您当前的位置: 中英文核心期刊咨询网电子论文》柴油机用复合式消声器设计与实验探究

柴油机用复合式消声器设计与实验探究

来源:中英文核心期刊咨询网 所属分类:电子论文 点击:次 时间:2021-12-03 09:16

  摘要:针对公司研发的一款铁路维护机械,设计了共振腔型带穿孔管的阻抗复合式消声器。首先进行抗性消声器设计,通过对中低频的噪声进行分析计算,得到消声管道直径、共振腔直径、穿孔管板厚、开孔直径、共振腔长度和开孔个数等关键参数。然后,通过在抗性消声器内增加阻性材料,便成为阻抗复合式消声器。最后,根据理论计算结果进行消声器模型设计和制造,并装车验证。实验结果表明,所设计的阻抗复合式消声器能在不同工况下有效降低发动机的排气噪声。

柴油机用复合式消声器设计与实验探究

  关键词:铁路维护机械;阻抗复合式消声器;共振腔;穿孔管

  0引言

  随着各种技术的应用和进步,铁路维护作业的机械化、自动化程度逐年提高,原本耗费大量人力、劳动强度大的作业如换轨、换枕、拧扣件螺栓等正逐年被各种大中小型作业机械替代。相比蓄电池或交流电网供电,柴油发动机因其可在恶劣环境下工作、能量产生与使用方便、扭矩大、可独立作业等优点而被大中型铁路维护机械广泛采用。公司研发了一款铁路维护机械,用于对铁路扣件进行拧紧、拧松、除污、喷油等维护工作,其采用发动机提供动力,需要设计一款消声器以降低排气噪声,减小噪声污染对环境的影响。根据消声原理的不同,消声器分为阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器[1]。阻性消声器是利用阻性材料进行消声,将部分声能转化为热能而被吸收,达到消声目的,主要用于进气噪声的降低或排气消声要求高场合,适用中高频噪声;抗性消声器利用气流管道上截面积突变或共振腔使得声音阻抗发生改变,主要用于内燃机等的排气噪声,适用中低频噪声;阻抗复合式消声器把阻性与抗性消声器的原理结合起来,适应低、中、高频噪声。本文铁路维护机械所采用的发动机基本参数如表1所示。根据前文的分析,发动机排气噪声主要成分为中低频噪声,同时含有少量的高频噪声。考虑到设计复杂性和经济性,本文采用阻抗复合式消声器进行消声。首先进行抗性消声器设计,对中低频噪声进行分析计算,得到关键参数。然后,在抗性消声器内增加阻性材料成为阻抗复合式消声器。最后进行制造和装车验证。

  1消声器设计计算

  按照发动机厂家的要求以及中低频带的划分准则,本文拟设计用于消除中心频率为63Hz、125Hz、250Hz和500Hz声音的发动机排气消声器,倍频带消声量不小于20dB,为共振腔型带穿孔管阻抗复合式消声器。根据文献[1],两个或两个以上消声器串联时,噪声总的衰减量近似等于各个消声器噪声衰减量(dB)的总和,因此本文近似将各中心频率对应的各频段的消声量设定为5dB。本节以中心频率63Hz的噪声为例进行消声计算说明。对于共振腔型抗性消声器,共振腔的体积V由下式计算[2]:

  (1)式中:cT为绝对温度T下的声速,cT=20050姨T(mm/s);K为与消声器性能相关的一个常数;为消声管道的直径(mm),f0为共振频率(Hz),即想要消声的频段的中心频率,此处f0=63Hz。

  根据文献[1],消声器内温度一般为500-700°C,取T=873.15K;对于消声管道的直径,根据经验取=75mm;K受很多因素影响,通常由经验公式计算[3]:ΔL=10lg(1+2K2)

  (2)式中:ΔL为消声量(dB),此处ΔL=5dB。对于共振腔型带穿孔管的抗性消声器,共振腔长度L:L=4Vπ(d22-d12)

  (3)式中:V为共振腔的体积(mm3);d2为共振腔的直径(mm),根据发动机尺寸和安装空间,取d2=250mm;为消声管道的直径(mm)。下面需要确定穿孔管的相关参数,穿孔管性能常用导通率G来描述[3]:

  (4)(5)式中:n为开孔数量;d3为开孔的直径(mm);t为穿孔管的板厚(mm)。根据文献[1],取d3=5mm,t=2mm,求得n=1.88,取整为开2个孔。综上,可以求得上述四种频率(63Hz、125Hz、250Hz、500Hz)的消声计算结果如下:消声管道直径均为75mm,共振腔直径d2均为250mm,穿孔管板厚t均为2mm,开孔直径d3均为5mm,共振腔长度L分别为308mm、155mm、78mm和39mm,开孔个数分别为2、4、7、15。前面完成了抗性消声器的设计计算,在此基础上,我们在共振腔内加入阻性材料,使得消声器具备阻性,以对少量的高频噪声进行去除。

  相关期刊推荐:《内燃机与配件》重点报道内燃机、配件行业的科技成果、技术动态、经验交流、产品的工艺改进,促进科研成果转化为生产力,加速配件新 产品的开发,为内燃机与配件行业提供技术服务。设有:产品开发、新产品开发、装备技术、制造工艺、质量与检测、国际标准、行业信息等栏目。

