单钢轮振动压路机噪声测试与性能评价.doc

单钢轮振动压路机噪声测试与性能评价 学 院：机械学院姓 名：* 学 号：* 指导老师：* 日 期：2012-6-17目录1 、绪论11.1压路机简介11.2单钢轮振动压路机特点12、试验前技术准备22.1试验目的22.2实验样机的准备22.3测量仪器及其精度32.4试验场地32.5气候条件43、试验方法43.1试验测点位置43.2试验工况53.3试验顺序54、数据处理74.1试验记录表74.2试验结果的评价95、试验结果不确定度的评定105.1 概述105.2 建立数学模型115.3 噪声测量不确定度的主要来源分析125.4标准不确定度分量的评定135.5 合成标准不确定度的计算165.6扩展不确定度的评定165.7 测量不确定度报告171 、绪论1.1压路机简介压路机在工程机械中属于道路设备的范畴，广泛用于高等级公路、铁路、机场跑道、大坝、体育场等大型工程项目的填方压实作业，可以碾压沙性、半粘性及粘性土壤、路基稳定土及沥青混凝土路面层。70年代，随着静液传动技术、液压控制技术和计算机技术的发展，压实技术和压实设备的研究有了长足的进展。首先，静液传动应用到压实机械上，通过液压系统流量的控制，可以容易地改变马达的转速，实现压路机振动频率的连续调节，因而使得复杂的传动系大为简化。这一时期，振动压路机的研究主要集中在振动压路机参数优化方面，并逐步实现了振动频率与振动幅度的无级连续调节，改善了压实效果。中国压路机行业经过40多年来的不断发展，已经有了长足的进步。尤其是进入90年代以后，压路机产销量增长迅速，加入压路机生产的企业不断增加，使压路机制造企业多达80余家，能够生产5-30t振动压路机，4-24t静碾压路机和16-30t轮胎压路机等规格品种较为完备齐全的系列产品，基本形成能够自主开发与生产的完整压路机制造体系，其技术水平与国际先进水平之间的差距正逐步缩小。这种高速增长的局面，势必将压路机配套件行业推向一个新的发展时期。1.2单钢轮振动压路机特点单钢轮振动压路机是前面有一个振动钢轮，后面有两个轮胎作为行驶驱动的压路机。它主要用作公路或铁路的路基压实工作，可以压实底基层和基层，也可以用来压实碾压混凝土。单钢轮振动压路机是60年代首先由瑞典戴纳帕克公司研制的。在此之前的自行式振动压路机主要是双钢轮振动压路机，前轮是转向轮，后轮既是振动轮又是驱动轮。它的压实效果虽比静作用压路机有显著提高，但振动压实有时会出现打滑现象。因为后轮振动时轮子会跳离地面，附着力减少。这给施工带来不少麻烦。后轮改成两个轮胎驱动，前轮变成振动轮，再采用铰接转向，情况就完全改观。轮胎对地面的附着系数增大，驱动轮就不再容易打滑了。防止驱动轮打滑的另一个办法是将双钢轮振动压路机做成双轮振动、双轮驱动、铰接转向，这就是现在常见的串联式双钢轮振动压路机。从此振动压路机开始分成了单钢轮和双钢轮两种，单钢轮主要用来压实路基，双钢轮主要用来压实路面。初期的单钢轮振动压路机自重大体在10t左右。随着建设事业的发展，单钢轮振动压路机的品种越来越多，自重也越来越大。现在世界上最重的单钢轮振动压路机已达到25t。单钢轮振动压路机主要依靠一个钢轮振动压实，而压实的效果与钢轮的静线压力近似地成正比。如果钢轮宽度一定，压路机在钢轮上的分配重量越大，线压力就越大。所以单钢轮振动压路机前轮(振动钢轮)分配的负荷希望比后轮(轮胎)大一些，压实效果好。但是钢轮分配质量大时，单靠后轮驱动无法满足振动压路机牵引力的要求。所以目前国外的单钢轮振动压路机多采用钢轮轮胎双驱动。双驱动必须解决前后轮行驶速度的同步问题。用液压传动，不但总体布置很方便，前后轮同步驱动问题也很容易解决。 综上所述，目前全液压驱动的単钢轮振动压路机是筑路施工机械中用到的主要机型之一，研究它的各种行使性能对于提高施工质量有很大帮助。2、试验前技术准备2.1试验目的振动压路机的主要用途是通过振动工作装置产生的振动，将振动波传递到被压实材料，使得被压实后土壤的内部孔隙减少，提高路面的承载能力、抗渗透能力以及平整度，减少和避免破碎、断裂以及隆起等路面损坏现象。