趙睿+鄭長(zhǎng)國(guó)

摘 要：在聲學(xué)試驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)車(chē)部件及柴油機(jī)噪聲測(cè)試試驗(yàn)和研究，規(guī)劃設(shè)計(jì)噪聲測(cè)試試驗(yàn)室整體布局及相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：噪聲；半消聲室；混響室；隔聲測(cè)試試驗(yàn)室

中圖分類(lèi)號(hào)：TK421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

機(jī)車(chē)是國(guó)內(nèi)城市間客運(yùn)、貨運(yùn)的主要交通運(yùn)輸方式，也是我國(guó)鐵路客運(yùn)高速、貨運(yùn)重載的發(fā)展方向。隨著鐵路機(jī)車(chē)車(chē)速的不斷提升，機(jī)車(chē)的噪聲問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)，包括機(jī)車(chē)的環(huán)境輻射噪聲和機(jī)車(chē)的車(chē)內(nèi)噪聲，前者直接造成對(duì)沿線(xiàn)環(huán)境噪聲污染，而后者關(guān)系到司乘人員的工作舒適性。因此，改進(jìn)和優(yōu)化機(jī)車(chē)的車(chē)、內(nèi)外噪聲勢(shì)在必行。研究機(jī)車(chē)的噪聲問(wèn)題，常用的方法不外乎測(cè)試和仿真兩種方法，對(duì)于機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，有關(guān)噪聲的測(cè)試通常只能在線(xiàn)路上測(cè)試，但存在以下問(wèn)題：試驗(yàn)周期長(zhǎng)，成本高；試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性差；噪聲測(cè)試結(jié)果容易受到周邊的環(huán)境的影響；研究過(guò)程中，無(wú)法采用臨時(shí)改進(jìn)措施，否則影響火車(chē)安全；強(qiáng)噪聲和振動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響，特別對(duì)人體的危害等。為了避免上述問(wèn)題，最有效的解決方法就是在聲學(xué)試驗(yàn)室里進(jìn)行噪聲的相關(guān)測(cè)試和研究，包括柴油機(jī)及機(jī)車(chē)零部件在各種工況下的噪聲測(cè)試。

一、噪聲測(cè)試試驗(yàn)室設(shè)計(jì)

噪聲測(cè)試試驗(yàn)室包括一間柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)半消聲室（預(yù)留測(cè)功機(jī)室）、一間機(jī)車(chē)部件級(jí)半消聲室（這兩間半消聲室截止頻率均為80Hz。）、一間混響室、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)混響室及控制室，同時(shí)配備功能區(qū)域，包括儲(chǔ)備間，準(zhǔn)備間等。

聲學(xué)試驗(yàn)室包括：吸聲結(jié)構(gòu)、隔振系統(tǒng)、隔聲門(mén)、空調(diào)通風(fēng)和消聲設(shè)備、照明、監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

1.半消聲室

1.1 半消聲室總體設(shè)計(jì)

聲學(xué)試驗(yàn)室使用的吸聲結(jié)構(gòu)要求具有便于清潔、維護(hù)、環(huán)保、防火、防潮等性能，且截止頻率為80Hz（提供基于ISO10534-2駐波管法的吸聲系數(shù)測(cè)試報(bào)告），經(jīng)過(guò)市場(chǎng)技術(shù)調(diào)研，滿(mǎn)足此要求的吸聲結(jié)構(gòu)為金屬尖劈，該結(jié)構(gòu)是在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用和好評(píng)的新型吸聲結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：

建成消聲室的空氣質(zhì)量達(dá)到國(guó)標(biāo)GB50325-2001 II類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，即辦公室的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；

允許高速氣流通過(guò)消聲室；

可以用抹布直接擦洗尖劈表面；

美觀大方、尖劈顏色可以任意選擇，彰顯企業(yè)個(gè)性；

室內(nèi)的照明可以比傳統(tǒng)消聲尖劈耗電量更低，可以用更低的功率達(dá)到同樣的亮度；

A級(jí)防火；

具有較高的抗沖擊能力，并允許多次重復(fù)拆卸、再安裝；

由于金屬尖劈既有阻性吸聲結(jié)構(gòu)，又有抗性吸聲結(jié)構(gòu)，因此，金屬尖劈在低頻和高頻都具有卓越的吸聲性能；

特殊材料設(shè)計(jì)，在高濕度條件下，不影響尖劈吸聲效果。

1.2 隔振設(shè)計(jì)

