ZL50G型轮式装载机噪声测试与频谱分析

1、图 12 工况时桅杆的位移分布图试（2）在钻进和水平运输工况下，桅杆的高应力区集中在桅杆与支撑液压缸和支撑三角架的两处连 接铰点位置。（3）提钻工况下，除了两处连接铰点位置属于 应力集中区域外，滑轮架和上桅的连接部位也产生 了应力集中，且相比之下更为危险，在进行桅杆结构 的改进时，应当对该位置予以重视。验研究参考文献1 叶远林，秦四成. ZY- 200 型旋挖钻机钻杆应力的有限 元分析J. 工程机械，2004（3）：15- 17.2 张启君,张忠海. 国内外旋挖钻机结构特点的探讨J.筑路机械与施工机械化，2004（10）：37- 41.3 王国强. 实用工程机械模拟技术及其在 ANSYS 上的

2、 实践M. 西安：西北工业大学出版社，1999.移值为 7.495 mm，如图 12 所示。4结论（1）依据桅杆的结构特点和受力情况，在合理 简化桅杆有限元模型基础上，通过对 3 种极限工况 的静力强度分析，获得了桅杆各局部区域应力分布 情况，对桅杆的设计具有一定的参考价值。通信地址：吉林省长春市绿园区东风大街 109 栋 318 室（130011）（收稿日期：2007- 06- 17）ZL5 0 G 型轮式装载机噪声测试与频谱分析徐工研究院蒋真平朱喜林吉林大学机械科学与工程学院!摘 要：为了提高装载机产品的振动与噪声测试分析技术水平，改善装载机的噪声状况，对 ZL50G 型轮式装载机进行了试

3、验研究。装载机产品振动和噪声的问题普遍存在，工程车辆噪声控制水平直接影响到产品 的质量和市场竞争力，振动和噪声控制研究是装载机生产厂家必须面对和设法解决的课题。对 ZL50G 型装载 机进行了噪声振动测试分析，获得噪声和振动频谱。以噪声作为故障症状，通过频谱分析、相干分析，得出所测 信号的频谱结构，确定了噪声频谱图中各噪声峰值对应的噪声源及其传递路径，指明了装载机降噪的主要目 标。通过对 ZL50G 型轮式装载机主要噪声源部件的研究, 依据振动和噪声测试分析结果,提出轮式装载机振动 与噪声的控制方法，通过实施有效的减振、降噪措施,降低了 ZL50G 型装载机噪声。试验表明，这种方法能够建 立噪

4、声状态与振动状态的映射关系。振动和噪声的频谱分析作为一种传统的分析手段，在实际工程应用中对 于噪声故障诊断有着重要意义。关键词：装载机 噪声测试 频谱分析装载机运行时产生的噪声可分为机外辐射噪声和司机位置处噪声两类。机外辐射噪声主要引起对 周边环境的污染，而司机位置处的噪声主要影响驾 驶人员的身心健康和工作效率1。本文主要研究装载 机机外辐射噪声。装载机噪声主要来自动力传动系 统各部件工作时因高速运转而产生的噪声。ZL50G 型装载机机外辐射噪声测试11.1试验装置及测量仪器装 载 机 机 外 辐 射 噪 声 测 试 执 行 标 准 为 ： GB/T16710.4- 1996动态试验条件下 工

5、程机械机外 辐射噪声的测定。测试基本要求包括：测量仪器的 15 !图 1半球面上传声器的布置图 2噪声、振动测试原理图试选择；确定测量面的尺寸；传声器布置位置；装载机的定位；以及每个测点每次读数的测量时间等几个 方面。如图 1 所示，试验用的测量面为半球面，根据被 测机器的主体长度，确定半球面的半径 r=16 m。装 载机的中心点应与半球的中心点（图 1 中 X 轴与 Y 轴的交点）相重合，车前方朝向 X 轴正向。装载机主 体长度的中点定义为机器定位用的中心点。机外辐 射噪声采用 6 个测点，传声器布置位置见图 1。表示。测试过程中使用的噪声、振动测试仪器包括动 态信号分析仪 ACE （DP2

