杭叉集团结构件研究所 浙江杭州 311305
摘要：现阶段，我国社会经济水平不断提高，我国大力推进现代化城市发展建设，城市建筑工程施工建设数量越来越多，实际施工建设规模越来越大，工程施工建设过程中产生的噪音不仅给驾驶人员带来了一定的伤害，还会给施工现场周围居民带来很大的影响，因此，加强工程机械驾驶室结构声场分析和低噪声设计研究至关重要。本文主要就工程机械驾驶室结构声场的主要特点进行分析，并进一步研究了工程机械驾驶室结构声场低噪声设计，望对未来工程机械驾驶室结构声场分析与低噪声设计工作提供相应借鉴。
关键词：工程机械；驾驶室结构；声场分析；低噪声设计
随着我国国民经济的不断发展及人们使用工程机械的普遍性，工程机械的需求量越来越大，无论城区、郊区，还是乡村野外，其施工时产生的各种噪声无疑对驾驶员及周围环境产生不利的影响，包括影响驾驶员的身心健康、声音振动对结构的损伤等。同时，人们对工程机械的要求也越来越高，不但对工程机械驾驶室结构抗振减振要求提高，因此，加强现代工程机械驾驶室结构声场分析和低噪声设计研究工作，对我国现代化城市发展建设以及现代建筑工程企长远发展有着极其重要的现实意义。
1 工程机械驾驶室结构声场的主要特点分析
装载机驾驶室属于梯形塔式、有骨架和正置式结构的驾驶室，其结构声场具有普遍性特点和代表性，本文以某款装载机驾驶室为例进行结构声场的分析和低噪声设计。装载机驾驶室一般由框架、薄钢板件、玻璃板、车内饰及人椅组成，装载机驾驶室的噪声一般分为两大类：空气传递噪声和结构传递噪声，空气噪声中有一部分穿透驾驶室结构传递到车内被称之为透射，结构声由发动机等振动传递到驾驶室，再由驾驶室结构板件产生噪声振动；其中，辐射到驾驶室车内噪声称为辐射声车内空气是流体介质，噪声振动易使其与结构发生耦合声响，当声固耦合噪声较大时，有增强或者减弱驾驶室车内的结构声或者透射声的作用，因此在分析驾驶室低频声时要关注声固耦合噪声的产生。工程机械驾驶室结构复杂，一般通过隔振器固定在在工程机械的车架上，是非承载式车身，车内噪声直接影响驾乘人员的舒适性。噪声过大易引起驾驶员疲劳，甚至严重影响行驶安全性。驾驶室内的噪声除了小部分是通过孔洞、缝隙等传入的空气噪声外，其余大部分是车身板件振动辐射出的低频结构噪声。工程机械驾驶室结构和普通汽车车身有很多相似之处，但是工程机械工作环境、作业特点和机械结构与普通汽车区别较大，主要表现在工程机械驾驶室一般情况只需一人的操作空间，大部分属于有骨架的驾驶室，是非承重结构，即汽车行业中的非承载车身，但是其对驾驶室承受侧载、垂直载荷、纵向载荷和侧向吸收变形能的要求要比汽车车身严格得多，且工程机械驾驶室是工程机械的操作中心，对外界的可视性要求较高，因而玻璃板件占车身表面积比较大，这些都是工程机械驾驶室的显著特点。以上的工程机械驾驶室的结构形式特点也决定了工程机械驾驶室独特的噪声振动特点。工程机械驾驶室的振动会引起自身可靠性和寿命的下降，严重威胁驾驶员的身心健康。由于工程机械的内燃机不断向高速、大功率、轻型化发展，其噪声振动也进一步加剧。工程机械驾驶室有大量的玻璃板件，而玻璃板件的结构处理较难，其产生的噪声振动也大。特别是为了驾驶室可视性、成本等方面的要求，很多驾驶室的玻璃板件设计都是平面化的，在受到外界噪声振动的情况下其产生的二次噪声辐射更多，这是工程机械驾驶室结构声场的共同特点。
2 工程机械驾驶室结构声场的低噪声设计
装载机驾驶室车内噪声直接影响司机的舒适性，噪声过大易引起驾驶员疲劳，影响操作安全性。驾驶室内的噪声除了空气透射噪声外，还有车身板件振动辐射20- 200Hz的低频结构噪声，这对驾驶员的工作影响更大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，对低频结构声的控制，同时进行隔声吸声研究以减少驾驶室板件声固耦合特性，是降低驾驶室噪声最直接有效的方法。
