隔振在降低柴油机噪声中的应用

1 前 言目 前 , 降 低 柴 油 机 噪 声 的 基 本 方 法 有 : 一 是 降低 柴 油 机 本 身 的 直 接 噪 声 源 , 如 燃 烧 噪 声 , 活 塞 的敲 击 噪 声 、 齿 轮 冲 击 噪 声 等 ; 二 是 在 传 递 途 径 上 控制 和 降 低 对 外 的 辐 射 传 播 , 在 接 受 者 身 上 采 取 隔 离措 施 , 减 小 对 外 界 的 影 响 。 从 噪 声 源 本 身 降 低 噪 声是 最 彻 底 降 噪 方 法 , 是 降 低 噪 声 治 本 之 策 。 但 要 从噪 声 源 上 降 低 柴 油 机 噪 声 , 需 要 对 已 有 柴 油 机 的 燃烧 系 统 、 传 动 系 统 做 较 大 改 动 , 而 这 种 改 动 又 往 往对 柴 油 机 的 性 能 、 提 高 经 济 性 能 指 标 有 一 定 的 影响 。 考 虑 到 技 术 的 可 行 性 和 方 案 实 施 的 经 济 性 , 目前 降 低 柴 油 机 的 噪 声 , 往 往 是 从 噪 声 的 传 播 途 径 入手 。隔 振 降 噪 是 从 噪 声 的 传 播 途 径 着 手 的 主 要 降 噪方 法 之 一 。 本 文 主 要 介 绍 了 使 用 隔 振 降 噪 的 基 本 原理 及 步 骤 , 并 将 其 运 用 在 C 型 柴 油 机 噪 声 项 目 中 ,取 得 了 明 显 的 效 果 。2 隔 振 降 噪2 . 1 隔 振 降 噪 的 原 理发 动 机 的 噪 声 是 由 机 械 噪 声 、 燃 烧 噪 声 、 空 气噪 声 等 组 成 , 无 任 哪 种 噪 声 其 最 终 主 要 是 通 过 柴 油机 的 表 面 振 动 来 辐 射 的 1 。 柴 油 机 表 面 辐 射 噪 声 的声 功 率 与 表 面 振 动 之 间 如 下 关 系 , 面 辐 射 声 功 率 ; 面 振 动功 率 ; 为 声 辐 射 效 率 。而 0c A , 0c 为 空 气 的 特 性 阻 抗 ; A 振 动 表 面 面积 ; 点 振 动 速 度 均 方 根 值 。所 以 降 低 表 面 声 辐 射 的 途 径 有 : 降 低 声 辐 射 效 率 减 小 声 辐 射 面 积 A 降 低 表 面 质 点 振 动 速 度 射 效 率 取 决 于 所 辐 射 的 空 气 声 波 长 与 辐射 体 尺 寸 之 比 及 整 个 辐 射 体 表 面 固 体 声 的 相 位 分 布状 况 , 受 振 型 的 制 约 。 减 小 声 辐 射 面 积 往 往 涉 及 柴油 机 的 结 构 设 计 , 也 有 很 大 的 局 限 性 。 针 对 这 一 情况 , 降 低 柴 油 机 表 面 辐 射 噪 声 最 有 效 的 方 法 是 降 低质 点 振 动 速 度 。 隔 振 就 是 降 低 表 面 质 点 振 动 速 度 的一 种 有 效 措 施 。2 . 2 隔 振 降 噪 的 方 法 及 步 骤2 . 2 . 1 确 定 柴 油 机 的 声 源有 效 控 制 柴 油 机 辐 射 噪 声 依 赖 于 准 确 的 识 别 柴隔 振 在 降 低 柴 油 机 噪 声 中 的 应 用陈 阳 林 运( 上 海 柴 油 机 股 份 有 限 公 司 , 上 海 2 0 0 4 3 8 )摘 要 介 绍 了 隔 振 作 为 柴 油 机 降 噪 方 法 的 基 本 原 理 , 描 述 了 该 方 法 实 施 的 基 本 步 骤 。 隔 振 降噪 法 在 C 型 柴 油 机 应 用 中 取 得 了 明 显 的 降 噪 效 果 , 整 体 声 功 率 级 降 低 了 1 2 d B A 。