086-基于LMS Pimento的某柴油機(jī)噪聲測(cè)試及分析

基于LMSPimento的某柴油機(jī)噪聲測(cè)試及分析馮垣潔，楊貴春，張強(qiáng)（中國北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，天津，300400）摘要：為研究某柴油機(jī)噪聲情況，對(duì)其進(jìn)行了噪聲測(cè)試試驗(yàn)，并使用LMSPimento分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。研究表明，該柴油機(jī)下箱體以及油底殼噪聲輻射較大，主要噪聲是由燃燒激勵(lì)引起的響應(yīng)，且噪聲變化隨外特性轉(zhuǎn)速點(diǎn)的增加增量平穩(wěn)。關(guān)鍵詞：LMSPimento柴油機(jī)噪聲試驗(yàn)1引言隨著高功率密度柴油機(jī)功率增大、體積減小，重量減輕，其振動(dòng)噪聲問題愈加嚴(yán)重，促使人們對(duì)柴油機(jī)的振動(dòng)噪聲問題給予給多的關(guān)注。開展柴油機(jī)振動(dòng)和噪聲試驗(yàn)，研究振燥特性，可以為柴油機(jī)振動(dòng)控制與噪聲抑制技術(shù)研究提供數(shù)據(jù)支撐。本文主要介紹基于LMSPimento分析系統(tǒng)的某柴油機(jī)噪聲試驗(yàn)。通過開展柴油機(jī)整機(jī)噪聲評(píng)價(jià)試驗(yàn)及聲源定位，對(duì)該柴油機(jī)噪聲情況作出評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步進(jìn)行噪聲抑制提供參考依據(jù)。2LMSPimento系統(tǒng)簡介LMSPimento是LMS公司最新的專家級(jí)便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，它采用輕巧便攜式外觀設(shè)計(jì)，高性能的內(nèi)部配置，使之具備了大型試驗(yàn)室系統(tǒng)的處理能力，可完成各類通用的數(shù)據(jù)采集與分析任務(wù)。包括：多通道試驗(yàn)信號(hào)分析、聲-振測(cè)量、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、聲學(xué)分析、旋轉(zhuǎn)機(jī)械…廣泛應(yīng)用于航天航空、車輛、船舶、國防、機(jī)械、家電、通訊等領(lǐng)域的振動(dòng)與噪聲測(cè)試分析。其中，聲學(xué)軟件包括：實(shí)時(shí)倍頻、1/3倍頻程、響應(yīng)計(jì)算、語音清晰指數(shù)計(jì)算、聲功率測(cè)量等。3試驗(yàn)內(nèi)容3.1整機(jī)噪聲測(cè)定試驗(yàn)試驗(yàn)前開啟所有輔助系統(tǒng)，測(cè)量試驗(yàn)室的背景噪聲。采用雙表面法求取環(huán)境修正值：以柴油機(jī)為噪聲源，取柴油機(jī)1500r/min、3070N·m穩(wěn)定工況測(cè)量包絡(luò)柴油機(jī)主要噪聲輻射部位并終止于反射面上的最小矩形六面體作為基準(zhǔn)體（除地面位置的面外，距離其它5個(gè)面各1m和2m建立假象空間），如下圖1。由于所在試驗(yàn)室體積小于6倍被測(cè)包絡(luò)表面，不滿足自由聲場傳遞特性，不能使用雙表面法進(jìn)行修正。根據(jù)現(xiàn)有目前狀況對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行環(huán)境修正。進(jìn)行簡易噪聲測(cè)量方法試驗(yàn)時(shí)，由于相鄰的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間相差3dB以上，表明聲源具有強(qiáng)指向性，因此本次測(cè)量采用9點(diǎn)工程法。測(cè)點(diǎn)位置見圖2所示。圖1假象空間圖圖2整機(jī)噪聲測(cè)點(diǎn)布置圖試驗(yàn)工況選擇從800rpm~2300rpm，轉(zhuǎn)速每增加100rmp，全負(fù)荷工況，以及轉(zhuǎn)速為1500rpm及2450rpm下，負(fù)荷從10%到100%工況進(jìn)行測(cè)試，分別測(cè)量柴油機(jī)九個(gè)位置的噪音，求出平均噪音。