摘要：农用拖拉机一直是我国农村在农业生产和经营活动中主要农业机械之一。拖拉机驾驶室耳旁噪声是影响驾驶员舒适度的重要因素,为满足舒适度要求，必须使驾驶室的振动和噪声控制在一定限度内本文就拖拉机驾驶室模态分析与耳旁噪声控制?展开探讨。
关键词：拖拉机驾驶室；模态分析；耳旁噪声控制
引言
对于驾驶员耳旁噪声，国标GB6376-2008给出了拖拉机加载工况下的限值。我国拖拉机的驾驶室基本为简易驾驶室，安装简易驾驶室和无驾驶室的拖拉机限值为95dB（A），而相应欧共体77/311/EEC的限值为90dB（A），我国的限值比欧共体高出5dB(A)。可见，我国的拖拉机驾驶员耳旁噪声控制方面和国外仍有一定的差距，并且有些生产企业虽然通过了“3C”认证或“E-mark”认证，但其产品在批量生产中却很难保持产品的一致性，拖拉机降噪工作的形势仍很严峻。
1模型的建立
1.1驾驶室CAD模型的建立
根据某型号拖拉机驾驶室图纸，按照1:1的比例在Creo软件中建立了拖拉机驾驶室的各个零件模型，装配成拖拉机驾驶室的三维CAD模型。
1.2驾驶室结构网格和声腔网格模型的建立
将拖拉机驾驶室装配文件*.asm文件导入Hypermesh软件中，模型进行网格划分，建立拖拉机驾驶室的白车身结构模型。在建立网格模型时，进行几何清理，忽略小的圆角和凹凸，检查网格的质量如扭曲角、四边形内角等。焊接、减振、螺栓分别采用ACM2[6]焊接单元、弹簧单元和RBE3单元进行模拟。
从模态振型结果可以看出，驾驶室的前6阶模态中既有整体模态，也存在局部模态。整体模态主要涉及前围板和左右护板等大范围的振动，局部模态主要涉及白车身车顶支架、驾驶室底板和驾驶座下板，这些位置刚度不足，外部的激励容易产生大的变形。第5阶和第6阶模态在70Hz附近，壁板振动较为剧烈，这与发动机的激励信号产生的共振有关，可导致驾驶室噪声恶化。
3驾驶员耳旁噪音控制措施
3.1消声器优化设计
消声器的传递损失只与其本体结构有关，不受声源特性和尾管辐射特性的影响，是消声器声学性能研究中最常使用的评价指标。在优化设计阶段对排气管噪音使用传递损失法，使设计过程更接近于实际。优化过程中使用结合实验和仿真技术的混合理论来模拟排气管噪音，即利用边界元理论（BoundaryElementMethod，BEM）进行消声器建模，结合实验获取声学特征，如内部阻挡和速度，作为模型的输入。噪音的阻抗可以通过经验公式计算，传递速度可以通过对模型进行BEM分析来预测。试验获取的驾驶员耳旁噪音数据作为输入的边界条件。这种方法有两个优点：第一，难以通过数值计算得到的声学特征值可以通过测量估算；第二，BEM允许使用复杂的消声器几何模型。给出了原消声器结构示意图，具有4个膨胀腔。通过上述的BEM方法来模拟排气管噪音，利用实验验证，可以发现二者在低频阶段能很好的吻合，这主要是一阶谐波。使用传递损失法进行消声器优化设计，包括膨胀腔长度，膨胀腔个数和穿孔管参数等。优化后的消声器有3个膨胀腔。低频和中频噪音通过延长第一和第三个膨胀腔中的穿孔管进行控制。合理选择延长管的长度和穿孔管的孔数以抵消宽带流动噪音。针对各种尾气管长度进行BEM分析，由此确定最小排气噪音的长度，同时，排气背压可使用经验公式计算。，消声器优化后模拟的驾驶员耳旁噪音降低了6.5dB。
3.2使用哑声材料降低噪声
高强度塑料、符合材料、陶瓷、有机玻璃都是一些非良性发声体，从噪声控制的观点看，可以把他们称为哑声材料。在拖拉机上研究使用哑声材料，既经济又对降噪有利。若拖拉机上的一些盖板件使用高强度塑料、发动机油底壳和气门室盖等强辐射部位用复合材料制造，均可收到良好的降噪效果。
3.3燃烧噪音控制
对驾驶员耳旁噪音贡献较大的是燃烧噪音。推迟供油提前角可以降低燃烧压力升高率，从而降低燃烧噪音，但是推迟供油提前角同时也会影响发动机动力性能和排放性能。通过试验对比，最终决定推迟供油提前角1.5度。这样可以降低驾驶员耳旁噪音声压级SPL2dB，而发动机动力性和排放性基本不变。
3.4零部件结构优化
油底壳和正时齿轮盖TGC为主要的结构噪声源，这两个部件都与驱动部件接触，受震动力激励，其振动行为受自身模态频率和激振力的影响。在NVH优化过程中，可以利用有限元FEM技术优化结构从而改变自激频率，避免在重要频率范围内的共振。首先通过模态分析建立有限元模型，利用试验模态测试数据对建立的零部件模型进行校核。在测试点获取频响函数，通过模态参数预估技术获取自由频率、模态和阻尼比，利用模态置信度MAC来检查测试结果的正确性。然后进行零部件的有限元模型分析，评价频响函数。通过校正模型形状、质量和材料参数可以获取模态频率和模态之间的关系。其次通过模态分析和应变能分析找出需要优化结构的位置，通过多次优化，最终得到制造可行性下的最低噪音水平。
结语
拖拉机作业过程中产生的驾驶室司机耳旁噪声会对驾驶员的身心健康、工作效率产生不利影响，应该限制到一定声压级之下。根据仿真与实测数据的对比证明，应用模态分析的方法应用于拖拉机驾驶室结构噪声的治理，具有良好的效果。
参考文献
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论文作者:吕斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/3/13
标签：驾驶室论文; 拖拉机论文; 噪音论文; 模态论文; 模型论文; 消声器论文; 耳旁论文; 《基层建设》2018年第36期论文;