf o r t h em a i np a n s ，i n c l u d i n gt h ec a b ，e n g i n er o o m ，a i rc l e a n e r m u f f l e r , v i b r a t i o ni s o l a t i n gc o m p o n e n t s ，a n ds oo n k e yw o r d s ：s k i ds t e e rl o a d e r ；v i b r a t i o n ；a c o u s t i c s ；s o u n di n t e n s i t y ；m o u n t i n gs y s t e m ； o p t i m i z a t i o n ；c o u p l i n g 1 一 1 2 研究目的与意义1 1 3 国内外研究现状2 1 3 1 工程机械噪声限值标准概况2 1 3 2 滑移装载机噪声研究手段简介2 1 3 3 滑移装载机噪声控制方法研究现状3 1 3 4 悬置系统设计研究现状4 1 3 5 结构一声学耦合特性研究现状5 1 4 论文主要研究内容5 第2 章x t 7 5 0 滑移装载机噪声现状分析7 2 1 噪声测量标准和要求7 2 2 背景噪声测试8 2 3 定置试验条件下噪声级测试8 2 3 1 定置试验条件下噪声的测定8 2 3 2 定置试验条件测试数据处理与结论9 2 a 动态试验条件下噪声级测试9 2 4 1 动态试验条件下噪声的测定。9 2 4 2 动态试验条件测试数据处理与结论1 0 2 5 噪声级测试总结。1 1 第3 章x t 7 5 0 滑移装载机噪声源识别及分析1 3 3 1 滑移装载机主要噪声源与激励力频率分析。1 3 3 1 1 滑移装载机主要噪声源分析。1 3 3 1 2 室内噪声源分析1 3 3 1 3 主要激励力频率计算1 4 3 2 滑移装载机声强测试分析1 5 3 2 1 声强测试的基本原理1 5 3 2 2 声强测试影响要素分析。1 6 3 2 3 滑移装载机左侧面声强测试。1 7 3 2 4 发动机上罩门声强测试2 0 3 2 5 发动机后罩门声强测试2 2 3 3 滑移装载机振动与噪声频谱分析2 3 3 3 1 测试要素分析2 3 3 3 2 隔振器振动传递率测试2 4 3 3 3 空气滤清器和消声器振动测试2 6 3 3 4 室内噪声测试与振动分析2 7 3 3 5 机外噪声测试与振动分析2 9 3 4 噪声源识别分析总结3 2 i l i 3 2 ：；! ； ：；! ； ：；! ； ：；! ； 3 6 3 7 3 7 ：；7 ：；8 3 8 4 0 z 1 1 4 1 4 3 4 3 4 3 4 4 4 6 第5 章驾驶室结构与室内声场动力学分析4 7 5 1 驾驶室自由模态分析4 7 5 1 1 驾驶室有限元模型的建立4 7 5 1 2 驾驶室自由模态分析4 8 5 2 驾驶室空腔声学模态分析4 9 5 2 1 声学模态有限元法原理。4 9 5 2 2 室内声学模态分析5 0 5 3 驾驶室结构一空腔声场耦合模态分析5 2 5 3 1 结构一声场耦合有限元法。5 2 5 3 2 耦合模态分析5 2 5 4 耦合系统声学响应分析一5 4 5 a 1 谐响应分析的基本原理5 4 5 4 2 驾驶室约束模态求解5 5 5 4 3 声学响应分析5 5 5 4 4 模态参与系数特性分析5 7 5 5 声学贡献分析5 8 5 5 1 声学贡献分析的概念。5 8 5 5 2 结构振动对室内声场的贡献分析5 8 5 6 动力学分析总结6 0 第6 章总结与展望。