3.2聲源定位聲強(qiáng)探頭中間所用間隔塊針對(duì)的頻率范圍不同。本次試驗(yàn)選用12mm，頻帶范圍為50Hz～6KHz。單元格分辨率為100mm×100mm。對(duì)柴油機(jī)前、左、右和頂面四個(gè)面噪聲進(jìn)行聲壓級(jí)掃描測(cè)試。在柴油機(jī)左、右兩側(cè)面，距機(jī)體表面為20cm的平面上布置矩形分布的測(cè)點(diǎn)；前端距自由端20cm的平面上布置矩形分布測(cè)點(diǎn)；在頂面距離缸蓋罩20cm圖3頂面近場掃描測(cè)試框架圖4前面及左右兩側(cè)面近場掃描測(cè)試框架4試驗(yàn)結(jié)果4.1整機(jī)噪聲評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果整機(jī)噪聲試驗(yàn)結(jié)果見表1、2（限于篇幅，僅列出平均值）。表1負(fù)荷特性噪聲結(jié)果表2外特性噪聲結(jié)果4.2聲源識(shí)別試驗(yàn)結(jié)果聲源識(shí)別試驗(yàn)測(cè)試得出在1500rpm、2450rpm兩個(gè)轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下，所測(cè)4個(gè)點(diǎn)的聲強(qiáng)云圖、聲壓云圖和等線圖，限于篇幅，僅列出兩個(gè)工況下前端測(cè)試云圖，如圖5~10所示。圖51500工況點(diǎn)前端聲強(qiáng)云圖圖61500工況點(diǎn)前端聲壓云圖圖71500工況點(diǎn)前端等高線圖圖82450工況點(diǎn)前端聲強(qiáng)云圖圖92450工況點(diǎn)前端聲壓云圖圖102450工況點(diǎn)前端等高線圖4.3數(shù)據(jù)分析由于本次試驗(yàn)條件無法滿足，通過對(duì)穩(wěn)態(tài)下的負(fù)荷特性1/3倍頻噪聲進(jìn)行擬合，獲得隨負(fù)荷變化聲壓特性。通過擬合發(fā)現(xiàn)，在1500rpm負(fù)荷特性下60%負(fù)荷0～2KHz、2450rpm負(fù)荷特性下70%負(fù)荷0～2KHz噪聲貢獻(xiàn)相對(duì)較小。且1500rpm負(fù)荷特性聲壓與2450rpm負(fù)荷特性聲壓趨勢(shì)相近，均為低負(fù)荷與高負(fù)荷頻帶貢獻(xiàn)較大。提取在1500rpm與2450rpm負(fù)荷特性下的9個(gè)測(cè)點(diǎn)位置變化譜圖，見圖11、12所示。1500rpm工況隨負(fù)荷變化第5測(cè)點(diǎn)（前端面）噪聲凸現(xiàn)。而2450rpm工況隨負(fù)荷變化在80%負(fù)荷下第5測(cè)點(diǎn)噪聲凸現(xiàn)。同樣對(duì)800rpm～2450rpm工況下的外特性點(diǎn)噪聲擬合進(jìn)行擬合，表明發(fā)動(dòng)機(jī)在外特性工況下噪聲遞增呈規(guī)律性，并可通過各測(cè)點(diǎn)在外特性點(diǎn)下，得聲壓譜圖進(jìn)行說明，見圖13所示。圖111500rpm各測(cè)點(diǎn)下的噪聲變化圖122450rpm各測(cè)點(diǎn)下的噪聲變化圖13外特性工況下各測(cè)點(diǎn)噪聲圖譜對(duì)1500rpm工況下的滿負(fù)荷點(diǎn)以及2450rpm工況下的滿負(fù)荷點(diǎn)噪聲頻譜特性進(jìn)行了提取，在1500rpm工況點(diǎn)下無突出貢獻(xiàn)頻段。2450rpm工況下則出現(xiàn)41Hz、800Hz與1KHz高貢獻(xiàn)頻段。對(duì)比2450rpm工況的20%與100%負(fù)荷，噪聲1KHz噪聲級(jí)無變化，低頻與高頻段被加強(qiáng)。5結(jié)論一、根據(jù)聲源識(shí)別測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在下箱體以及油底殼噪聲輻射較大。此特征為所有柴油機(jī)的一般特征。該柴油機(jī)增壓器為順序增壓，在1500rpm外特性點(diǎn)以下使用左排單增壓器。1500rpm外特性點(diǎn)以上使用雙增壓器。增壓器噪聲貢獻(xiàn)在聲源識(shí)別中并不突出。反而中冷器噪聲輻