王成龍，尚昱君，徐紅梅，姜 威，董佳俊

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖北 武漢 430070)

農(nóng)機(jī)裝備是建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中的核心支撐[1].提高農(nóng)機(jī)裝備整機(jī)性能，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)文明生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本途徑[2].作為重要的農(nóng)機(jī)裝備之一，谷物聯(lián)合收獲機(jī)是集收割、脫粒、分離、清選、集糧等功能于一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械[3].自20世紀(jì)90年代至今，谷物聯(lián)合收獲機(jī)在全國范圍內(nèi)得到大面積推廣[4]，為土地產(chǎn)出率的提高和勞動(dòng)生產(chǎn)力的解放做出突出貢獻(xiàn).我國收獲機(jī)械的研究起步較晚，制造工藝水平和科研開發(fā)能力相對(duì)薄弱，谷物聯(lián)合收獲機(jī)仍以技術(shù)含量較低的中小型低端機(jī)為主[5]，其可靠性與舒適性較差，振動(dòng)大、噪聲高的問題更是尤為突出.隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式逐漸向規(guī)?；c自動(dòng)化發(fā)展，谷物聯(lián)合收獲機(jī)將繼續(xù)發(fā)揮其重要作用，因此，對(duì)谷物聯(lián)合收獲機(jī)的整機(jī)性能要求越來越高.收獲機(jī)作業(yè)時(shí)，由于其體積較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部件受多變載荷激振，均以各自固有頻率和振型相互影響地進(jìn)行非平穩(wěn)的瞬態(tài)振動(dòng)，進(jìn)而誘發(fā)較高噪聲，并通過多種途徑輻射至收獲機(jī)表面.谷物聯(lián)合收獲機(jī)在惡劣的作業(yè)環(huán)境下，振動(dòng)強(qiáng)度高達(dá)4.28g[6]，在此強(qiáng)振動(dòng)情況下，收獲機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高噪聲作為一種即時(shí)性物理污染，不僅嚴(yán)重影響作業(yè)人員的健康，危害作業(yè)人員的聽力系統(tǒng)，而且對(duì)非聽力系統(tǒng)，如神經(jīng)系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等也會(huì)產(chǎn)生不良影響[7]，甚至還會(huì)形成環(huán)境噪聲，影響其他非工作人員的身心健康.因此，要提高收獲機(jī)整機(jī)性能，改善作業(yè)人員的工作環(huán)境，必須對(duì)收獲機(jī)進(jìn)行振動(dòng)噪聲控制研究.國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)上述問題做了大量的研究工作，文獻(xiàn)[8]對(duì)某谷物聯(lián)合收獲機(jī)在不同行駛速度下的座椅振動(dòng)舒適性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在低速工況測(cè)得座椅振動(dòng)水平較低，主要振源來自清選裝置與脫粒裝置，而高速行駛時(shí)，垂直振動(dòng)水平較大，且能量主要集中在1.5～3.5 Hz頻率范圍內(nèi)，并為改善作業(yè)人員的工作環(huán)境提出針對(duì)性措施.文獻(xiàn)[9]對(duì)30臺(tái)小麥聯(lián)合收獲機(jī)(15臺(tái)具有駕駛室，15臺(tái)無駕駛室)進(jìn)行駕駛員耳位噪聲測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，具有駕駛室的收獲機(jī)駕駛員耳位噪聲范圍為76～81 dB(A)，而無駕駛室噪聲高達(dá)85～90 dB(A)，體現(xiàn)了駕駛室隔離谷物聯(lián)合收獲機(jī)噪聲的重要性.文獻(xiàn)[10]對(duì)某小麥?zhǔn)斋@機(jī)割臺(tái)進(jìn)行不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的割臺(tái)振動(dòng)測(cè)試，經(jīng)測(cè)試結(jié)果分析，割臺(tái)垂直振動(dòng)的主要激勵(lì)源主要有3個(gè)，分別是收獲機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、切割器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣性力以及隨機(jī)路面激勵(lì)，為進(jìn)一步研究收獲機(jī)的振動(dòng)規(guī)律，減小割臺(tái)振動(dòng)提供了重要依據(jù).文獻(xiàn)[11]以某履帶式谷物聯(lián)合收獲機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行隔聲罩設(shè)計(jì)和駕駛員左側(cè)安裝隔音板，使駕駛員耳旁噪聲降低了3.1 dB(A)，整機(jī)的動(dòng)態(tài)環(huán)境噪聲降低了1 dB(A)，從控制傳播途徑減弱噪聲.文獻(xiàn)[12]以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋罩為研究對(duì)象,利用ANYSY和Vir-tual.Lab聯(lián)合仿真,通過增加不見和局部加厚相結(jié)合的方法,有效地降低了聲功率,實(shí)現(xiàn)了減振降噪的目的.綜上所述，針對(duì)收獲機(jī)振動(dòng)噪聲控制的研究雖然取得一定成果，但是大部分研究是通過控制傳播途徑降低振動(dòng)噪聲水平.但收獲機(jī)的振動(dòng)噪聲控制需從噪聲源控制、傳播途徑控制以及作業(yè)人員保護(hù)3個(gè)途徑進(jìn)行[13]，其中噪聲源控制是降低和消除噪聲污染的根本途徑，而噪聲源識(shí)別是實(shí)現(xiàn)噪聲源控制的關(guān)鍵[14-15].若要合理控制收獲機(jī)振動(dòng)噪聲水平，需要對(duì)噪聲源進(jìn)行識(shí)別與精準(zhǔn)定位，得出主要的振動(dòng)激勵(lì)源與噪聲源，并對(duì)輻射噪聲較大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，從而達(dá)到提高收獲機(jī)聲學(xué)性能，改善作業(yè)人員工作環(huán)境的目的.基于此，本研究以某谷物聯(lián)合收獲機(jī)為研究對(duì)象，以識(shí)別收獲機(jī)主要噪聲源、提出合理的減振降噪措施為目標(biāo)，首先對(duì)收獲機(jī)聲學(xué)性能評(píng)估，之后采用聲強(qiáng)測(cè)試技術(shù)對(duì)收獲機(jī)的主要噪聲源進(jìn)行識(shí)別與定位，計(jì)算各部件對(duì)整機(jī)噪聲的貢獻(xiàn)量，并在此基礎(chǔ)上，分析收獲機(jī)主要噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理與聲輻射特性，相關(guān)研究成果可為收獲機(jī)結(jié)構(gòu)的低噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考.