6 1 6 1 研究内容总结6 1 6 2 工作改进与展望6 l 致谢6 3 参考文献6 5 附录i ：定置试验条件下辐射噪声测 附录i i ：动态试验条件下辐射噪声测 附录i i i ：提取模态分析结果的a p d l v 第1 帝绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景和课题来源 滑移式装载机办称多功能工程车，它应用基于两侧车轮线速度差而实现车辆转向的 轮式专用底盘，采用轮式行走机构、全轮驱动，可实现原地滑移转向、在作业现场随机 快速更换或挂接各种工作装置，以达到适应不同的工作环境和作业内容的目的。滑移 转向装载机作为小型： 程机械的重要成员之一，首先在北美、西欧、同本等国，尤其是 在小型工程建设、市政维护工程及农村市场中得到了广泛推广和应用。 在整个装载机市场中，小型多功能装载机本身的机动性好、性价比较高。而且，在 考虑到机器的大小、生产率、劳动力要求、燃油成本、场地转移及进入工地的方便难易 程度和机器内在的多功能等方面凶素时，小型机比传统的大型机适应性更强。许多往常 只用大型机械的场合，现在也用上了小型机械。特别是当前进行各种工程项目建设的需 要，为滑移转向装载机提供了前所未有的发展机遇。 我国小型工程机械的生产发展缓慢，生产滑移式装载机的厂家更是有限，国内生产 无法满足市场对滑移式装载机的需求。因此，我国小型装载机、小型多功能装载机具有 极大的市场潜力，是产品开发的一个很有利的方向。 但是，车辆噪声尤其是工程机械噪声，严重地污染着城市环境，影响着人们的生活、 工作和健康。工程机械作为城市建设和道路施工的主要设备，已成为城市噪声的主要来 源之一。这些噪声污染环境，干扰了工作现场附近人们的生活、学习和工作。而驾驶员 更是最直接的受害者，装载机发出的噪声每时每刻都在危害着他们的身心健康，甚至引 起各种疾病。 随着工程机械行业的迅速发展，人们对工程机械的舒适性和振动噪声控制的要求也 越来越严格。据国外有关资料表明，特别是在进入2 1 世纪后，人类为了实现可持续发 展，提出了工程机械的环保技术和信息技术，这将是今后国际工程机械产品发展趋势的 主流。欧美和同本市场对工程机械产品的噪声实施了更加严格的要求，使工程机械发展 进入了新的阶段。 目前，注章节能、环保的国际形势对我国机械工业发展提出了更高层次的要求。但 作为国内工程机械行业，从生产到最终销售，节能和环保技术的应用还没有引起足够的 重视，国外一些先进的工程机械厂商却早就注意到了这一点。为配合国际化战略，以国 际先进产品标准为指导，提升产品技术水平，尤其为进一步丌拓国际市场，国内各大工 程机械生产企业都开始进行节能、环保、操作舒适性等技术的研究拉1 。 东南大学与徐州徐工特种工程机械有限公司合作，共同申报了“x t 7 5 0 滑移装载机 研发”项目，得到了江苏省科技攻关项目立项支持( 项目编号：b e 2 0 0 8 0 2 8 ) ，以期在 上述方面做出某些改进。 1 2 研究目的与意义 噪声、振动与舒适性统称为车辆的n v h ( n o i s e 、v i b r a t i o n & h a r s h n e s s ) l h 题，是衡 量车辆制造质量的一个综合性问题。它给用户的感受是最直接的，也是国际各大整车制 造企业和零部件企业关注的问题之一。特别是对于外销型的产品，n v h 问题是一个基 本要求，更是一个瓶颈。因此，作为产品丌发的一个迫切需要的方向，积极开展工程机 械的振动、噪声控制技术的应用研究，在国产装载机产品上采用和推广振动噪声控制技 术，将会产生非常可观的经济效益和社会效益。 但是，工程机械产品与汽车行业相比，自订者是多品种、小批量生产，而且为适应工 况的变化和用户的个性化需求，机械系统主要零部件的配置比较复杂、产品的结构改型 和更新换代周期都很短。”