某型全液压挖掘机排气消声器的综合性能评价分析.pdf

某型全 液压挖掘机排 气消声器 的 综合性能评价分析 方建华 ， 冀 强 ， 朱德 力 ， 徐海涛 ， 王丽 z 1 ． 中国人 民解放军 7 2 4 6 5部队； 2 ． 山东大学机械工程学院 摘要 介绍一种消声器综合眭能指标的测量评价方法。利用噪声和压力测量装置对某型全液压挖掘机实 际设计消声器的插入损失和压力损失进行测量， 检验该消声器的综合眭能指标。在额定转速 2 2 0 0 d mi n时， 通过 对设计消声器的消声性能和空气动力性能进行测量， 发现此转速下消声器的插入损失为 2 1 ． 8 d B A 。 经过对设计 消声器内部进行去毛刺， 对焊痕及穿孔管穿孔等部位进行光滑处理后， 压力损失达到了国家规定的合格限值， 消 声器的综合性能符合设计要求。该测量方法简单， 经济适用， 对消声器的研究有一定的指导意义。 关键 词 工程机械 ； 消声器 ； 插入损失 压力损失 ； 综合性能 随着工程机械行业的迅猛发展 ， 大量的工程机 械被应用到部 队战备训练及 民生基建工作中。工程 机械噪声对作业人员的 日常生活和身心健康有很 大的危害【l_ 31 ， 发动机排气噪声是工程机械噪声的主 要噪声源， 高强度的发动机排气噪声也严重影响工 程机械的整机性能。排气消声器是安装在发动机排 气管道上 以降低发动机排气噪声的装置 。 结合大量消声器的研究经验 ， 发现某 型全液 压挖掘机整机排气噪声的问题非常严重 ， 遵 照相关 工程机械消声器的排气标准 ， 通过分析该挖掘机发 动机排气噪声 的频率特性 ， 设计出与之相适应 的消 声器。通过对消声器 的实际消声效果和空气动力性 能进行测量 ， 对消声器进行 了综合性能评价。经测 量发现 ， 设计的消声器具有较好的消声性能和空气 动力性能， 符合消声器的相关设计标准。 1 消声器性能评价指标 性能优 良的消声器 ， 除了要在造型、 安装尺寸、 机 械强度及使用寿命等方面的设计上满足要求外， 最主 要 的使是声学性能和空气动力性能符合设计要求 。 1 ． 1 声学性能评价指标 消声器的声学频谱特性应尽可能与要求的消声 频率特性相一致， 并满足所需要的消声量。 消声器声 学性能评价指标主要有插入损失和传递损失两种。 插入损失是装置消声器前后 ， 在 固定测点处的 声压级 或总声压级 、 频带声压级 之差 ， 插 入损失 反映整个系统 包括消声器 、 管道及噪声源 在装置 消声器前后声学性能的变化。插入损失虽然不能直 接反映消声器本身的消声性能， 但是由于其易于现 场测量， 因此在试验场测量中被较多使用， 图 1 为 消声器插人损失测量原理图。 图 1 消声器插入损失测量原理 图 传递损失定义为消声器入 口处入射声能与出 口处透射声能之比， 是入射声功率级与透射声功率 级之差， 测量上一般是指人口人射声压和出口透射 声压之差。传递损失是消声器单独具有的属性， 与 作者简介 方建华 1 9 8 O 一 ， 男， 山东昌邑人 ， 工程师， 研究方向 复合结构抗性消声器综合性能研究。 一 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管道系统及噪声源无关， 图2为消声器传递损失测 量原理图。 人 口测点 I l 出 口测点 I I 图 2 消声器传递损失测量原理 图 1 ． 2 空气动力性能评价指标 消声量很高的消声器安装到进排气系统中， 如 果空气动力性 能差 ， 阻力很大 ， 使通风 、 排风或空调 系统不能正常运行 ， 那 么 ， 此消声器就不能正常使 用 。压力损失是评价消声器空气动力性能的一项 指标 ， 一般用人 口和出口的全压差来表示。消声器 的压力损失大 ， 则排气背压大 ， 排气过程消耗 的功 就大 ， 发动机 的功率损失相应增 大 ， 影 响整机 的动 力性能和燃油经济性 。 消声器的声 学性 能和空气动力性能是相互对 立的两个方面， 因此， 消声器的插入损失 儿 和功率 损失比r 及压力损失 △ p应满足一定的要求 ，表 1 为消声器的插入损失和压力损失的对应值『 8 1 。 