6、40）、ICP 型高灵敏度加速 度传感器 353B33 和 ICP 型集成传感器 130D20。1.2测试结果经过对测试数据的分析计算，ZL50G 型轮式装 载机噪声值为：机外辐射噪声 115 dB(A)，司机位置 处噪声 80 dB(A)。同时可以分析得出如下结论：（1）机器后半部的地面测点噪声值比机器前半 部的地面测点噪声值明显要大；同样，机器后半部高 空测点比机器前半部的高空测点噪声值也明显要 大。分析其原因，应当是发动机系统（主要噪声源）布 置在机器的后半部所致。（2） 发动机冷却风扇对整机的噪声影响很大, 停掉风扇后与安装风扇测试两组噪声值相差约 8 dB（A）。验研究频谱分析与噪声

7、源识别2ZL50G 型装载机辐射噪声一共测试了 6 个点，并同步采集了发动机机体、变速器箱体、散热器壳 体、前后车架、储气缸的振动加速度，得到相应的振 动频谱图、噪声信号的频谱图和相干函数图，通过 振动与噪声之间的频谱图可以分析识别装载机主 要噪声源。2.1测试 1:装载机前进挡最大功率行驶工况 装载机前进挡最大功率行驶时的噪声自功率谱和 1/3 倍频程分析如图 3 所示。由图 3 可见：噪 声主要产生在 112.5 Hz、250 Hz 及 337.5 Hz 这些主 要频段。其中 250 Hz 和 337.5 Hz 均是 112.5 Hz 的 倍频。（1） 噪声谱中 112.5 Hz 频率应当

8、是发动机排 气噪声。在噪声测试的同时，为了更好地识别装载机噪声的主要成分及其传播途经，明确了装载机噪声与 噪声源、振动源之间的内在联系。我们对主要噪声源（主要是动力传动系统相关零部件） 进行了振动测 试，在各测点放置加速度传感器，并取得了相应的振 动功率谱图，为主要噪声源的识别和制定噪声控制 措施提供依据。噪声、振动测试的基本原理可用图 2 所示框图 16 Te s t a nd Re s e a rch工程机械第 3 8 卷 2 0 0 7 年 12 月图 3 装载机前进挡最大功率行驶时的噪声自功率谱和 1/3 倍频程分析试验研究多缸柴油机排气噪声的频谱中，低频处往往存在一个明显的噪声峰值，

9、这个噪声就是基频噪声5。 由于各气缸排气是在指定的相位上周期性进行，因 而这是一种周期性噪声。基频噪声的频率和每秒钟 的排气次数，即爆发频率是相同的。基频噪声的频率计算公式为：压力脉动是由 1 个稳态的基频和一系列谐波分量叠加而成的。这些脉动分量可用下式表示：f0 =inz/60（Hz）式中：f0 脉动分量，Hz； z风扇叶片数； n风扇转速，r/min； i1，2，3。（2）f=Nn/60式中：N柴油机气缸数；n柴油机转速，r/min；（1）风扇基频旋转噪声按下式计算：f0 =nz/60（Hz）。风扇转速约 2 000 r/min，10 片叶片，通过计算可知， 该频率与风扇旋转噪声相吻合。测

10、试表明，在风扇导风罩的振动中，一阶固有频 率恰好与风扇的旋转频率相吻合。说明导风罩的固 有频率与风扇的旋转噪声一致，导致导风罩对该频 率段噪声有放大作用。（3） 噪声谱中频率为 250 Hz 的噪声主要是发 动机排气噪声以倍频的形式出现，另外还有制动系 统空气压缩机的排气噪声，该噪声主要表现在车底 部卸荷阀的排气周期与 250 Hz 吻合。该组合卸荷阀 安装在车体右侧，从实际测量结果来看，测点 3（图1）的噪声值要大于测点 2 的噪声值。2.2测试 2：装载机后退挡最大功率行驶工况 装载机后退挡最大功率行驶时的噪声自功率谱和 1/3 倍频程分析如图 4 所示，从测试频谱图形 分析可以看出，装载