。正是由于其功能和使用场合的特殊性，装载机噪声控制水平 东南人学顾i ：学位论义 和工程实际应用相对汽车行业滞后，在噪声源识别、振动和噪声控制措施的有效性与实 用性方面，还很薄弱。因此，这方面的理论探讨和应用都有很大空问。 因此，本课题便针对x t 7 5 0 滑移转向装载机振动和噪声方面存在的问题，通过对 其主要噪声源部件的测试和仿真分析，提出滑移装载机振动与噪声控制的措施，制定和 实施有效的减振、降噪方案，改善滑移装载机的振动与噪声状况，以实现最后测试结果 达到相关标准的要求。同时，也希望为今后工程机械产品的振动分析与噪声控制工程应 用做出有益的探讨和实践。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 工程机械噪声限值标准概况 噪声污染是当今社会的三大公害之一，对人们的生活、学习和工作都产生了巨大的 负面影响。国外工业发达国家对车辆噪声所带来的这种影响引起了高度的重视，如欧盟、 同本、美国等国家从上世纪7 0 年代起每5 年左右就修订一次相关法规和标准，使得车 辆噪声得到了有效的控制n 5 1 。相比之下，由于制造业的科研实力和技术水平以及执法 力度等客观因素的限制，我国的车辆噪声污染更显突出。 国内对工程机械噪声限值的标准方面，1 9 8 4 年机械工业部颁布了工程机械噪声 限值标准( j b 3 7 7 4 1 8 4 ) ；1 9 9 0 年国家环保局颁布了建筑施工场界噪声限值标准 ( g b l 2 5 2 3 0 9 0 ) 。在此基础上，参照i s o ，d i s 6 3 9 3 6 3 9 6 ：1 9 9 5 标准，1 9 9 6 年颁布了国家 标准工程机械噪声限值( g b l 6 7 1 0 1 1 9 9 6 ) ，该标准规定的限值作为现阶段我国工程 机械产品的最低指标。其规定工程机械司机位置处噪声限值为9 2 d b ( a ) ，同时给出了机 外辐射噪声声功率级与标定功率之问的计算关系。 而西方发达国家制造业水平较高，无论是发动机还是油泵、变速箱、变矩器等机械、 液压部件等运行噪声均较小。出于对环境和人体健康的保护，这些国家的噪声限值标准 一降再降。欧洲噪声限值标准于1 9 9 7 年修订，比原标准下降4 d b ( a ) ，其中规定最大噪 声不得大于1 1 3 d b ( a ) ；发动机功率为1 5 4 k w 时，噪声声功率级限值应小于等于 1 0 7 d b ( a ) ，比我国现行国家标准低l l d b ( a ) 。按照2 0 0 0 1 4 e c 标准，2 0 0 6 年1 月3 日 起，欧洲标准进一步修订，比9 7 年标准下降6 d b ( a ) 。 如表1 1 所示即为工程机械的噪声限值方面我国标准与欧盟标准的比较。展望未来， 我们必须积极开展机外辐射噪声控制研究，以缩短与发达国家的差距。 表1 1 我国与欧盟，i ：程机械机外辐射噪卢限值标准比较 标定功率( k w ) 4 0 4 0 - 5 0 5 0 6 5 6 5 - 8 0 允许声功 g b1 6 7 1 0 1 1 0 61 0 8 1 1 01 1 2 1 9 9 6 率极d a ( a ) 2 0 0 0 1 4 e c1 0 1 1 0 11 0 1 1 0 21 0 2 - 1 0 3 标定功率( k w ) 8 0 - 1 0 0 1 0 0 1 3 0 1 3 0 1 6 0 1 6 0 - 2 0 0 允许声功 g b1 6 7 1 0 1 1 9 9 6 1 1 41 1 61 1 8 1 2 0 率极d b ( a ) 2 0 0 0 1 4 e c 1 0 3 - 1 0 4 1 0 4 - 1 0 5 1 0 5 1 0 61 0 6 - 1 0 7 1 3 2 滑移装载机噪声研究手段简介 国外对车辆噪声研究着手较早。