對(duì)于聲學(xué)試驗(yàn)室，目前常用的有兩種隔振結(jié)構(gòu)，彈簧隔振器及隔振路軌。

（1）彈簧隔振器

彈簧隔振器，鋼材質(zhì)，其固有頻率低，最低可達(dá)到3Hz～5Hz，但因鋼制彈簧有疲勞壽命問(wèn)題存在，需要預(yù)留彈簧隔振器的檢修、更換空間，無(wú)形中會(huì)增加土建成本。彈簧隔振器更多應(yīng)用在振動(dòng)機(jī)械類(lèi)的低頻主動(dòng)隔振。

（2）隔振路軌

隔振路軌，固有頻率為7Hz～10Hz，采用不銹鋼材料，具有大承重、抗疲勞度高、易安裝、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以安裝實(shí)際尺寸任意加工，靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)和材料永久免維護(hù)保養(yǎng)。此種結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)半消聲室建設(shè)中得到廣泛的采用，南車(chē)四方的半消聲室及混響室全部采用隔振路軌。

以上兩種結(jié)構(gòu)從性能、方便性、使用壽命、性?xún)r(jià)比等多方面考慮，初步確認(rèn)使用隔振路軌結(jié)構(gòu)。

由隔振路軌構(gòu)成的隔振系統(tǒng)需根據(jù)聲學(xué)試驗(yàn)室最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式及精確載荷計(jì)算完成布置設(shè)計(jì)。保證在干擾頻率40Hz以上達(dá)到隔振效率95%以上。

1.3 隔聲門(mén)設(shè)計(jì)

此聲學(xué)門(mén)總成系統(tǒng)包括外部隔聲防火門(mén)和內(nèi)部吸聲門(mén)。聲學(xué)門(mén)總成系統(tǒng)降噪指數(shù)：Rw=65dB。人員通行門(mén)位于實(shí)驗(yàn)室和控制間之間，洞口尺寸1m×2.1m。物流通行門(mén)位于實(shí)驗(yàn)室和準(zhǔn)備區(qū)域之間，洞口尺寸3m×3m。均采用雙層結(jié)構(gòu)，隔聲量為RW55的隔聲門(mén)。與內(nèi)部吸聲尖劈門(mén)配合，總隔聲量Rw≥65dB，隔聲門(mén)的防火滿(mǎn)足T90。門(mén)方便開(kāi)啟，可以停留在任意位置，外層門(mén)最大開(kāi)啟角度為180°。

為了在方便設(shè)備及工作人員進(jìn)出的同時(shí)保證半消聲室的聲學(xué)性能，內(nèi)部為吸聲門(mén)（尖劈門(mén)），是裝有尖劈的可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，關(guān)閉后可與室內(nèi)其他尖劈組成完整的吸聲墻面，尖劈門(mén)開(kāi)關(guān)方便，可停留在任意位置。

1.4 環(huán)境溫度控制系統(tǒng)

作為NVH研究的主要場(chǎng)所，消聲室除了需要具有必須的聲學(xué)性能外，還應(yīng)該能夠?yàn)闇y(cè)試及研究人員提供一個(gè)恒溫、安全、舒適的環(huán)境。

在任何外部氣候環(huán)境下，為了保證消聲室內(nèi)環(huán)境溫度15℃～30℃，精度±3℃，相對(duì)濕度：45%RH～75%RH，消聲室的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)需要特殊設(shè)計(jì)。

消聲室環(huán)境溫度控制系統(tǒng)與一般的樓宇空調(diào)系統(tǒng)有著極大的差別，需要保證：保持室內(nèi)空氣的新鮮；保持室內(nèi)溫度恒定；保證所有上述功能不影響室內(nèi)聲學(xué)的特性。

1.5 監(jiān)視系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室配備1套4路監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)不影響試驗(yàn)室的半自由聲場(chǎng)特性，更不產(chǎn)生噪聲。

1.6 消防系統(tǒng)