11、机正反向行驶时整机噪声的主内燃机冲程系数，四冲程 =2，二冲程=1。由于发动机的转速为 2 200 2 300 r/min , 六 缸，因此该频率应为发动机的排气噪声。该频率也是 发动机的振动激励频率,因为在六缸发动机中，曲轴 每转一周，产生 3 次转矩波动,激励频率计算公式为: f =3n/60。（2） 噪声谱中另一个明显的频率为 337.5 Hz， 是风扇旋转噪声。风扇噪声在内燃机噪声源中也占有较大比重。 风扇噪声主要是由叶片旋转噪声和涡流噪声引起 的2。此外，风扇的导风罩等结构由于共振也会产生 机械噪声。旋转噪声是由风扇旋转的叶片周期性打击空气 质点，引起的压力脉动而激发的噪声，这种周期

12、性的 17 第 3 8 卷 2 0 0 7 年 12 月工程机械Te s t a nd Re s e a rch图 4装载机后退挡最大功率行驶时的噪声自功率谱和 1/3 倍频程分析试验研究要峰值频率没有发生任何变化，这也说明了主要噪声源是发动机排气噪声、风扇的旋转噪声和卸荷阀 的排气噪声 3 个方面。2.3测试 3：装载机风扇停止工作时噪声分析 装载机风扇停止工作时的噪声频谱见图 5。 本测试的目的是分析风扇旋转噪声及其与风扇导风罩振动的关系，测试时风扇停止，发动机开动， 根据上面的测试可以看出，噪声频谱主要由 3 个主 要噪声频率成分 112 Hz、231 Hz 及 1 875 Hz 组成，

13、 而频率为 337.5 Hz 的噪声明显大幅减弱。验证了风 扇旋转噪声为 337.5 Hz 频段。从图 5 中的噪声与风 扇导风罩振动的相干性可以发现，在 112 Hz 处相干 性大，说明罩壳本身振动产生噪声，但此时风扇已经 不工作，说明导风罩的一阶固有频率恰好与风扇的 旋转频率相吻合。2.4测试 4：装载机噪声与风扇导风罩振动相关分析 图 6 表 明 风 扇 导 风 罩 固 有 频 率 335 Hz 是112 Hz 的倍频，与前面分析的风扇导风罩频率是一 致的，进一步说明导风罩的固有频率与风扇的旋转 噪声一致，导致风扇和导风罩对噪声有放大作用。根据振动、噪声谱分析和相干分析可以得出如 下结论

14、:（1）装载机主要噪声源有 3 个：发动机排气、风 扇及其导风罩、组合阀的排气。（2） 装载机的噪声以中低频 100 700 Hz 为主。（3）风扇及其导风罩的结构不合理，导风罩固 有频率与风扇噪声旋转频率相近。（4） 产生 1 000 Hz 高频噪声的原因有两点：制 动系统储气缸的振动;风扇和排气噪声。ZL50G 型装载机减振、降噪措施对装载机产品本身而言，由于考虑到成本的原 因，现阶段降噪最主要的是从被动降噪入手，即通过 隔振、隔声、吸声、密封处理，控制噪声传播的途径， 以达到降低辐射噪声的目的。另外可以通过移频的 方法，避免共振区来降噪4。我们对 ZL50G 型轮式装 载机提出以下减振、

15、降噪措施。（1）通过对发动机减振垫和司机室减振垫的优 化，达到降低装载机振动噪声的目的。建议将发动 机、变速器与后车架以及后车架与驾驶室之间的普 通橡胶减振垫改为高分子硫化橡胶隔振垫，可以增 加 4001 000 Hz 的阻尼，尽可能阻断固体噪声的 传导。（2）封闭发动机护罩两侧的开口，改善噪声向 后方传播的隔声密封效果。建议发动机护罩内部表 面粘贴吸声材料进行吸声处理。（3）风扇导风罩是产生涡流噪声的重要来源之3 18 Te s t a nd Re s e a rch工程机械第 3 8 卷 2 0 0 7 年 12 月图 5 装载机无风扇噪声频谱分析图 6 装载机噪声与风扇导风罩振动的频谱图

