099-基于LMS Test.Lab的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲分析

基于LMSTest.Lab的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲分析楊康，陳小方，王琦（中國(guó)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(duì)某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)測(cè)試。測(cè)得了標(biāo)定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)7個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度，并進(jìn)行了整機(jī)振動(dòng)烈度評(píng)級(jí)；利用聲強(qiáng)法測(cè)得了發(fā)動(dòng)機(jī)五個(gè)端面的輻射噪聲，并求出了整機(jī)聲功率級(jí)。結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)聲振信號(hào)分析，發(fā)動(dòng)機(jī)后端面輻射噪聲值最大，而測(cè)點(diǎn)6（缸蓋后端）的振動(dòng)對(duì)其貢獻(xiàn)量較大，可以優(yōu)化改進(jìn)其結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減振降噪的目的。關(guān)鍵詞：LMSTest.Lab；振動(dòng)烈度；輻射噪聲；聲功率級(jí)AnalysisofenginevibrationandnoisebasedonLMSTest.LabAbstract：ThetestofenginevibrationandnoisebasedonLMSTest.Labwascarriedoutinthispaper.Vibrationaccelerationofseventestpointswasobtainedinthetest,andvibrationintensityofoverallunitwasevaluated.Soundintensitymethodwasusedtomeasureradiationnoiseofenginefiveendfaces,andthensoundpowerlevelwascalculated.Throughtheanalysisofvibrationandnoisesignalofengine,thebiggestvalueofradiationnoiseisrearface,andthecontributionoftestpoint6vibrationisgreat.Therefore,optimizingandimprovingitsstructurecanbeconsidered,soastoreducethevibrationandnoiseofengine.keywords：LMSTest.Lab;vibrationintensity;radiationnoise;soundpowerlevel1引言振動(dòng)與噪聲已經(jīng)成為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，振動(dòng)與噪聲的好壞直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的可靠性和使用壽命，進(jìn)而也會(huì)影響到汽車的乘坐舒適性。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)與噪聲分析具有十分重要的意義。振動(dòng)烈度等級(jí)可以定量的描述發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)狀況，并在大多數(shù)情況下可以給出可靠的評(píng)定和指導(dǎo)，因此需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行整機(jī)振動(dòng)烈度評(píng)級(jí)，并根據(jù)評(píng)級(jí)結(jié)果判定發(fā)動(dòng)機(jī)可允許的運(yùn)行條件[1]；此外，發(fā)動(dòng)機(jī)還需滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的噪聲限值，本文利用聲強(qiáng)法進(jìn)行了整機(jī)聲功率級(jí)的測(cè)量。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行聲振信號(hào)分析，可以得出振動(dòng)對(duì)輻射噪聲的貢獻(xiàn)大小，從而為減振降噪工作提供指導(dǎo)。2試驗(yàn)內(nèi)容2.1試驗(yàn)設(shè)備數(shù)采設(shè)備：比利時(shí)LMS國(guó)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(gè)三向Pieaostasr?加速度計(jì)8766A250BH，量程±250g；聲強(qiáng)探頭。2.2測(cè)試對(duì)象及主要技術(shù)指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架采用彈性支承，與測(cè)功機(jī)采用彈性柱銷聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)方案2.3.1測(cè)點(diǎn)布置按照《GBT7184-2008中小功率柴油振動(dòng)測(cè)量及評(píng)級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)烈度測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量包含發(fā)動(dòng)機(jī)支撐端、曲軸平面、機(jī)架頂部邊緣、沿曲軸方向的發(fā)動(dòng)機(jī)中部以及沿曲軸方向的發(fā)動(dòng)機(jī)前端（自由端）等位置[2]。本次測(cè)試在發(fā)動(dòng)機(jī)上布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)。表2振動(dòng)加速度測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)1：機(jī)體左側(cè)前端測(cè)點(diǎn)2：機(jī)體左側(cè)中部測(cè)點(diǎn)3：機(jī)體左側(cè)后端測(cè)點(diǎn)4：缸蓋頂部前端測(cè)點(diǎn)5：缸蓋頂部后端測(cè)點(diǎn)6：缸蓋后端測(cè)點(diǎn)7：機(jī)體右側(cè)中部本次測(cè)試是應(yīng)用聲強(qiáng)法測(cè)試聲功率級(jí)，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO9614-1:1993《聲學(xué)—用聲強(qiáng)法測(cè)定噪聲源的聲功率級(jí)——第一部分：離散點(diǎn)上的測(cè)量》的要求，測(cè)量表面與被測(cè)聲源表面間的平均距離一般應(yīng)大于0.5m，且總得測(cè)量點(diǎn)數(shù)不少于50個(gè)。搭建的聲學(xué)網(wǎng)格見圖1。其中長(zhǎng)、寬、高分別為1.94m、1.94m、1.94m，5個(gè)面每面平均布置25個(gè)測(cè)試點(diǎn)，共125個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試面離發(fā)動(dòng)機(jī)的距離均大于0.5m小于1m。搭建好的聲學(xué)測(cè)試網(wǎng)格如圖1所示。圖1聲學(xué)測(cè)試網(wǎng)格2.3.2測(cè)試工況發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫、機(jī)油溫度上升到發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的溫度，選擇以下工況進(jìn)行測(cè)試：(1)標(biāo)定工況點(diǎn)測(cè)試7個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度；(2)怠速工況點(diǎn)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)五個(gè)包絡(luò)面的聲強(qiáng)；(3)最大扭矩點(diǎn)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)試五個(gè)包絡(luò)面的聲強(qiáng)；(4)標(biāo)定工況點(diǎn)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)五個(gè)包絡(luò)面的聲強(qiáng)。