  由于阻性消声器设计目前尚缺乏进行较为精确的计算公式,一般是根据经验添加阻性材料。我们在最大的共振腔内加入玻璃纤维,围绕共振腔内壁进行敷设,厚度50mm,容重20kgf/m3,其对中心频率为500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz的中高频噪声的吸声系数均在0.85以上。当声波通过敷设有玻璃纤维的共振腔时,声波将激发玻璃纤维中众多小孔内空气分子的振动,由于摩擦阻力和粘滞力的作用,使得一部分声能转化为热能耗散掉,从而达到消声目的。

  2实验验证

  根据上述结果,将消声器模型设计成如图1所示,在腔1中加入厚度50mm的玻璃纤维。根据设计的模型进行制造,由于车上安装空间的限制,排气管尾端朝下,从车的侧下方排气。将制造好的消声器通过支架和U型螺栓安装在发动机上,进行装车验证,如图2所示。根据《GB/T4759-2009内燃机排气消声器测量方法》的要求,在与排气口气流轴向成45°方向上、距离排气口250mm的一圈位置均分地设置A、B、C、D四个点测量噪声[4-5],如图3所示。发动机设定怠速800r/min和额定转速2000r/min两种工况。测量结果如表2所示,其中1)代表不安装消声器,2)代表安装所设计的阻抗复合式消声器。由表2可知,安装消声器后,排气噪声在不同工况下降低了12.1-16.5dB,噪声降低较为明显,显示了所设计的消声器的良好降噪性能。另外,2000r/min工况下消声效果更加明显。虽然消声效果满足了厂家的推荐值,但是因为消声器的设计涉及到多种因素,难以通过简单的理论计算得到准确的设计结果,未来要根据制造经验和测试结果进行改进,进一步提升其性能。

  3总结

  针对公司研发的一款铁路维护机械,设计了共振腔型带穿孔管阻抗复合式消声器。首先,通过对中低频的噪声进行分析计算,得到消声管道直径、共振腔直径、穿孔管板厚、开孔直径、共振腔长度和开孔个数等关键参数。然后,在抗性消声器中加入玻璃纤维作为阻性材料以对高频噪声进行去除,形成阻抗复合式消声器。根据计算结果进行消声器模型设计并装车验证。实验结果表明,所设计的消声器能在不同工况下有效降低发动机的排气噪声。未来将根据制造经验和样机测试结果进一步提升该阻抗复合式消声器的性能。作者:何大勇 王印军 周峰

  参考文献:

  [1]柴油机设计手册委员会.柴油机设计手册中册[M].中国农业出版社,1984.

  [2]符江涛.共振腔消声器的设计与应用[J].环境工程,2001,19(3):36-37.

  [3]薛飞.工程机械抗性消声器综合性能分析与优化设计[D].东南大学,2014.

  [4]张亚南.柴油发电机组装消音器降噪试验分析[J].山东工业技术,2016(12):81.

  [5]方建华,孙香冰,张训敏,等.挖掘机消声器效果的测量与分析[J].筑路机械与施工机械化,2012(7):32-38.

转载请注明来自:http://www.lunwencheng.com/lunwen/dzi/21247.html

各行业核心期刊快速入口

医学类核心期刊汇总
口腔核心期刊
卫生核心期刊
药学核心期刊
眼科核心期刊
儿科核心期刊
医学核心期刊
兽医核心期刊
外科核心期刊
护理核心期刊
临床核心期刊
教育类核心期刊汇总
小学教育核心期刊
中学教育核心期刊
高等教育核心期刊
职业教育核心期刊
成人教育核心期刊
人文教育核心期刊
科学教育核心期刊
教育核心期刊
教学核心期刊
教育管理核心期刊
学科类核心期刊汇总
语文核心期刊
数学核心期刊
外语核心期刊
化学核心期刊
物理核心期刊
历史核心期刊
政治核心期刊
体育核心期刊
艺术核心期刊
法律核心期刊
经济类核心期刊汇总
市场经济核心期刊
经济核心期刊
金融核心期刊
财经核心期刊
审计核心期刊
旅游核心期刊
统计核心期刊
会计核心期刊
农业类核心期刊汇总
畜牧核心期刊
农业核心期刊
林业核心期刊
工业类核心期刊汇总
机械核心期刊
冶金核心期刊
电力核心期刊
铁路核心期刊
电气核心期刊
工业核心期刊
石油核心期刊
环境类核心期刊汇总
电力核心期刊
水利核心期刊
能源核心期刊
地质核心期刊
化工核心期刊
环境核心期刊
气象核心期刊
地理核心期刊
建筑类核心期刊汇总
测绘核心期刊
测量核心期刊
建筑核心期刊
交通类核心期刊汇总
铁路核心期刊
公路核心期刊
交通核心期刊
运输核心期刊
汽车核心期刊
轨道核心期刊
科技类核心期刊汇总
电子核心期刊
科技核心期刊
计算机核心期刊
其他类核心期刊汇总
管理核心期刊
档案核心期刊
心理核心期刊
政法核心期刊
文学核心期刊