随着公路建设等级的提高, 重型振动压路机得到广泛的应用,但其强烈的激振力和噪声对环境的污染问题, 各国尚无相关的控制标准及简单有效的防治措施。中国西部地区地质条件恶劣, 不少民房仍为土木结构, 振动压实会对沿路民房造成不同程度的损伤。重型振动压路机在施工时产生强烈的激振力和噪声, 对区域环境污染严重,甚至造成了沿路建筑物不同程度的损伤。为此, 本文对振动压路机的噪声测试和综合性能评价进行了研究,建议研究和开发与环境相和谐的生态化压实机械。2.2实验样机的准备本次实验采用徐工集团YZ20H-I 振动压路机,。它属超重型振动压路机，技术难度大，附加值高，市场情景十分看好。YZ20H-I型振动压路机 是一种超重型振动压路机，适用于大型土方工程、公路工程基础的压实。该压路机的主要设计性能参数如下：表1 徐工集团YZ20H-I 振动压路机参数参数单位数值工作质量kg20000振动频率Hz28/35振幅（高/低）mm1.8/0.9前轮静线压力N/cm280后轮静线压力N/cm280外型尺寸(长宽高)627523903066（mm）发动机型号D6114标定转速r/min2200标定功率kW1402.3测量仪器及其精度 1.试验用的仪器、器具应经计量主管部门检查和校准，且在有效期内方能使用。声级计（B&K 2238型精密声级计，测量范围30140dB，精度，频率范围：20Hz-16kHz）、风速仪（手持风速仪ED300，测量范围：030m/s）、米尺（量程10m，精度1cm）。 2.对于下列参数的测量，其仪器、器具精度应符合所列精度的要求: a) 尺 寸:小于测量值的士2%或1mm(取大值); b) 质 量:小于测量值的士0.2%; c) 操 作 力:小于测量值的士2%; d) 角 度:小于测量值的士1; e) 时 间:小于测量值的f0.1s。 3允许采用精度高于23.2中所规定的仪器、器具。2.4试验场地噪声试验场地为平整的空旷场地，在以样机为中心，25 m半径的范围内，不应有房屋、围墙等反射物。背景噪声尽可能比试验样机噪声低10dB(A)。2.5气候条件标准大气压下，无雨，气温20，风速小于3m/s。3、试验方法3.1试验测点位置 1.司机位置发射声压级的测定噪声测量中，司机位置采用声压级用来评价，观测人员能靠近司机的驾驶室，同时司机不能穿异常吸声衣服，也不能戴帽子和围巾，这些衣物会影响噪声测量。传声器应该放置于水平方向，其参考方向（制造商规定的方向）应该指向操作位置处人员通常看到的方向。传声器位置的应该置于司机头部中间平面200mm20mm，与眼睛成一线，并置于司机头部的左侧和右侧。预测时的机器为定置状态，发动机以最大油门运转（高速空转）。用两侧中产生噪声读数最大的一侧作为动态监测；如果两侧初始声压级检测相同，就用右侧作为动态检测。 2.境噪声声功率级的测定环境噪声试验用的测量面为一个半球面。半球面的半径由压路机基本长度（机身长度l）确定。半球面的半径应为：r=4m； 当试验样机的基本长度 l 小于1.5m时；r=10m； 当试验样机的基本长度 l 大于或等于1.5m，且小于4m时；r=16m； 当试验样机的基本长度 l 大于或等于4m，且小于8m时；本实验选取的YZ20H-I的基本长度为 l=6275mm，故取r=16m。半球测量面上的传声器的位置应采取6个测量位置。具体传声器位置布点图及其相应坐标见下图1和下表2。图1 半球法声功率级测试传声器布置图图中，标号16传声器的位置；7-8行进路径的中心线；A,B,C行驶路径的路径点；R半球面的半径；|AB| = 1.4r；表2 传声器坐标位置传声器位置x/ry/rz10.70.71.5m2-0.70.71.5m3-0.7-0.71.5m40.7-0.71.5m5-0.270.650.71r60.27-0.650.71r3.2试验工况1. 样机不行驶，不起振动时测定样机的噪声声级；2. 样机以高速挡行驶，不起振动时测定样机的时噪声声级；3. 样机以低速挡行驶，起振动时测定：4. 样机不行驶,在橡胶轮胎上振动原地振动（模拟压实工况）时,测定样机的噪声声级。