基于声学频谱的液压主泵噪声分析

朱聪聪，苏俊收，薛　卡

（1.徐工集团工程机械有限公司，江苏徐州工程机械研究院，江苏 徐州221004；2.徐工集团高端工程机械智能制造国家重点实验室，江苏 徐州221004）

0　引言

随着国家对工程机械噪声排放的要求日益严格，特别是欧美高端市场的严格要求，工程机械的噪声问题受到越来越多的重视[1]，主泵作为工程机械液压系统的核心部件，其工作中自身引起的噪声也是工程机械的主要噪声源。本文以某型中挖主泵为例，研究两种主流主泵（以下标记为A型、B型）在挖掘机整机工作负荷状态下的噪声特性，对其进行频谱分析，识别噪声关键信号，为主泵选型提供参考[2]。

1　实验条件及参数设置

1.1　实验条件

以配置A型和B型主泵的同型挖掘机主机为测试对象进行实验。

现场环境噪声40 dB，周围50 m内无明显反射物，传声器距离主泵端面1 m距离，正对主泵，传声器的轴线靠近主泵主轴线，A型、B型主泵的主机测试转速从高到低各测试4个档位，为保证获得比较稳定的噪声信号，采用溢流憋压的加载条件，溢流时间为10 s.

1.2　仪器参数设置

数采仪分析频率为5 000 Hz，奈奎斯特采样因子为2.56.

1.3　发动机各档怠速下及憋压下转速

两车各挡怠速及憋压下转速见表1.

表1　两车各挡怠速及憋压下转速

2　噪声频谱分析

2.1　A型主泵噪声分析

通过分析每个档位下加载及卸载的整个过程中的声压变化，可以准确识别出加载下才会产生的噪声频率，图1为二档下整个运行过程的瀑布图，图中纵坐标为时间历程，图中频率的偏移表明进行了三次加载，时间分辨率为0.25 s，频率分辨率为1 Hz[3].

图1　二档下声压瀑布图

从图1中可以看出，加载后18倍频下存在声压的增强以及转速的下降，因为主泵为两个9柱塞的串联泵，每个柱塞都是错开的，所以18倍分量为主要分量，忽略18倍以后的主泵噪声分量。加载过程中的声压幅值谱图如图2，其中3倍频为发动机点火频率，最大声压幅值来自18倍频率分量。图3为二档怠速过程中的声压幅值谱图，通过图2和图3可以看到频率的偏移及幅值的变化。

图2　二档加载下声压频谱图

图3　二档怠速下声压频谱图

通过识别不同档位的怠速及加载下声压幅值谱，来识别关键的3倍、9倍及18倍分量声压变化，如图3所示。

从图4可以看出，随着转速降低，A型主泵的噪声是18倍分量噪声占优，特别在2档下，18倍分量的噪声非常大。

图4A型主泵车各档位主要频率下的声压曲线

2.2　B型主泵噪声分析

图5为B型主泵三档下，典型的三次加载的声压瀑布图，时间分辨率为0.25 s，频率分辨率为1 Hz.从中可以看出9倍分量下声压高于18倍分量下声压，忽略18倍以后的主泵噪声分量，与A型主泵声压特性完全不同，图6为加载下的声压频谱图，显示9倍分量下幅值非常高，18倍分量反而很低，而图7的怠速条件下9倍分量由于太小而未标出。图8为格挡转速下主要声压分量的对比图。

图5　三档下声压瀑布图

图6　三档加载下声压频谱图

图7　三档怠速下声压频谱图

图8　B型主泵车各挡位主要频率下的声压曲线

从图8可以看出，随着转速降低，B型主泵的噪声主要是9倍分量的贡献，18倍分量随转速明显下降。

3　最大噪声的对比分析

从图4及图8可以看出，两台主泵的最高声压相差不大，将每个主泵的最高声压提取出来，对比其声压级。

两个关键噪声分量提取后，对其进行A计权，计权曲线通过数据拟合获得，拟合方程[4]为：

式中x＝lg10（f）为取对数后的频率，A计权曲线如图9所示。

图9　A计权拟合曲线

通过表2可以看出，B型低噪声主泵噪声低是利用了人耳对低频不明感的特点，因为两个主泵其最大噪声幅值基本不变[5]，但是频率相差很大导致计权后声压差异大，合成后两个主泵最高声压相差5.23 dB.

表2　两款主泵声压及声压级

4　结束语

（1）通过以上声学频谱分析可以看出，在两项关键频率噪声上，B型主泵的噪声比A型主泵的计权声压低5.23 dB.

（2）B型低噪声泵噪声低的主要原因是因为噪声的主要频率分量是9倍频，而A型主泵噪声的主要分量在18倍频，通过带通滤波及噪声回放确定A型主泵类似电锯的啸叫声来自于主泵18倍分量。

（3）利用声学的频谱分析法可以快速锁定目标频率和幅值，提高分析效率，为主泵的选择及评价提供一定的参考依据。