2.1 阻尼材料在工程机械驾驶室低噪声设计中的应用
弹性固体具有确定的形状，受到载荷作用时发生的变形与时间无关．粘性流体没有确定的形状，在外力载荷作用下的形变随时间发生变化。有一些材料如橡胶、塑料、肌肉、血液等，同时具有弹性和釉性两种不同机理的形变，综合体现出粘性流体和弹性固体两者的特性，这种性质被称为粘弹性，芭些材料被称为粘弹性材料。自由阻尼处理，即将一层一定厚度的粘弹性阻尼材料粘贴于结构表面，由于阻尼层外表面处于自由状态，故称其为自由阻尼层。当结构发生振动时，阻尼层随基体结构一起产生弯曲振动，内部产生拉压变形。根据阻尼材料的耗能机理，当其内部产生交变应为时，就会将有序的机械能转化为无序的热能，耗损振动能量，自由阻尼处理对于基体的力学性能和工作性能改动较小，因此驾驶室板件结构主要采用自由阻尼处理的形式，即在板件结构表面粘贴或喷涂粘弹性阻尼材料。实际应用过程中，将阻尼材料的最大允许体积为约束条件，阻尼材料的单元相对密度为设计变量，将各声功率贡献突出区域的表面法向振速均方根值的加权值最小为目标函数，对阻尼材料的分布进行拓扑优他。优化结果显示在减少阻尼材料的使用量，提高其利用率的同时，有效降低了驾驶室内噪声，提高了驾驶室声环境舒适性
2.2 吸声材料在工程机械驾驶室低噪声设计中的应用
吸声就是声波能量被物体吸收的现象。当声波入射到物体的表面时，有一部分声波会反射回去，而另一部分声波会进入物体，进入物体内部的那部分被吸收转化成热能，从而达到吸声的目的。其机理就是声波在吸声材料内由于产生强力的粘滞摩擦，使部分能量耗散转化为热的形式。根据吸声原理不同可分为：一是共振吸收结构，是利用入射声波在吸声的结构内产生共振，使大量能量耗散，它的吸声频带比较窄；二是多孔材料吸声，当声波进入材料内部时，由于材料具有很强的吸声能力而吸掉声能量，这种吸声原理的吸声频带比较宽。工程机械中常用的是多孔吸声材料对驾驶室车内的声场进行处理。由此可见，对装载机驾驶室的噪声振动源进行实验测试和分析，得出其驾驶室车内噪声主要为低频结构声，其次为透射声，分别建立结构声和透射声声场模型以及驾驶室综合声场模型，并进行仿真分析，通过实验测试验证了驾驶室噪声仿真模型的可靠性，并确定了驾驶室车内声场等于结构声和透射声的叠加；同时，考虑装载机驾驶室的生产可行性、经济性和轻量化，在加入驾驶室吸声和阻尼材料后，以驾驶室人耳声压频响曲线为目标，通过对板件部件的厚度设计，改变驾驶室结构模态与声场的耦合和隔声特性，通过声学仿真分析可以看出，低噪声控制效果较好。
结束语：
随着我国现代受众物质文化生活水平的不断提高，受众不仅对自身生活质量提出了更高的要求，对自身居住环境、生活环境也提出了更高的要求，而噪音作为影响受众身心健康的污染之一，跟随我国现代工程施工建设的迅速发展，噪音带给受众的影响也越来越大，因此，为了给受众营造一个良好舒适的生活环境，也为了给工程现场施工人员不造成身心健康影响，加强工程机械驾驶室结构的低噪声设计工作至关重要，这就要求设计人员务必要全面掌握工程机械驾驶室结构声场特点，并在驾驶室结构设计中有效应用阻尼材料和吸声材料，只有这样才能够从根本上降低工程机械驾驶室噪音的产生。
参考文献：
[1]崔进青.工程机械驾驶室结构声场分析与低噪声设计[D]. 2017.
[2]崔进青，张建润.装载机驾驶室低频声分析与控制[J].东南大学学报（自然科学版），2017，47（5）：918-925.
[3]景亚兵.小型发电机组噪声源灵敏度分析与低噪声结构设计研究[D].2017.
论文作者:应一鑫
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/13
标签：驾驶室论文; 工程机械论文; 结构论文; 噪声论文; 声场论文; 阻尼论文; 材料论文; 《建筑模拟》2018年第27期论文;