16、试验研究 19 第 3 8 卷 2 0 0 7 年 12 月工程机械Te s t a nd Re s e a rch试一。应改进风扇导风罩设计，以改善冷却风的流动状态，从而降低冷却系统的噪声。同时改变风扇的导风 罩结构，改变其自振频率，避免共振区，减小由于共 振产生的机械噪声。在主动降噪方面，我们采取的技术措施是选用 低噪声风扇。在确保散热能力的前提下，适当降低冷 却风扇转速和减小风扇直径；因为风扇噪声与风扇 直径的大小、转速的高低成正比，直接影响风扇噪声 3。选用性能优良的排气消声器也是有效控制发动机 排气噪声的关键6。2 李耀中. 噪声控制技术M. 北京：化学工业出版社，2006.3 潘仲

17、麟. 噪声控制技术M. 北京：化学工业出版社，2006.4 靳晓雄. 汽车振动分析M. 上海：同济大学出版社，2002.5 BiesD.A，Hansn. C H, Engineering noise control : theory and practice(3rd ed.) M. London ; New York : Spon Press,2003.6 Barber.A. Handbook of noise and vibration control(6th ed.) M. Oxford, UK : Elsevier Advanced Technology,1992.验研究参考文献1 靳晓

18、雄，胡子谷. 工程机械噪声控制学M. 上海：同济 大学出版社,1997.通信地址：重庆市九龙坡区九龙园区 C 区 徐工重庆工程机械技术品质部（401329） （收稿日期：2007- 08- 02）土压平衡盾构和泥水平衡盾构的特点及适应性分析中铁隧道集团琚时轩!摘 要：为了适应不同的特定地质条件,合理选用盾构，降低施工风险，从土压平衡盾构和泥水平衡盾构的掘进机理及对不同地质的适应性进行分析，给出了两种盾构对地层透水性的适应性资料， 同时还总结两种盾构在工作状况、配套出渣设备、施工场地、效率、经济性、环境等多方面的特点，对 泥水平衡盾构和土压平衡盾构加以综合比较。提出对目前地下施工通用的两种盾构的

19、选择使用，主 要根据工程的地质条件来决定，并结合效率、施工场地、施工的经济性来综合考虑。对于使用土压平 衡盾构还是使用泥水平衡盾构，其前提是保证施工工程的安全性和可靠性，减少施工风险，满足工程 施工的工期要求。关键词：土压平衡盾构 泥水盾构 地质条件掘进机理 适应性目前，国内外盾构施工工程主要是土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机两种机型，针对特定的地质 条件，合理地选用盾构将使施工风险降低。本文从土 压平衡盾构和泥水平衡盾构的掘进机理及对不同地 质的适应性进行分析，对多种与盾构施工相关的因 素进行比较，以期对目前通用的两种盾构选型有一 定的帮助。盘面上布置的刀具切削下掌子面泥土，依靠刀盘后分布的液

20、压推进液压缸的推进，使刀盘对掌子面形 成挤压，挤压出的渣土由螺旋输送机输出，通过控制 螺旋输送机的速度来控制出渣速度，在掌子面上形 成泥土压力稳定，从而产生一种土塞效应。1.2 对地质条件的适应性分析（1） 土压平衡盾构适用于泥土地质条件。当土 压平衡盾构在泥土地层下施工时，由于泥土的黏合 性，泥土在输送机内输送连续性好，出渣速度就容 易控制，掌子面容易稳定，掘进效率高。另外刀盘与 工作面泥土摩擦力小，刀具磨损量小，利于长距离 掘进。（2） 当地层中含有砂时，土压平衡盾构在这种土压平衡盾构的工作原理及对地质条件的适应性1.1土压平衡盾构的工作原理 盾构在掘进中，盾构的主驱动电机 （或液压马达）