A b s t r a c t : V i b r a t i o n i s o l a t i n g t h e o r y i s a d o p t e d a s a m e a s u r e o f r e d u c i n g d i e s e l e n g i n e sn o i s e r a d i a t i o n . B a s i c p r o c e d u r e s a n d s t e p s o f a p p l y i n g t h i s m e a s u r e a r e d e s c r i b e d . T h e m e a -s u r e i s t a k e n t o a C t y p e d i e s e l e n g i n e w i t h a g o o d r e s u l t . T h e S P W o f t h e e n g i n e i s r e d u c e db y 1 2 d B A 词 : 隔 振 降 噪 柴 油 机K e y w o r d s : v i b r a t i o n i s o l a t i o n , n o i s e r a d i a t i o n r e d u c t i o n , d i e s e l e n g i n 机 设 计 与 制 造D e s i g n & M a n u f a c t u r e o f D i e s e l E n g i n e 2 0 0 8 年 第 1 期 第 1 5 卷 ( 总 第 1 2 2 期 )来 稿 日 期 : 2 0 0 8 - 0 1 - 1 1作 者 简 介 : 陈 阳 ( 1 9 7 7 - ) , 男 , 硕 士 , 工 程 师 , 主 要 研 究 方 向 为 N V H 发 动 机 噪 声 与 振 动 。( 2 5 9 ) 3 5- 噪 声 源 。 当 前 , 识 别 噪 声 源 的 方 法 主 要 有 铅 屏蔽 法 、 声 源 定 位 法 、 表 面 振 动 噪 声 技 术 和 声 强 法 。铅 屏 蔽 测 量 法 仍 然 是 最 可 靠 的 方 法 , 但 是 它 需 要 特殊 的 测 量 环 境 , 过 程 复 杂 , 测 试 成 本 较 高 。 声 强 法是 当 前 较 为 有 效 的 测 量 方 法 , 不 需 要 特 殊 的 声 学 环境 。 由 于 声 强 是 矢 量 , 在 测 量 中 可 以 消 除 封 闭 曲 面外 的 其 它 声 源 和 环 境 反 射 对 测 试 结 果 的 影 响 。 因此 , 声 强 法 识 别 噪 声 源 具 有 对 测 试 环 境 要 求 低 , 可进 行 现 场 测 量 , 分 析 准 确 、 直 观 , 辨 识 精 度 高 等 特点 。根 据 隔 振 降 噪 的 特 点 , 本 文 实 例 中 采 用 声 强 法作 为 声 源 定 位 的 方 法 。 声 源 定 位 的 目 的 是 了 解 柴 油机 上 哪 些 面 辐 射 噪 声 最 强 及 噪 声 频 率 范 围 是 多 少 ,然 后 确 定 哪 些 噪 声 源 引 起 这 些 面 辐 射 噪 声 的 。 根 据这 2 个 问 题 的 答 案 就 可 以 决 定 噪 声 的 控 制 方 向 , 然后 对 其 进 行 分 类 。 本 文 主 要 关 心 是 采 用 隔 振 降 噪 方法 的 部 件 。2 . 2 . 2 隔 振 减 噪 部 件 的 确 定通 过 噪 声 源 定 位 , 就 能 够 确 定 产 生 表 面 噪 声 辐射 的 主 要 部 件 。 但 并 非 所 有 的 这 些 部 件 都 能 够 采 用隔 振 的 方 法 来 降 低 其 表 面 噪 声 。 本 文 将 柴 油 机 的 部件 分 为 2 类 : 一 类 是 不 能 够 直 接 采 用 隔 振 降 噪 方 法的 部 件 : 如 机 体 , 虽 然 是 柴 油 机 中 辐 射 面 积 最 大 的部 件 , 但 机 体 的 振 动 由 活 塞 敲 击 及 燃 烧 引 起 的 振动 , 就 难 以 将 其 与 振 动 源 进 行 隔 振 。 另 一 类 为 可 以直 接 采 用 隔 振 降 噪 部 件 , 如 油 底 壳 、 齿 轮 罩 壳 等 ,它 们 的 振 动 主 要 是 由 机 体 振 动 传 递 而 来 。 机 体 与 其之 间 采 用 合 适 的 隔 振 材 料 就 能 够 有 效 的 将 其 振 动 降低 。而 可 以 采 用 隔 振 降 噪 的 部 件 有 可 分 为 2 种 。 一些 部 件 可 以 采 用 直 接 隔 振 的 方 法 , 如 油 底 壳 、 隔 热板 等 , 只 需 在 与 振 动 源 之 间 采 用 有 效 的 隔 振 材 料 就能 够 降 低 其 振 动 。 