099-基于LMS Test.Lab的發(fā)動機振動與噪聲分析

基于LMSTest.Lab的發(fā)動機振動與噪聲分析楊康，陳小方，王琦（中國一汽無錫油泵油嘴研究所，江蘇無錫214063）摘要：本文基于LMSTest.Lab對某型號發(fā)動機進行了振動與噪聲試驗測試。測得了標定工況下發(fā)動機7個測點的振動加速度，并進行了整機振動烈度評級；利用聲強法測得了發(fā)動機五個端面的輻射噪聲，并求出了整機聲功率級。結(jié)合發(fā)動機聲振信號分析，發(fā)動機后端面輻射噪聲值最大，而測點6（缸蓋后端）的振動對其貢獻量較大，可以優(yōu)化改進其結(jié)構(gòu)，從而達到減振降噪的目的。關(guān)鍵詞：LMSTest.Lab；振動烈度；輻射噪聲；聲功率級AnalysisofenginevibrationandnoisebasedonLMSTest.LabAbstract：ThetestofenginevibrationandnoisebasedonLMSTest.Labwascarriedoutinthispaper.Vibrationaccelerationofseventestpointswasobtainedinthetest,andvibrationintensityofoverallunitwasevaluated.Soundintensitymethodwasusedtomeasureradiationnoiseofenginefiveendfaces,andthensoundpowerlevelwascalculated.Throughtheanalysisofvibrationandnoisesignalofengine,thebiggestvalueofradiationnoiseisrearface,andthecontributionoftestpoint6vibrationisgreat.Therefore,optimizingandimprovingitsstructurecanbeconsidered,soastoreducethevibrationandnoiseofengine.keywords：LMSTest.Lab;vibrationintensity;radiationnoise;soundpowerlevel1引言振動與噪聲已經(jīng)成為評價發(fā)動機性能的一項重要指標，振動與噪聲的好壞直接影響到發(fā)動機及其零部件的可靠性和使用壽命，進而也會影響到汽車的乘坐舒適性。因此對發(fā)動機進行振動與噪聲分析具有十分重要的意義。振動烈度等級可以定量的描述發(fā)動機的振動狀況，并在大多數(shù)情況下可以給出可靠的評定和指導(dǎo)，因此需要對發(fā)動機進行整機振動烈度評級，并根據(jù)評級結(jié)果判定發(fā)動機可允許的運行條件[1]；此外，發(fā)動機還需滿足國家標準規(guī)定的噪聲限值，本文利用聲強法進行了整機聲功率級的測量。對發(fā)動機進行聲振信號分析，可以得出振動對輻射噪聲的貢獻大小，從而為減振降噪工作提供指導(dǎo)。2試驗內(nèi)容2.1試驗設(shè)備數(shù)采設(shè)備：比利時LMS國際公司SCM05前端（16通道）；采集和分析軟件：LMSTest.LabSignatureTesting、LMSTest.LabSoundIntensityTesting；傳感器：2個三向Pieaostasr?加速度計8766A250BH，量程±250g；聲強探頭。2.2測試對象及主要技術(shù)指標發(fā)動機試驗臺架采用彈性支承，與測功機采用彈性柱銷聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，發(fā)動機的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1發(fā)動機的主要技術(shù)參數(shù)型式直列6缸增壓中冷發(fā)火順序1-5-3-6-2-4缸徑×行程/mm×mm112×145額定功率/kW246額定轉(zhuǎn)速/r·min-12100最大扭矩/N·m1350最大扭矩轉(zhuǎn)速/r·min-113002.3試驗方案2.3.1測點布置按照《GBT7184-2008中小功率柴油振動測量及評級》標準，發(fā)動機振動烈度測量點應(yīng)盡量包含發(fā)動機支撐端、曲軸平面、機架頂部邊緣、沿曲軸方向的發(fā)動機中部以及沿曲軸方向的發(fā)動機前端（自由端）等位置[2]。本次測試在發(fā)動機上布置7個測點。表2振動加速度測點測點1：機體左側(cè)前端測點2：機體左側(cè)中部測點3：機體左側(cè)后端測點4：缸蓋頂部前端測點5：缸蓋頂部后端測點6：缸蓋后端測點7：機體右側(cè)中部本次測試是應(yīng)用聲強法測試聲功率級，按照國際標準ISO9614-1:1993《聲學—用聲強法測定噪聲源的聲功率級——第一部分：離散點上的測量》的要求，測量表面與被測聲源表面間的平均距離一般應(yīng)大于0.5m，且總得測量點數(shù)不少于50個。搭建的聲學網(wǎng)格見圖1。其中長、寬、高分別為1.94m、1.94m、1.94m，5個面每面平均布置25個測試點，共125個測試點，每個測試面離發(fā)動機的距離均大于0.5m小于1m。搭建好的聲學測試網(wǎng)格如圖1所示。