1 9 7 0 年美国开始对车内噪声特性进行研究，八十 年代，美国工程力学研究所在研究车内噪声特性预测方面做了大量的研究工作，他们系 统研究了声学模态分析的有限单元建模方法，探讨了车身结构振动对车内声场的影响以 及车内声压对边界振动的影响，建立了结构一声学耦合的有限单元模型晡1 ，完成了弹性 边界的声学模念分析和车身结构受迫振动时车内声压分布的计算，推导出结构振动一声 压波动在受到外界干扰力作用时的有限元计算公式，为车内噪声预测分析打下了良好的 基础。日本对工程机械噪声的研究也非常重视，在主要传动件噪声得到有效控制后，深 2 鞯1 节绪论 入研究不同结构形成的空气流噪声，并应川在新一代挖掘饥等工程机械上。 在研究方法方面，声学经典理论的研究已有很长的历史。随着近几十年计算机和数 值计算技术的长足进步，有限元方法( f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，f e m ) 、边界元方法 ( b o u n d a r ye l e m e n tm e t h o d ，b e m ) 和统计能最分析法( s t a t i s t i c a le n e r g y a n a l y s i s ，s e a ) 等在声学研究和工程实际中分别得到广泛应用。三种方法之间的区别、特点明确，适用 范围也各不相同。 在2 0 世纪6 0 年代，有限元法就已经丌始应用于工程声学了。但是，有限元方法在 处理三维声辐射问题时需划分三维空帕j 网格，数据准备和计算工作量庞大，同时采取边 界截断来计算无限域的声辐射问题时会带来误差等，这是有限元法的不足。而b e m 方 法具有如下优点：计算精度高、数据准备简单；能使问题的维数降低一维；只须边界离 散化而不像有限元法需将区域离散化，可大大减少单元，减少了数据量和计算时间；可 方便地分析具有无界分析域的外部声辐射以及非封闭空间声学问题。此外，b e m 方法 比f e m 方法更多地应用了解析分析结果，所以其计算精度也比f e m 方法高。由于b e m 方法的优点显著，从而使其一出现就得到了迅速的发展。 但是由于在中高频区域上有大量的共振模态，由于受到计算速度和容量的限制，有 限元法和边界元法等就受到了很大的限制，统计能量法的问世有效地解决了这个问题。 如今已有基于统计能量法的大型分析软件( a u t o s e a ) ，在汽车、船舶、航空等领域都有 广泛的应用。但是它又局限于高频问题，对中低频问题却无能为力，分析结果只是统计 性的答案，这是s e a 方法最明显的缺点。 此外声学特性研究方面，在乘坐室声学特性和低频噪声控制问题的研究过程中，模 态分析技术得到了广泛的运用。在国外轿车设计中，对应于第一阶声学共振频率的模态， 其节线位置( 零声压位置) 设计在人耳附近，以便处于噪声最小的声学环境中。对于生 产的样车，这种方法可用来确定空腔是否被强烈地激起共振。 而国内在车辆噪声研究方面起步较晚，工程机械噪声的分析研究则更晚。近二十年 来，治理工程机械噪声已成为许多生产厂、科研部门和使用单位急需解决的重要课题哺。 由于汽车工业，特别是轿车工业的发展成熟，出于对舒适性的要求，国内外对车体( 驾 驶室) 的振动及振动噪声研究较多，对车外噪声的分析研究也在增加。这间接促进了工 程车辆噪声方面的研究。 1 3 3 滑移装载机噪声控制方法研究现状 噪声的控制研究被分为两大方向，一种是基于吸声、消声原理的有源消声( 噪声主 动控制) 。