表 1 消声器插入损失和压力损失的对应值 插入损失 儿 功率损失 比r 压力损失 卸 类别 ／ d B ／ A ／ ％ ／ k P a I ≥0 ～ 1 0 1 6 Ⅱ ≥ 1 0 1 5 2 9 Ⅲ ≥ 1 5 ～ 2 0 3 1 2 Ⅳ ≥2 0 - 2 5 4 1 5 V ≥2 5 - 3 0 5 1 8 Ⅵ ≥3 0 6 5 0 0 0 H z的高频噪声成分 频率／ Hz 图 7 额定转速下发动机排气噪声的噪声级分布图 频率／ H z 图8 额定转速下消声器排气噪声的噪声级分布图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 可能是由于发动机替代管内高速气流带来的噪声， 以及在替代管内部局部区域由于湍流产生的高频 湍流噪声 。经过消声器 的声波衰减 ， 发动机噪声信 号中 5 0 0 0 H z 频域内的噪声信号衰减幅度较小， 这一方面是由于消声器对发动机排气噪声 中低 、 中 频噪声信号的衰减能力不足； 另一方面， 挖掘机的 齿轮噪声 、 履带噪声、 风扇噪声等机械性噪声多是 以低中频为主的噪声 ， 实际测量的噪声信号中掺杂 笔 辎 - 蜒 了这一类的低 中频噪声 ， 而消声器对于这一类噪声 是无能为力的。 4 ． 1 ． 2 ． 4 消声器的插入损失分析 对消声器的排气噪声进行测量分析 ， 检验消声 器消声性能的优劣 ， 根据插入损失 的定义进行消声 器插入损失 的计算 ， 得 到图 9所示额定转速下消声 器的插入损失 曲线图。 频率／ I- I z 图 9 额定转速下消声器的插入损失 曲线图 由图 9可以看出 ， 该消声器具有较好的高频消 声性能，而对 5 0 0 0 H z的高 频区域 内的 5 3 1 2 ． 5 H z 处 ，该频率处的插入损失达 到 了 3 5 ． 4 d B 。 发动机额定转速下 ， 使用替代管测量得到 的排 气 噪声 A声压级为 1 l 0 ． 3 d B A ， 相 同发动机转速 下测量到的消声器 的排气 噪声 A声压级为 8 8 ． 5 d B A ， 因此由消声器插人损失的计算公式可 以得到 ， 设计 消声 器在额 定转 速 下 的插 入损 失 为 2 1 ． 8 d B A ， 通过表 1 发现 ， 该消声器属于第 Ⅳ类消声器 。 4 ． 2 压力损失测量 4 ． 2 ． 1 压力损失测量设备 根据压力损失测量 的基本原理设计 了消声器 压力损失测量系统 。测量系统主要 由皮托管 、 刻度 尺和一段长度足够 的透 明橡胶管组成 。压力损 失 时 ，出／ 人 口压力测量主要采用 U形管方法结合压 力计测量的方法， 但主要采用 u形管测量方法。 图 1 O为 由皮托管 、刻度尺和透明胶皮管组成 的 u形管消声器 出／ 入 口压力测量系统。使用 u形 管进行压力损失测量 ， 是因为发动机的排气 脉冲频 率较高 ，压力计不容易测得各位置准确 的压力值 ， 而 u形管法进行压力测量可以利用水 的流动性过 滤掉发动机排气 的脉冲频率 ， 比较容易测量到消声 器 出人 口的平均压力。图 1 1 为消声器入 口压力损 失现场测量图。 图1 0 u形管消声器出／ 入口压力测量示意图 -- - - 43--- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m - _一 图 l 1 消声器入 口压力损失现场测量图 在实际消声器 出／ 入 口压力测量过程 中应注意 以下几点 i 要等待挖掘机发动机转 速稳定 以后 即油 温 、 水温 、 风温达到稳定时 再进行相关压力数据的 读取 。 2 测量过程中要注意使 L形皮托管短端 的人 口轴线与通风管道的轴线重合 ， 皮托管指向杆与测 杆头部方 向保持一致 ， 以保证皮托管侧头人 口正对 管道中的气流来流方向。 3 按管道测量技术规范 ， 应合理选择测量断 面的测点 ， 测孔处应 尽量避免漏风 ， 防止该断面上 气流干扰。 4 测量前应对皮托管进行检查 ，皮托管 明显 弯曲应预先校直， 锥头损伤则不能再使用。 4 ． 2 ． 2 压力损失测量 逐步调节发动机转速至额定转速 2 2 0 0 r ／ m i n ， 稳定一段时间后 ， 利用 u形管压力测量装置测量消 声器的出／ 入 口压力 ， 测得额定 转速下消声器 的压力 损失实际测量值为 1 6 ． 8 5 6 k P a ，高于国家规定 的限 值[8 1。后来经过对消声器内部进行去毛刺， 对焊痕及 穿孔管穿孔等部位进行光滑处理后 ，测量发现 ， 消 声器的压力损失有了较大的下降， 压力损失达到了 中小功率柴油机排气消声器 的相关规定。 