3振動(dòng)結(jié)果及分析3.1標(biāo)定工況下測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)結(jié)果在標(biāo)定工況下測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度有效值如圖2所示。圖2標(biāo)定工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度從圖2可以看出，在標(biāo)定工況點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)最大的位置是缸蓋后端。從圖中還可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)在Z方向上的振動(dòng)明顯大于X和Y兩個(gè)方向上的振動(dòng)，這是由于氣缸內(nèi)發(fā)火激勵(lì)所導(dǎo)致的。3.2整機(jī)振動(dòng)評(píng)級(jí)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和往復(fù)機(jī)械振動(dòng)烈度評(píng)級(jí)準(zhǔn)則，對(duì)功率大于100kW的往復(fù)式柴油機(jī)需測(cè)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(jī)主結(jié)構(gòu)上所測(cè)點(diǎn)加速度、速度和位移最大綜合均方根值時(shí)的振動(dòng)烈度等級(jí)[3]。這三個(gè)等級(jí)中的最大值就是評(píng)定柴油機(jī)振動(dòng)烈度等級(jí)的量標(biāo)。本試驗(yàn)測(cè)試了發(fā)動(dòng)機(jī)本體的振動(dòng)加速度，一次積分后得到振動(dòng)速度，二次積分后得到振動(dòng)位移。表3～表5分別列出了發(fā)動(dòng)機(jī)各測(cè)量位置在標(biāo)定工況點(diǎn)的振動(dòng)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(dòng)機(jī)各測(cè)點(diǎn)的加速度均方根值和綜合均方根值測(cè)點(diǎn)編號(hào)振動(dòng)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(dāng)量振動(dòng)烈度，m/s2；、、---X、Y、Z三個(gè)方向上各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度均方根值，m/s2；---X、Y、Z三個(gè)方向測(cè)點(diǎn)數(shù)。表4發(fā)動(dòng)機(jī)各測(cè)點(diǎn)的速度均方根值和綜合均方根值測(cè)點(diǎn)編號(hào)振動(dòng)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(dāng)量振動(dòng)烈度，mm/s；、、---X、Y、Z三個(gè)方向上各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度均方根值，mm/s。表5發(fā)動(dòng)機(jī)各測(cè)點(diǎn)的位移均方根值和綜合均方根值測(cè)點(diǎn)編號(hào)振動(dòng)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(dāng)量振動(dòng)烈度，μm；、、---X、Y、Z三個(gè)方向上各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)位移均方根值，μm。根據(jù)《GBT7184-2008中小功率柴油振動(dòng)測(cè)量及評(píng)級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)加速度對(duì)應(yīng)的振動(dòng)等級(jí)為28，速度對(duì)應(yīng)的振動(dòng)等級(jí)為28，位移對(duì)應(yīng)的振動(dòng)等級(jí)為11。因此，該發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)烈度等級(jí)為28，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)分級(jí)為5級(jí)，因此對(duì)應(yīng)的振動(dòng)評(píng)級(jí)為A/B級(jí)，可作長(zhǎng)期運(yùn)行。4噪聲結(jié)果及分析在標(biāo)定工況點(diǎn)測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)測(cè)試面的聲強(qiáng)級(jí)、按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO9614-1:1993所推薦的離散點(diǎn)平均測(cè)量方法，即將測(cè)量表面離散化，然后在每一部分測(cè)量聲強(qiáng)，再乘以相應(yīng)測(cè)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(jí)計(jì)算公式為[4]：L式中：Lw為聲功率級(jí)；L表6不同工況下各測(cè)試面聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)測(cè)試位置測(cè)試工況怠速最大扭矩點(diǎn)標(biāo)定工況聲強(qiáng)級(jí)/dB聲功率級(jí)/dB聲強(qiáng)級(jí)/dB聲功率級(jí)/dB聲強(qiáng)級(jí)/dB聲功率級(jí)/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(jī)91.09101.24106.2表6是發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下各個(gè)測(cè)試面的聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)。從表中可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況、最大扭矩點(diǎn)及標(biāo)定工況點(diǎn)的整機(jī)聲功率級(jí)分別為91.09dB（A）、101.24dB（A）和106.2dB（A）。根據(jù)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)《GB14097-1999中小功率柴油機(jī)噪聲限值》，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的噪聲限值。此外，從表6中還可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)后端面的輻射噪聲值最大，達(dá)到了104dB（A）。而從振動(dòng)結(jié)果來看，缸蓋后端的振動(dòng)值也最大，缸蓋后端的振動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)后端面的輻射噪聲貢獻(xiàn)較大。因此，下一步的減振降噪工作可以從發(fā)動(dòng)機(jī)后端面展開，對(duì)缸蓋后端及后端面零部件的聲振信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的頻域分析，然后對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，達(dá)到減振降噪的目的。5結(jié)論（1）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)評(píng)級(jí)為A/B級(jí)，滿足機(jī)器長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。在標(biāo)定工況點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋后端振動(dòng)值最大。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況點(diǎn)的整機(jī)聲功率級(jí)