另 一 些 部 件 因 有 特 殊 的 要 求 , 在采 用 隔 振 时 , 在 两 部 件 之 间 不 能 够 进 行 直 接 隔 振 ,但 可 以 在 振 动 传 递 路 径 上 寻 求 其 它 的 隔 振 方 法 。 如气 门 罩 壳 , 罩 壳 与 气 缸 盖 接 触 处 工 作 温 度 高 以 及 其密 闭 性 有 很 高 的 要 求 , 很 难 直 接 采 用 隔 振 材 料 进 行隔 振 , 只 能 选 择 在 振 动 传 递 的 路 径 上 局 部 隔 离 。 本文 是 在 气 门 室 罩 壳 与 缸 盖 连 接 螺 栓 之 间 增 加 隔 振 材料 进 行 隔 振 的 , 结 果 证 明 有 明 显 的 隔 振 效 果 。3 隔 振 降 噪 在 某 C 型 柴 油 机 上 的 应 用L M S 公 司 V i s u a l . l a b 软 件 2 0 通 道 S C A D A S I I 噪 声 分 析 系 统 , 它 可 以 进 行 常 规 的 噪 声 测 量 、振 动 测 量 、 声 功 率 和 声 强 的 测 量 , 也 可 以 实 现 声 源的 定 位 、 对 频 谱 进 行 阶 次 分 析 以 及 结 构 的 模 态 分析 。 本 文 隔 振 降 噪 法 实 施 的 内 容 主 要 是 采 用 该 软 件进 行 测 试 和 分 析 的 。3 . 1 测 量 柴 油 机 的 噪 声 及 主 要 声 源3 . 1 . 1 原 柴 油 机 噪 声 声 压 及 声 功 率按 照 G B /T 1 8 5 9 - 2 0 0 0 标 准 按 9 点 噪 声 法 测 量C 型 柴 油 机 声 压 和 声 功 率 。 整 个 测 量 试 验 ( 包 括 后面 的 声 强 测 量 ) 是 在 全 封 闭 的 半 自 由 声 场 消 声 试 验室 中 进 行 。 半 消 声 室 顶 棚 及 四 周 的 墙 壁 以 消 声 材 料覆 盖 , 地 面 为 平 整 水 泥 地 面 , 柴 油 机 试 验 台 架 采 用弹 性 支 承 , 与 地 面 隔 开 。 试 验 时 , 室 内 排 气 管 完 全采 用 石 棉 及 铅 包 裹 , 并 引 到 室 外 , 避 免 排 气 管 的 空气 动 力 噪 声 影 响 。 柴 油 机 通 过 传 动 轴 与 消 声 室 外 的测 功 器 相 连 , 消 除 负 载 机 械 的 噪 声 影 响 。 本 次 试 验测 量 3 次 , 并 取 其 平 均 值 , 试 验 数 据 结 果 见 表 1 。3 . 1 . 2 声 强 法 柴 油 机 声 源 定 位本 文 采 用 声 强 测 量 法 对 C 型 柴 油 机 进 行 了 表面 辐 射 噪 声 的 测 量 。 利 用 色 彩 图 和 声 强 主 频 率 成 分识 别 了 柴 油 机 主 要 噪 声 源 , 分 析 噪 声 产 生 的 主 要 原因 。图 1 就 是 采 用 声 强 法 测 量 柴 油 机 右 侧 的 结 果 。利 用 等 声 强 色 彩 图 分 析 出 柴 油 机 的 主 要 辐 射 源 有 油底 壳 、 齿 轮 室 罩 盖 、 油 泵 、 机 体 、 空 压 泵 、 缸 盖 罩壳 等 部 件 ; 而 在 高 频 主 要 有 增 压 器 。 图 1 所 示 为 测量 C 型 柴 油 机 左 侧 的 2 0 1 0 0 0 H z 色 彩 图 。 根 据声 色 彩 图 可 以 辨 识 出 油 底 壳 、 空 压 泵 是 该 侧 面 的 最主 要 的 噪 声 源 。 在 该 测 量 面 , 油 底 壳 、 空 压 泵 的 声强 远 远 高 于 其 它 测 量 点 , 且 越 是 靠 近 这 些 测 量 点 ,表 1 C 型 柴 油 机 原 始 的 9 点 噪 声 的 测 量 结 果( 2 6 0 )3 6- 值 越 是 大 。 所 以 , 油 底 壳 、 空 压 泵 是 主 要 的 表面 噪 声 辐 射 的 部 件 。3 . 1 . 3 其 它 声 源 的 辩 识根 据 声 压 测 量 的 结 果 , 第 9 点 即 为 柴 油 机 正 上方 测 量 点 的 噪 声 也 是 比 较 大 。 但 在 其 位 置 进 行 声 强测 量 比 较 困 难 , 网 格 及 声 强 器 不 易 布 置 。 