另一种是被动消声，即经常所采用的一些传统的消声办法。常用主要方法为： ( 1 ) 设计阶段充分考虑 建立三维模型，对零部件的静、动态特性分析预测，如采用有限元技术对车身及整 车进行动态分析和设计；采用s y s n o i s e 等声学软件进行声学设计，充分考虑结构一 声场耦合系统的特性，避免出现共振和共鸣； 在总成和零部件的选型上，充分考虑各部分振动、噪声水平及其匹配关系，如选用 低噪声的总成及零部件，发动机和消声器、冷却j x l 扇、发动机隔卢罩合理匹配； 在发动机、驾驶室振动传递途径的悬置系统设计上，降低振动传递率，并可通过优 化，最大限度地避免共振。悬置系统设计及其优化的研究已经比较完善，同时这也是振 动与噪声控制的一个重要措施； 隔声、吸声、阻尼等材料的选取应充分考虑振动和噪声的特征，选取具有最佳匹配 特性参数的材料。 ( 2 ) 测试分析方面 噪声治理首先是要找出主要噪声源。频谱分析法是识别噪声源的基本方法之一，频 谱分析中除了使用幅值频谱图以外，最常用的还有功率谱图。此外还有相干函数法、倒 频谱法等。 3 查塑叁兰堡! ：兰垡笙兰 目前在声源识别方面采用和形成了一系列基本成熟的技术和方法，如主观评价法、 选择运行法、铅局部覆盖法、信号分析法( 频谱分析、相关和相干分析) 、振速分析法、 声全息分析、声功率的测量、声强分析等。这些方法的应用已经相当普遍，并取得了良 好的效果。对于实践性很强的噪声控制来讲，这是很宝贵的参考经验。 在各种方法之中，声强测试分析技术是目前噪声应用研究中应用最为广泛的声学测 量技术之一。噪声的大小通常用声压、声功率和声强来表示，三者相比较：声压是标量， 难以通过它找出噪声的方向和位置；声功率的测量需要昂贵的消声室或混响室；而声强 是矢量，既代表了声场中某点声能量的大小，又代表了该点声能流动的方向，比声压更 能反映声源的本质，同时测试过程中受环境的影响小。此外，信号处理技术、计算机技 术的发展，使得声强测量技术在噪声源识别与定位中得到广泛应用，在2 0 世纪8 0 年代 初得到迅速发展。 1 3 4 悬置系统设计研究现状 在悬置系统的设计上，经过国内外学者的不断探索和研究，形成了一套较为完善的 评价方法口1 ：主要考虑悬置系统的隔振性能，以刚体模态、扭矩轴线、一阶弯曲振型、 悬置系统的弹性中心与解耦设计的关系为评价体系，并适当考虑人体对振动反应的敏感 程度，来评价悬置系统的综合性能。在此以发动机悬置系统的设计为例，简要介绍悬置 系统的研究现状。 ( 1 ) 国外研究现状 近三十年来，研究人员逐渐将数学中的优化方法应用于悬置系统的设计，取得了良 好的成果。1 9 7 9 年，j o h s o n 首次用数学的优化手段，进行悬置系统的设计呻1 。他以合理 配置系统的固有频率和实现各自由度之间的振动解耦为目标函数，以悬置刚度和悬置坐 标为设计变量进行优化计算，使系统各平动自由度之间的振动耦合大为减少，且保证了 系统的固有频率，取得比较令人满意的成果。1 9 8 4 年，g e c kp e 和p a t t o nr d 认为发动 机悬置系统的最主要作用是隔离低频振动睁1 ，这就要求它的侧倾固有频率要低，以吸收 发动机不平衡扭矩引起的振动。因此，他们以侧倾解耦、降低侧倾模态的固有频率为目 标，对悬置系统进行优化，并提出了比较合理的悬置设计原则。1 9 8 7 年，h h a t a 和 h t a n a k a 又用优化悬置位置的方法，在怠速工况对发动机悬置系统的振动进行研究n 0 l 。 他们指出，车身弯曲共振频率应高于怠速频率，且越大越好，换言之，动力总成的共振 频率应小于1 压倍的怠速频率。 以上几种应用优化理论进行的悬置系统的研究方法，大多是将悬置系统的模型简 化，是以车架为刚性基础建立的六自由度的刚体一阻尼弹簧模型。