3.3试验顺序1. 用声级计测出实验场地周围环境的本地噪声值，利用风速仪测定实验场地的风速，对天气状况，分别进行记录；并与实验的规定值进行比对，符合规定值时方可进行实验；2. 在选好的负荷规定的试验场地进行利用米尺标定测点位置：在压路机驾驶室司机头部位置将传声器安装在支架或司机头盔上，在测量过程中，传声器放在距离司机头部一侧至少100mm处。此外，标定环境噪声的半球面位置，按照上图1和图2确定测点位置；3. 机外噪声声功率级的测定机器的中心应与半球的中心，即X轴和Y轴的交点重合。机器正面（沿前进方向）应指向测点1和4放置机器时，应该将基本长度的中心点作为中心。a. 在所有传声器位置，用声级计测得时间平均A计权声压级至少三次，通过下式换算成A计权声功率等级也应至少三次。如果其中至少两次测定值相差不超过1dB，则无需进一步测量。否则应继续测量直至获得两个相差不超过1dB的值。用来计算声功率级的A计权声功率级是相差不超过1dB的两个最大值的算术平均值。b. 每个测点的测量持续时间最少为15s；A计权声功率级(dB) (dB)背景噪声修正值。当背景噪声和实测噪声值之差大于15 dB时，可以忽略不计。其余值需要按GB/T 3767中8.3规定值进行修正。环境噪声修正值。当在混凝土路面进行测试时，且从声源至测量半球面的半径的3倍距离内，声反射体可以忽略时，则可以假定环境噪声修正值的绝对值小于或等于0.5dB。因此，可以忽略不计。测量半球面的表面积。当r=4m时，=20.0 ； r=10m时， =28.0 r=16m时， =32.1 (dB) 从传声器位置i利用声级计测得到的时间平均A计权声压级。根据本试验进行的具体场地情况，可以确定：1）本试验中 r=16m时， =32.1。2）本地噪声56.1dB与实测噪声的均值89dB相差大于15dB，故可以认为背景噪声修正值；3）本试验的场地为坚实的水泥混凝土路面，且试验场地周围50m内没有任何建筑障碍物，故可以认为环境噪声修正值；4. 司机位置A计权声压级测定本机型有驾驶舱，在测试中应关闭所有的门窗，空调设置在中等位置。司机位置的排放声压等级应取在司机位置测得的最高排放等级。在规定的测点：距离司机头部一侧至少100mm处。每一个测点应至少进行3次声压等级测量。如果其中至少两次测定值相差不超过1dB，则无需进一步测量。否则应继续测量直至获得两个相差不超过1dB的值。用来计算声功率级的A计权声功率级是相差不超过1dB的两个最大值的算术平均值。4、数据处理4.1试验记录表根据A计权网络记录的数据按照下表整理，以便对比分析，得出结论。表A.1 噪声试验记录表样机型号 YZ20H-1 试验日期 2012-06-16 出厂编号 实验地点 西安 天气、气温 晴天、33 路面状况 水泥混凝土路面 风向、风速 无风 实验人员 平# 本地噪声 55.9 dB（A） 记录人员 何# 样机状态声级计位置测试结果dB（A）(声功率级)国家规定评 价123均值定置工况与压实工况原地在橡胶轮胎上不振动(定置工况）测点189.389.788.389.10 93合格测点287.988.988.888.53 93合格测点392.191.691.291.63 93合格测点489.891.190.590.35 93合格测点588.189.288.888.76 93合格测点689.190.189.889.67 93合格驾驶员耳朵左侧10cm89.589.988.589.33 90合格驾驶员耳朵右侧10cm88.488.789.288.77 90合格原地在橡胶轮胎上振动（模拟压实工况）测点191.292.190.891.37 93合格测点291.490.090.290.53 93合格测点390.891.291.691.20 93合格测点490.491.290.890.80 93合格测点591.291.691.491.40 93合格测点691.291.090.090.7393合格驾驶员耳边右侧10cm89.688.988.689.03 90合格驾驶员左侧10cm87.388.288.387.93 