所 以 采 用其 它 方 法 , 如 采 用 声 源 定 位 法 的 结 果 可 以 确 定 增 压器 及 气 门 罩 壳 是 主 要 的 噪 声 源 2 。3 . 2 表 面 噪 声 辐 射 部 件 分 类根 据 噪 声 源 定 位 , 我 们 可 以 确 定 哪 些 是 产 生 表面 噪 声 辐 射 的 主 要 部 件 。 再 将 其 部 件 进 行 分 类 , 确认 油 底 壳 、 齿 轮 罩 壳 、 隔 热 板 、 气 门 罩 壳 、 空 压 泵等 噪 声 辐 射 面 是 能 够 采 用 隔 振 的 方 法 来 降 低 其 表 面噪 声 辐 射 的 , 而 其 它 部 件 如 增 压 器 等 则 不 是 能 够 采用 隔 振 降 噪 的 部 件 。 本 文 主 要 就 是 能 够 采 用 隔 振 的部 件 进 行 隔 振 , 从 而 实 现 降 噪 的 目 的 。3 . 3 隔 振 效 果 的 评 价根 据 隔 振 降 噪 的 原 理 , 表 面 噪 声 辐 射 与 振 动 的大 小 直 接 相 关 。 隔 振 的 效 果 越 明 显 则 表 面 噪 声 辐 射就 下 降 越 大 。 在 本 文 中 , 隔 振 效 果 是 通 过 测 量 隔 振前 后 的 振 动 加 速 度 对 比 来 获 得 的 。 实 践 证 明 , 这 些部 件 采 用 隔 振 的 方 法 后 , 振 动 加 速 度 明 显 下 降 。 图2 是 气 门 罩 壳 在 螺 栓 采 用 橡 胶 垫 片 进 行 隔 离 前 后 ,在 气 门 罩 壳 上 测 量 的 振 动 加 速 度 频 谱 图 。 图 中 可 以看 出 , 在 2 0 2 0 0 0 H z 的 振 动 加 速 度 R M S 值 明 显降 低 , 特 别 在 5 0 0 H z 以 上 振 动 加 速 度 。3 . 4 隔 振 降 噪 的 效 果采 用 隔 振 后 , 柴 油 机 的 的 整 体 噪 声 有 明 显 的 下降 。 图 3 是 ( 测 点 2 处 ) 测 量 柴 油 机 右 侧 获 得 的 频谱 图 。 从 图 可 以 看 出 : 油 底 壳 采 用 橡 胶 垫 片 后 , 几乎 在 整 个 频 率 范 围 内 声 压 级 都 有 所 降 低 , 特 别 是2 0 0 H z 5 0 0 0 H z 频 率 范 围 内 , 实 线 为 隔 振 前 的谱 线 , 虚 线 为 隔 振 后 的 谱 线 。在 C 型 柴 油 机 采 用 上 述 的 隔 振 方 法 后 , 对 柴 油机 的 声 压 级 及 声 功 率 级 进 行 重 新 测 量 , 同 样 测 量 3 次取 平 均 值 。 与 原 始 状 态 进 行 对 比 的 结 果 见 表 2 , 柴 油机 的 整 体 声 功 率 下 降 了 1 2 d B A 。 ( 下 转 第 4 4 页 )图 1 柴 油 机 右 侧 面 的 声 强 色 彩 图图 2 气 门 罩 壳 振 动 加 速 度图 3 油 底 壳 垫 片 采 用 橡 胶 垫 片 前 后 的 频 谱 图表 2 采 用 隔 振 降 噪 方 法 的 9 点 噪 声 前 后 对 比( 2 6 1 ) 3 7- -( 上 接 第 3 7 页 )4 结 论表 面 辐 射 噪 声 主 要 是 由 柴 油 机 表 面 振 动 引 起的 。 通 过 隔 振 的 方 法 降 低 表 面 振 动 是 柴 油 机 降 噪 的有 效 方 法 。 通 过 隔 振 降 噪 方 法 的 应 用 , C 型 柴 油 机采 整 机 声 功 率 下 降 了 1 . 6 d B 。参 考 文 献1 中 国 内 燃 机 学 会 组 编 . 内 燃 机 噪 声 振 动 与 控 制 : 机 械 工 业 出 版 社 , 2 0 0 5 运 , 杨 卫 东 , 朱 晓 天 . 声 源 定 位 法 在 柴 油 机噪 声 控 制 中 的 应 用 . 上 海 : 柴 油 机 设 计 与 制 造 ,2 0 0 7 ( 1 ) 1 0 万 台 生 产 线 上 各 道 工 序 能 力 平 衡 情 况4 方 案 评 估4 . 1 工 艺 水 平 分 析通 过 本 次 改 造 , 1 0 万 台 齿 轮 室 生 产 线 基 本 以专 用 机 床 、 加 工 中 心 为 主 , 另 有 部 分 通 用 机 床 配 专用 工 装