可见该力学模型已有 比较广泛的应用范围。 ( 2 ) 国内研究现状 国内对发动机悬置系统的研究虽起步较晚，但已取得大量的成果。 上世纪八十年代，清华大学的徐石安等人丌始发动机悬置系统的优化计算u 。他们 研究认为，相比振动解耦和合理分配固有频率，降低振动传递率是最重要的。故提出应 以悬置处动反力幅值最小为目标函数，适当控制系统的固有频率进行优化设计，并取得 较好的结果。 1 9 9 2 年，长春汽车研究所的喻惠然等给出了发动机悬置系统设计的一般要求和原 则，并对c a 6 1 0 2 型发动机的悬置系统进行了基本参数计算和隔振性能研究引，提出了 改进方案。同年，第二汽车制造厂的上官文斌、蒋学锋等人在扭矩轴坐标系中建立了优 化模型3 1 ，以系统固有频率为目标函数，以系统解耦、打击中心原理应用、一阶弯曲模 态节点为约束条件进行优化计算。此方法在工程上很具有实用价值。 1 9 9 3 年至1 9 9 5 年，清华大学的徐石安与阎红玉对悬置系统提出新的研究方法：把 汽车看成由发动机、车架、驾驶室和车桥等子系统构成的组合系统n 引。通过分别由理论 计算或测试识别的方法，求出各子结构的动态特性，然后按照一定边界条件进行组合， 4 第1 幸绪论 获得整个组合系统的动力学方程，求解这个方程即可得此组合系统的动态特性。保持其 它子系统不变，对发动机子系统进行修改，根据各类车共有的特点，找出发动机和其它 子系统在整车中的一般匹配关系。按照此方法，无需建立整车振动模型和方程，直接根 据发动机子结构所确定的动态特性，就能比较准确地预估出整车的振动状况。这就在理 论上为六自由度振动模型的建立做出了令人较信服满意的解释。同时，在发动机解耦优 化过程中，对结构上缺少明确的对称面的发动机( 如前置前驱汽车的发动机) ，提出了 在任意六个自由度都能方便解耦的新方法一能量解耦法，使解耦水平大大提高。 东南大学的研究者也对发动机隔振进行了深入的研究。孙蓓蓓、张启军、孙庆鸿等 提出了一种通过对发动机悬置系统刚度矩阵解耦而实现曲轴转动和轮胎激励输入方向 解耦的新方法，达到了控制整车振动、提高车辆的平顺性和舒适性的目的n 引。程序、张 建润和王志新应用模念综合理论对整车作振动分析n6 。他们建立了2 0 个自由度的整车 模型，用实际的路面激励作输入，求出座椅的振动响应，同时兼顾各子结构的运动匹配。 以座椅加速度响应值最小为目标函数，经过优化计算得到发动机悬置系统的最佳参数， 最后以i v e c o 汽车为例，验证了此设计方法的实际效果。温任林、颜景平以整车系统 为背景，提出以汽车驾驶室振动相对能量和发动机悬置系统的各阶振型解耦的多目标优 化方法n7 ，并根据该方法建立了优化的数学模型。 此外，近年来对悬置系统刚度的研究，已由线性化处理向非线性化方向发展。同时， 对与悬置连接的基础元件( 车身) 的研究，也已由传统的视为刚性、无限大的基础元件 进一步深入到视为具有一定弹性的基础元件，即在建模计算分析时，考虑了弹性基础对 振动传递率曲线的作用。 1 3 5 结构一声学耦合特性研究现状 移 在国外，对结构一声学耦合特性研究具有较长的历史。1 9 6 6 年，g l a d w e l l 等对声 一固耦合理论提出了相关的能量公式。c r a g g e s 和l e s l v e r 成功地将有限元应用于汽车乘 坐室声学特性分析。后来，w o l f 和n e f s k e 将有限元软件n a s t r a n 用于汽车车内噪声 知j 的研究，进行了车厢的声一固耦合分析引。在解决工程实际问题中，根据将声学有限元 分析技术与试验技术结合运用的需要，n e f s k eh o w e l l 对采用有限元方法进行的汽车降 噪分析进行了实验验证。