21、带动盾构主轴承运动，主轴承带动刀盘旋转，刀1 20 !Te s t a nd Re s e a rch工程机械第 3 8 卷 2 0 0 7 年 12 月Constr uction Machiner y and EquipmentVol. 38 No. 12Abstracts in English!In order to increase the technical level of measurement and analy-sis for vibration and noise of loader products and improve loader noise situation, t

22、est and research are carried out on model ZL50G wheel loader. Vibration and noise problems are popular in loader products. Noise control level of construction vehicles has a direct influence on product quality and market competition. Research on vibration and noise control is a subject that loader m

23、anufacturers have to face and must manage to settle. Through noise and vibra- tion measurement and analysis on model ZL50G loader, noise and vibration frequency spectrums are obtained. Taking the noise as a failure symptom, frequency spectrum structure of measured signal is derived from frequency sp

24、ectrum analysis and coherence analy- sis. Noise sources and transmitting paths of every noise peaks in noise frequency spectrum diagram are determined so main objec- tives in noise reduction for loaders are pointed out. After careful studies on main noise source parts of model ZL50G wheel loader, co

25、ntrol methods of vibration and noise for wheel loaders are sug- gested. The noise of model ZL50G loader is reduced through ef- fective vibration- damping and noise- reducing measures. The test shows that a mapping relationship between noise state and vibra- tion state can be established with the met

26、hod. As a traditional analysis measure, frequency spectrum analysis for vibration and noise plays an important role during noise failure diagnosis in practical engineering application.Keywor ds:Loader Noise measur ementFr equency spectr um analysisIntelligent Contr ol on Steer ing- by- wir e of Load

27、er sIn traditional fully hydraulic steering system of articulated loaders, original hydraulic steering device in steering system is substituted by an electro- hydraulic proportional direction valve to compose a steering- by- wire system of loaders. Aiming at the nonlinearity and various uncertain fa

28、ctors in steering- by- wire hydraulic servo sys- tem of loaders, a new type of intelligent control scheme with coor- dinating controllers of expert intelligence and combining Bang- Bang control and nerval network PID is suggested. Through coordinating control of expert intelligence controllers, adva

29、ntages in control strategies of Bang- Bang and nerval network are fully explored to realize fast response and high accuracy required by a steering system. The control system discussed in the article is in- stalled on model LG958 loader manufactured by Shandong Lin- gong Construction Machinery Co., L

30、td. and comparatively tested with traditional PID control. Test results show that the control method features prompt starting and no overshooting so that the system dynamic performances are significantly improved and pre- sents strong robustness.Keywor ds:Steer ing- by- wir e Exper t intelligenceBan

31、g- Bang contr ol Ner val networ k PIDFinite Element Analysis for Mast of Model NR22 Rotar yPile Dr illAs an important support and loading structure in main actuating mechanism of a rotary pile drill, the mast is an important compo- nent in the drills operation and plays an essential role for the dri

32、ll to ensure normal operation and work quality. According to the work characteristics of a rotary pile drill, stress and strain analysis is conducted on mast structure of model NR22 rotary pile drill un- der extreme conditions of three typical operations of drill- hoisting, transportion and drilling

33、 with structural analysis module in AN- SYS software. The results show that stress- concentrated areas are located near the two connecting pivots between the mast and sup- port cylinder and tripod under every work condition so more con- sideration should be given to these areas in the design; beside

34、s, in drill- hoisting condition, the location connecting pulley frame to upper mast is also stress- concentrated area and more dangerous comparatively so great attention should be paid when improving the mast structure. After the finite element analysis, weak locations of the mast structure are located, which provides references for the design of rotary pile drill mast.Keywor ds:Rotar y pile dr ill Mast Finite element analysisFeatur es and Adaptability Analysis of Soil Pr essur e Bal-ancing Shield and Gr out Balancing ShieldIn order to reduce construction ris