消聲室設(shè)置消防系統(tǒng)，保證試驗(yàn)室的消防安全，并保證不影響聲學(xué)試驗(yàn)室的聲學(xué)性能。

1.7 照明系統(tǒng)

根據(jù)消聲室的用途及工作人員的工作需求，在消聲室內(nèi)配置照明設(shè)備，照明設(shè)備不影響消聲室聲學(xué)性能。根據(jù)主體試驗(yàn)區(qū)域照度按GB/T 13379-1992中“中等視覺(jué)要求”的作業(yè)范圍300-500-750（lx），取350lux。

該系統(tǒng)還包括安全出口燈具及應(yīng)急照明燈具。

2.混響室

2.1 混響室總體設(shè)計(jì)

按照現(xiàn)有房間尺寸進(jìn)行聲場(chǎng)計(jì)算，保證內(nèi)部容積大于200m?。

本底噪聲：≤25dB（A）；

2.2 混響室聲學(xué)設(shè)計(jì)

混響室的墻面和地面都必須是良好的反射面，吸聲系數(shù)要低于0.06。

2.3 室內(nèi)聲場(chǎng)處理

為了在混響室內(nèi)達(dá)到一個(gè)理想的擴(kuò)散聲場(chǎng)，需要在室內(nèi)安裝擴(kuò)散體。

在混響室頂部安裝懸掛式擴(kuò)散板，每組擴(kuò)散板的懸掛軸線(xiàn)方向不平行，部分可以按照需要調(diào)節(jié)高度和形狀。

2.4 聲學(xué)門(mén)設(shè)計(jì)

混響室設(shè)計(jì)有兩套通行門(mén)，分別是混響室物流通行門(mén)以及人員通行門(mén)。

混響室物流通行門(mén)位于實(shí)驗(yàn)室和準(zhǔn)備區(qū)域之間，洞口尺寸2.5m×2.5m。

人員通行門(mén)位于實(shí)驗(yàn)室和控制室之間，洞口尺寸為1.0m×2.1m。

均采用雙層結(jié)構(gòu)，采用隔聲量為RW55的隔聲門(mén)；隔聲門(mén)的防火滿(mǎn)足T90，門(mén)方便開(kāi)啟，可以停留在任意位置，外層門(mén)最大開(kāi)啟角度為180°。

2.5 組合式測(cè)試窗

采用組合式測(cè)試窗+RW55隔聲門(mén)的雙層隔聲體設(shè)計(jì)方案，以保證測(cè)試窗總體隔聲量與墻體隔聲相同的要求。

混響室和消聲室之間測(cè)試窗尺寸為2.5×2m?；祉懯乙粋?cè)為組合式測(cè)試窗（不低于RW57），采用模塊化隔聲板設(shè)計(jì)，可以靈活地確定洞口的大小，方便不同的測(cè)試件的測(cè)試要求；消聲室一側(cè)采用外掛尖劈門(mén)設(shè)計(jì)，180°開(kāi)啟。

2.6 監(jiān)視系統(tǒng)、照明系統(tǒng)與半消聲室相同。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于鐵路行業(yè)來(lái)說(shuō)，目前只有進(jìn)入試車(chē)階段以后才會(huì)真正得到噪聲水平數(shù)據(jù)。然而如果在零部件的設(shè)計(jì)階段對(duì)噪聲問(wèn)題沒(méi)有很好地進(jìn)行優(yōu)化和協(xié)調(diào)，那么一旦整車(chē)在試車(chē)時(shí)出現(xiàn)噪聲過(guò)大，造成不可接受的噪聲環(huán)境，但是此時(shí)再對(duì)出問(wèn)題的設(shè)備重新進(jìn)行聲學(xué)分析和設(shè)計(jì)不僅消耗大量的財(cái)力與物力，而單獨(dú)采用聲學(xué)補(bǔ)救措施效果并不理想。

如何在零部件設(shè)計(jì)階段，做好噪聲設(shè)計(jì)工作成為亟待解決的問(wèn)題。噪聲設(shè)計(jì)是一種以分析仿真與試驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證為主的設(shè)計(jì)工作，而分析仿真又是建立在大量的試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此作為噪聲設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的測(cè)試試驗(yàn)室顯得十分必要，它不僅可以得到具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也可以作為一種資源供以后的設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)

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