研究表明，有限元分析和实验验证技术相结合是解决室内噪声 的有效途径。 心 国内在该领域的研究才刚刚起步，但许多人已在这方面做了一些有意义的工作。 吉林工业大学汽车系利用有限元方法分析了载重汽车驾驶室在实车测试得到的路 面激励和发动机激励下产生的噪声，并分析了设置吸声材料前后声压的比较。 同济大学汽车工程系靳晓雄教授则根据轿车设计图纸和其它设计参数，对路面激励 悬架系统、发动机激励、车身结构和车身内腔声振特性的建模方法和预测分析方法作了 系统研究，白胜勇博士在该研究的基础上对悬架系统等影响车内噪声的因素作了进一步 研究，并建立了整车流同耦合模型，用于车内噪声预测分析和优化设计，降噪效果试 验评价表明其优化思路是正确的。 东南大学机械制造及其自动化系的杨莉博士用有限元方法对耦合模型进行了谐响 应分析心0 。，计算了在以发动机本身的噪声和车架位移为激励的车内声场的声学特性以及 车身结构一声场耦合系统的振动特性，实现了对轻型客车车内低频噪声的有效预测。 西北工业大学机电学院利用有限元分析软件a n s y s 和边界元分析软件s y s n o i s e 对卡车驾驶室的振动与内部声辐射做了数值研究心，详细说明了建模和分析的步骤，并 采用直接边界元法，对驾驶室振动声学特性进行了计算分析。 1 4 论文主要研究内容 本课题以徐工x t 7 5 0 滑移转向装载机为研究对象，在对其进行噪声源识别、振动 和噪声实验测试以及计算仿真分析的基础上，提出和实施一些有效的减振、降噪措施， 5 东南人学硕l ：学位论义 以改善滑移装载机的振动与噪声状况。本论文主要研究内容有如下： ( 1 ) 广泛了解和借鉴国内外装载机产品振动与噪声控制的技术和方法。在振动与 噪声控制理论的基础上，学习噪声源识别原理、仪器使用和随机信号的分析方法。 ( 2 ) 在国家标准条件下，应用积分声级计进行噪声级的测试研究，以判断噪声辐 射水平是否符合标准要求或者计算超出的量值。 ( 3 ) 噪声源的分析与识别：应用声强测鼍技术识别噪声源，进行噪声源定位和定 量分析，得出其声场分布规律；对滑移装载机的振动和噪声进行频谱分析与相关性分析， 从声学角度分析滑移装载机辐射噪声的特点，找到噪声与发声源、振动源之间的内在联 系，确定可能的振动噪声来源。 ( 4 ) 建立驾驶室悬置系统的六自由度动力学模型及其运动微分方程，在a d a m s 中分析原有悬置系统的固有频率、振型以及解耦性能。并根据能量解耦的原则，针对现 有悬置系统的问题和不足，应用能量解耦方法，进行优化设计。 ( 5 ) 驾驶室结构与室内声学动力学分析与仿真计算：进行驾驶室结构、室内空腔 声场模态分析，掌握振动传递和噪声产生的机理；对结构一声场耦合模型进行频率响应 分析，提取驾驶员耳边位置场点的声压响应曲线，找出室内声场的共振频率；应用声学 贡献分析找出对室内场点声压级峰值起主要作用的部位，指导降噪措施的制定。 ( 6 ) 控制措施研究：在实验分析的基础上，结合主要部件的分析计算，从驾驶室、 发动机舱、发动机上罩门、后罩门、空气滤清器、消声器等主要部件方面总结提出减振、 降噪措施，改善振动与噪声状况。 6 第2 章x t 7 5 0 滞移装载机噪声现状分析 第2 章x t 7 5 0 滑移装载机噪声现状分析 要进行滑移装载机的噪声和振动的控制，首先必须对滑移装载机的噪声现状进行评 估，确定噪声辐射水平与标准要求的差距，明确降噪目标。然后采用卢强测试技术找出 滑移装载机的主要噪声源，结合振动和噪声的频谱分析、相关性结果，针对滑移装载机 的主要噪声源进行减振降噪的处理。 滑移装载机运行时产生的噪声可分为机外辐射噪声和司机位置处噪声两类。机外辐 射噪声主要引起对