90合格高速行驶工况高速档前进（011Km/h）测点190.090.289.689.93 93合格测点290.289.589.789.80 93合格测点390.490.191.090.50 93合格测点491.892.391.191.73 93合格测点591.291.690.190.97 93合格测点691.291.290.991.10 93合格驾驶员耳朵左侧10cm87.888.488.588.23 90合格驾驶员耳朵右侧10cm89.689.288.789.17 90合格高速档后退（011Km/h）测点193.392.693.293.03 93合格测点293.290.090.291.13 93合格测点391.491.291.691.40 93合格测点490.391.690.090.63 93合格测点591.692.991.491.97 93合格测点689.889.790.289.90 93合格驾驶员耳朵左侧10cm89.189.588.188.90 90合格驾驶员耳朵右侧10cm88.789.289.289.03 90合格低速行驶振动低速前进（04Km/h）测点190.291.290.590.63 93合格测点288.088.286.287.47 93合格测点390.591.691.391.13 93合格测点489.588.788.688.93 93合格测点591.891.490.291.13 93合格测点689.488.688.688.87 93合格驾驶员耳朵左侧10cm90.291.490.790.77 90合格驾驶员耳朵右侧10cm90.589.889.689.97 90合格低速后退（04Km/h）测点189.588.188.788.77 93合格测点288.488.589.288.70 93合格测点385.886.787.086.50 90合格测点485.784.185.084.93 90合格测点589.29089.689.60 93合格测点690.190.289.790.00 93合格驾驶员耳朵左侧10cm90.291.290.690.67 93合格驾驶员耳朵右侧10cm89.490.491.290.33 93合格4.2试验结果的评价根据GB 16710-2010 土方机械 噪声限值规定，压路机的噪声限值被限值在下表4的范围内，依据下表3对表2 所记载的噪声实验结果进行评价。表3 土方机械机外发射噪声限值 （摘录压路机噪声限值）机器类型发动机净功率kW发射声功率级限值/dB(A)阶段（2012-01-01起实施）阶段（2015-01-01起实施）压路机（振动、振荡）P81101078P7011110870P50091+lgP88+lgP注：a）公式计算噪声限值的圆整至最接近的整数（尾数0.5时，圆整到较小的整数；尾数0.5时，圆整到较大的整数）；b）发动机的净功率是机器安装发动机净功率的总和。 表4 土方机械司机位置处噪声限值 （摘录压路机）机器类型司机位置发射声压级限值/ dB(A)阶段（2012-01-01起实施）阶段（2015-01-01起实施）压路机（振动、振荡）9087徐工集团YZ20H-I 振动压路机发动机装机功率为140KW。根据表4，YZ20H-I的机外发射噪声限值为：M=91+lgP=91+lg140=93.15 dB(A)。所以取其限值M为94B(A)。5、试验结果不确定度的评定5.1 概述 1.测量方法：依据本试验大纲4.5 实验方法的相关步骤进行测定； 2.环境条件：噪声实验应该在无雨天气进行，且风速满足不大于3m/s气候条件下进行；当风速超过1m/s时，应该使用传声器风挡，进行标定时，允许对风挡使用的影响经行适当的补偿。 3.测量仪器：声级计（B&K 2238型精密声级计，测量范围30140dB，精度，频率范围：20Hz-16kHz）、风速仪（手持风速仪ED300，测量范围：030m/s）、米尺（量程10m，精度1cm） 4.被测对象：厦工XG6131D-振动压路机机外发射噪声及司机耳边发射噪声。 5.