一 44 5 消声器的综合性能评价 评价一个消声器的综合性能需要对消声器的 插入损失和压力损失性能作出综合评价 ， 如果一个 消声器仅有较大的消声量 ， 但是却造成很大的压力 损失 ； 或者仅有较小 的压力损 失 ， 但是消声量却不 能符合要求， 这样的消声器都不是合格的消声器产 品。因此一个综合性能良好的消声器， 在满足消声 器安装空间要求 的基础上 ， 还应该符合在插入损失 和压力损失方面的要求。 经消声器插入损失 和压力损失测量试验可知 ， 在挖掘机发动机额定转速 2 2 0 0 r ／ mi n下 ， 所设 计的 消声器插入损失为 2 1 ． 8 d B A ，属于第 Ⅳ类消声 器 ； 经过对 内部毛刺等局部光滑处理后 ， 消声 器的 压力损失达到 了标准 的规定限值 ， 总体上达到 了设 计要求 ，可作为该 型挖掘机消声器 的定型产品 ， 批 量生产。 参考文献 【 1 ] 洪涛， 刘钊． Z L M 5 0 B装载机驾驶室噪声试验研究[ J 】 ． 同 济大学学报， 2 0 0 1 1 2 1 4 6 6 1 4 6 9 ． [ 2 ] 谢娟． 工程机械的噪声污染与控制【 J J ． 筑路机械与施工 机械化 ， 2 0 0 8 6 7 6 7 8 ． 【 3 】S c h o m e r P a u l D ． 2 5 Y e a r s o f p r o g r e s s i n n o i s e s t a n d a r d i z a t i o n [ J ] ． N o i s e C o n t r o l E n g i n e e r i n g J o u rna 1 ． 1 9 9 7 8 1 9 ． [ 4 ]J i a n F u a f a n g ， Y i Q i z h o u ， X i a o D o n g h u ， e t a1 ． Me a s u r e me n t a n d An a l y s i s o f Ex ha us t No i s e f r o m Mu ffle r o n a n Ex c a v a t o r [ J 1 ． I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f P r e c i s i o n E n n e e fi n g a n d Man u f a c t u r i n g ， 2 0 0 9 5 5 9 6 6 ． [ 5 】方建华， 周以齐， 胡效东， 等． 挖掘机用复杂结构排气消 声器的 C F D仿真研究【 J ] ． 内燃机学报， 2 0 0 9 1 6 8 7 3 ． 『 6 ]J i a n F u a f a n g ，Y i Q i z h o u ， P e i G a n g j i a o ， e t a 1 ． S t u d y o n P r e s s u r e L o s s f o r a Mu f fl e r B a s e d o n C F D a n d E x p e ri m e n t [ C ] ． 2 0 0 9 I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n Me a s u rin g T e c h n o l o g y a n d Me c h a t r o n i c s A u t o ma t i o n , Z h a n g j i a j i e 2 0 0 9 ． [ 7 】马大猷． 噪声与振动工程控制手册【 M] ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 2 ． [ 8 ]8 J B ／ T 5 0 8 1 --2 0 0 8 中小功率柴油机排气消声器[ s 】 ． 【 9 I G B ／ T 4 7 5 9 1 9 9 5 内燃机排气消声器测量方法『 S 】 ． 通信地址 山东省济南市市中区青龙山北路 2 6号中国人民 解放军 7 2 4 6 5部队 2 5 0 0 2 2 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m