小型挖掘机用发动机舱内部噪声源分析与降噪方案研究

摘要

随着城市化进程加快，工程机械的应用日益广泛，其噪声性能逐渐成为人们关注的重点。在其噪声成分中，空气动力性噪声占有一定的比重。随着车辆工程技术的发展，发动机的进排气噪声得到有效控制并逐步降低，而发动机冷却风扇引起的气动噪声越来越凸显出来。一般来说，工程机械工作任务重，发动机功率大，而且工程机械都是定点作业，发动机散热条件较差，需要大流量风扇进行散热，因此其冷却风扇噪声相比一般车辆更高。为此，本文以某小型挖掘机发动机舱为对象，基于Lighthill声类比理论，采用计算流体动力学和无限元相结合的方法，对其内部噪声源与降噪方案进行研究，计算分析了该机冷却风扇引起的气动噪声，研究了数种降低风扇噪声的方案。
　　首先，仿真分析了原始动力舱流场和声场特性。运用CFD分析软件Fluent，计算获得了三种不同气体模型(constant模型、ideal gas模型和incompressible ideal gas模型)的流场结果，在此基础上再基于噪声分析软件 Actran分别计算了其对应的气动声场，并进行了对比分析，结果表明采用incompressible ideal gas模型具有较高的准确性，且计算时间较短。
　　其次，从噪声源与传播路径入手，开展了动力舱气动噪声降噪研究，包括：(1)不同风扇对散热和气动噪声的影响。将原方案中八叶片等截面风扇分别更换为不等节距风扇及一款带有十个前弯叶片的风扇。计算发现不等节距风扇的噪声频谱峰值点大量增加，使整个频段的噪声更大；而新风扇的叶片采用前弯叶片，轮彀比变大，噪声水平降低1.3dB(A)。(2)优化动力舱开孔数量及位置。计算发现开孔对流场影响很大，开孔过多噪声传出量更大；开孔太少使舱内涡流增加，而且空腔共振增强，同样使噪声增大。综合远场噪声值与流经各散热器空气流量对比来看，原开孔方案相对较好。(3)在动力舱内其他位置添加吸声材料——聚氨酯泡沫，对比远场噪声变化情况，结果表明在动力舱内壁面添加吸声材料，动力舱远场噪声有很明显的降低。
　　最后，研究了板件厚度及其材料属性对隔声的影响。考虑到动力舱是一个由薄板围成的封闭空间，舱壁隔声性能对噪声的传播有很大影响。采用Actran以一个1m×0.5m板为对象，分析了板件厚度以及材料参数对板件隔声性能的影响，并以此为基础，分析了动力舱主要板件的隔声性能和改进方法。
　　本文针对动力舱冷却风扇的气动噪声，从噪声源和声传播两方面出发，仿真分析了相应的降噪方案，取得了较好的效果。采用计算机模拟的方法分析工程机械气动噪声，对具体实践方案的实施起到了一定的指导作用，减少了一些不必要的实验过程，具有十分重要的意义。

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1 绪论

1.1小型挖掘机噪声源分析

1.2降噪技术综述

1.3计算气动声学

1.4本文主要内容

2 理论基础

2.1动力舱风扇空气动力噪声

2.2噪声计算基本方程

2.3计算气动声学基本理论

2.4 本章小结

3 动力舱原设计方案气动噪声分析

3.1不同气体模型得到的流场计算

3.2 不同气体模型的声场结果

3.3本章小结

4 动力舱结构方案改进计算分析

4.1动力舱冷却风扇改进与分析

4.2动力舱开孔方案的改进分析

4.3添加吸声材料对声场影响

4.4本章小结

5 动力舱远场噪声测试

5.1测试原理和标准

5.2动力舱远场噪声测试结果

5.3本章小结

6 舱壁板件隔声计算

6.1隔声性能指标

6.2隔声基本定律

6.3板厚及材料参数对隔声的影响

6.4动力舱底板隔声量计算和改进

6.5舱盖隔声量的计算

6.6本章小结

7 结论与展望

7.1全文总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文