测量过程：按照试验大纲4.5的测试方法，对压路机不同工况条件下（主要包括静置工况和动态工况）进行测定。利用半球法在规定测点上从传声器位置i利用声级计测得到的时间平均A计权声压级，利用公式下述 得到不同测点的噪声声功率级，利用其值与国标规定的值限值M为93dB(A)比较；在利用声级计在司机耳边左右10010mm处进行耳边发射声压级测定，分别测定三次，与国标90 dB(A)进行比较评定。 6.评定依据：JJF 1059测量不确定度评定与表示进行评定。5.2 建立数学模型 1.机外发生噪声A计权声功率级(dB) (dB)背景噪声修正值。当背景噪声和实测噪声值差大于15 dB时，可以忽略不计。其余值需要按GB/T 3767中8.3规定值进行修正。环境噪声修正值。当在混凝土路面进行测试时，且从声源至测量半球面的半径的3倍距离内，声反射体可以忽略时，则可以假定环境噪声修正值的绝对值小于或等于0.5dB。因此，可以忽略不计。 (dB)从传声器位置i利用声级计测得到的时间平均A计权声压级。根据本试验进行的具体场地情况，可以确定：a）本试验中 r=16m时， =32.1。b）本地噪声56.1dB与实测噪声的均值89dB相差大于15dB，故可以认为背景噪声修正值；c）本试验的场地为坚实的水泥混凝土路面，且试验场地周围50m内没有任何建筑障碍物，故可以认为环境噪声修正值；2.司机位置发射声压级试中从传声器位置i利用声级计测得到的时间平均A计权声压级5.3 噪声测量不确定度的主要来源分析根据试验中所采取的测量方法以及试验的特点，可以分析出测量的不确定度主要来源是：1）传声器安放的位置和方向传声器在测量过程中，应该水平放置，其放置的参考方向（制造商规定的方向）应该指向操作位置处人员通常看到的方向。而在实测过程中，由于传声器的水平放置位置的偏差而带来测量结果的不确定度。2）重复测量过程每个测点声压级按规定须测量三次，在重复测量过程中，传声器测点位置、实测声学环境等偏差造成同一侧点的不同次测量过程受到影响而造成读数偏差；此外，测量稳定时间应该大于15s。3）本地噪声的影响当本地噪声与实测环境噪声的差值超过15dB时，可以不需修正；当在6dB和15dB之间时，按照GB/T 3767-1996进行修订。当小于dB时，测量结果的准确度就要降低。因此，为了保证实测结果的准确可靠，使得大于dB；4）环境噪声的影响试验场地，对于混凝土或非孔状沥青之类的硬反射面组成的试验场地测量地面，且从声源至测量半球面半径3倍距离内反射体可以忽略时，可以假定环境噪声的修正值的绝对值小于或等于0.5dB，因此可以忽略不计。这时的等于0dB。5）测量仪器的精度由于声级计由各部分组成，包括传声器、放大器、计权网络、显示器等声学和电学仪器组成，由于试验场地所处的声学环境、电磁学环境的不确定性，由于声学仪器本身的特性，这样便会造成实测噪声值的不确定度。6）反射噪声的影响当试验场地周围有较大的障碍物反射体时，传声器周围便会形成混响声场，这样对于压路机实际发射的环境噪声带来不确定度。此外，在司机位置发射声压级测量时，测量人员不能靠近司机驾驶室或在驾驶室。司机不能穿着吸声的衣服，也不能带帽子和围巾（安全防护头盔或用于支撑传声器的头盔和支架除外），这些衣物会影响噪声测量。7）其他环境因素的影响由于试验场中的风速、气流、电磁场、温度、湿度等因素，造成实测环境的声学环境和电磁学环境的不确定性，都会给实测噪声带来不确定的。通过上述分析,结合实际情况对噪声来源分析绘出影响因素的鱼刺图如图2所示。图2 噪声测定不确定度来源影响分析鱼刺图5.4标准不确定度分量的评定取其中一种工况进行(钢轮在橡胶轮胎上模拟压实工况)不确定的评定，分别进行环境噪声声功率级和司机耳边发射声压级噪声的不确定分析。其中，所取数据均在满足试验条件的情况下进行读取的。经分析，不确定度的主要来源为分量测量过程中所引起的不确定度，其主要包括了检测人员测量重复性所带来的类不确定度和仪器误差带来的类不确定度。1.人员测量重复性所带来的类不确定度分量。首先，本次试验各个工况共测量了三次，其数据取其中一种工况（低速后退（04Km/h）。机外发射噪声声功率级重复