圖1聲學測試網(wǎng)格2.3.2測試工況發(fā)動機的水溫、機油溫度上升到發(fā)動機正常工作時的溫度，選擇以下工況進行測試：(1)標定工況點測試7個測點的振動加速度；(2)怠速工況點測試發(fā)動機五個包絡(luò)面的聲強；(3)最大扭矩點測發(fā)動機試五個包絡(luò)面的聲強；(4)標定工況點測試發(fā)動機五個包絡(luò)面的聲強。3振動結(jié)果及分析3.1標定工況下測點的振動結(jié)果在標定工況下測得的發(fā)動機各個測點的振動加速度有效值如圖2所示。圖2標定工況時發(fā)動機各個測點的振動加速度從圖2可以看出，在標定工況點發(fā)動機振動最大的位置是缸蓋后端。從圖中還可以看出，發(fā)動機在Z方向上的振動明顯大于X和Y兩個方向上的振動，這是由于氣缸內(nèi)發(fā)火激勵所導(dǎo)致的。3.2整機振動評級根據(jù)國家標準的規(guī)定和往復(fù)機械振動烈度評級準則，對功率大于100kW的往復(fù)式柴油機需測量加速度、速度以及位移在2Hz～1000Hz范圍內(nèi)的綜合均方根值，并求出柴油機主結(jié)構(gòu)上所測點加速度、速度和位移最大綜合均方根值時的振動烈度等級[3]。這三個等級中的最大值就是評定柴油機振動烈度等級的量標。本試驗測試了發(fā)動機本體的振動加速度，一次積分后得到振動速度，二次積分后得到振動位移。表3～表5分別列出了發(fā)動機各測量位置在標定工況點的振動加速度、速度以及位移的均方根值和綜合均方根值。表3發(fā)動機各測點的加速度均方根值和綜合均方根值測點編號振動加速度(m/s2)(r.m.s)XYZ116.118.422.6216.417.525.1312.921.233.8414.422.632.4515.122.431.9628.826.336.679.523.926.740.34上述表中：---當量振動烈度，m/s2；、、---X、Y、Z三個方向上各測點的振動加速度均方根值，m/s2；---X、Y、Z三個方向測點數(shù)。表4發(fā)動機各測點的速度均方根值和綜合均方根值測點編號振動速度(mm/s)(r.m.s)XYZ110.310.811.4211.39.714.139.713.716.949.714.19.659.813.515.768.614.115.9713.311.113.921.35上述表中：---當量振動烈度，mm/s；、、---X、Y、Z三個方向上各測點的振動速度均方根值，mm/s。表5發(fā)動機各測點的位移均方根值和綜合均方根值測點編號振動位移(μm)(r.m.s)XYZ16451.340.8273.551.362.1357.489.589.6465.169.639.456182.993.7655.584.696.386746.646.5114.51上述表中：---當量振動烈度，μm；、、---X、Y、Z三個方向上各測點的振動位移均方根值，μm。根據(jù)《GBT7184-2008中小功率柴油振動測量及評級》標準，發(fā)動機振動加速度對應(yīng)的振動等級為28，速度對應(yīng)的振動等級為28，位移對應(yīng)的振動等級為11。因此，該發(fā)動機的振動烈度等級為28，發(fā)動機的振動分級為5級，因此對應(yīng)的振動評級為A/B級，可作長期運行。4噪聲結(jié)果及分析在標定工況點測得的發(fā)動機各個測試面的聲強級、按照國際標準ISO9614-1:1993所推薦的離散點平均測量方法，即將測量表面離散化，然后在每一部分測量聲強，再乘以相應(yīng)測量面積，即可求出每一表面所發(fā)出的聲功率。單面聲功率級計算公式為[4]：L式中：Lw為聲功率級；L表6不同工況下各測試面聲強級和聲功率級測試位置測試工況怠速最大扭矩點標定工況聲強級/dB聲功率級/dB聲強級/dB聲功率級/dB聲強級/dB聲功率級/dB后端面81.9487.6791.0796.898.27104前端面75.8981.6387.7193.4477.2482.98右側(cè)面73.2478.9768.8774.692.2597.98左側(cè)面75.0180.7487.793.4385.3191.04頂面79.7985.5390.3896.1193.8799.61整機91.09101.24106.2表6是發(fā)動機在不同工況下各個測試面的聲強級和聲功率級。從表中可以看出，發(fā)動機在怠速工況、最大扭矩點及標定工況點的整機聲功率級分別為91.09dB（A）、101.24dB（A）和106.2dB（A）。根據(jù)國家規(guī)定的標準《GB14097-1999中小功率柴油機噪聲限值》，滿足國家標準規(guī)定的噪聲限值。此外，從表6中還可以看出，發(fā)動機后端面的輻射噪聲值最大，達到了104dB（A）。而從振動結(jié)果來看，缸蓋后端的振動值也最大，缸蓋后端的振動對發(fā)動機后端面的輻射噪聲貢獻較大。因此，下一步的減振降噪工作可以從發(fā)動機后端面展開，對缸蓋后端及后端面零部件的聲振信號進行詳細的頻域分析，然后對其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，達到減振降噪的目的。5結(jié)論（1）發(fā)動機振動評級為A/B級，滿足機器長期運行的要求。在標定工況點，發(fā)動機缸蓋后端振動值最大。（2）發(fā)動機在標定工況點的整機聲功率級