1 聲強(qiáng)測(cè)試與p-p法的基本原理

1.1 聲強(qiáng)測(cè)試的基本原理

聲強(qiáng)是單位面積的平均聲功率[16].不同于標(biāo)量的聲壓，聲強(qiáng)是一個(gè)矢量，既有大小也有方向，故測(cè)試的聲學(xué)環(huán)境對(duì)其影響不大.常用的聲強(qiáng)測(cè)試方法主要有定點(diǎn)測(cè)量法與掃描式測(cè)量法[17].聲強(qiáng)測(cè)試的測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖1所示.聲強(qiáng)測(cè)試需要采用任意封閉包絡(luò)面包圍被測(cè)機(jī)器，理論上，只要封閉曲面唯一包圍被測(cè)聲源，測(cè)試結(jié)果就與曲面形狀和大小以及曲面外是否有其他噪聲源無關(guān)，因此聲強(qiáng)測(cè)試法適用范圍比較廣泛.

圖1 聲強(qiáng)測(cè)試示意圖

與聲壓測(cè)試相比，聲強(qiáng)測(cè)試條件要求較低，不需要消聲室或混響室等較嚴(yán)格的聲學(xué)環(huán)境.此外，聲強(qiáng)測(cè)試能夠區(qū)分不同聲源疊加場(chǎng)中的不同聲源輻射.

1.2 p-p法聲強(qiáng)測(cè)試原理

在工程實(shí)際中，常采用聲強(qiáng)探頭(由雙傳聲器構(gòu)成)裝置，并基于p-p法或p-u法對(duì)聲強(qiáng)進(jìn)行測(cè)試.其中，p-p法又稱為間接測(cè)量法，是通過測(cè)量兩個(gè)相鄰點(diǎn)的聲壓近似估計(jì)聲場(chǎng)中的質(zhì)點(diǎn)速度，進(jìn)而計(jì)算聲強(qiáng).聲壓是易于測(cè)量的聲學(xué)參量，而聲壓梯度則是無法直接測(cè)量的，只能通過間接計(jì)算得到.p-p法聲強(qiáng)測(cè)試原理示意圖如圖2所示，根據(jù)有限差分原理，聲場(chǎng)中某點(diǎn)O處沿x方向的聲壓梯度，可由在x方向上2個(gè)相鄰點(diǎn)(參考點(diǎn)O1和O2)處的聲壓p1(t)與p2(t)近似估算.

圖2 p-p法聲強(qiáng)測(cè)試原理示意圖

O處沿x方向的聲壓梯度近似估算為

(1)

式中：Δd是兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的間距，參考點(diǎn)O1和O2到O點(diǎn)距離相等.為保證上式成立，測(cè)點(diǎn)間距Δd應(yīng)遠(yuǎn)小于被測(cè)聲波波長.

根據(jù)理想流體媒質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方程，測(cè)點(diǎn)的振速u(t)與聲壓之間的關(guān)系為

(2)

式中：ρ0為介質(zhì)密度.由式(1)和(2)可知，O點(diǎn)處的振速在x方向的投影分量u(t)為

(3)

O點(diǎn)處聲壓可以近似表達(dá)為兩參考點(diǎn)p1(t)與p2(t)的平均值，即p≈[p1(t)+p2(t)]/2，因而該處的瞬態(tài)聲強(qiáng)矢量在x方向的投影分量近似可表示為

(4)

根據(jù)式(4)，可采用2個(gè)壓力傳感器測(cè)量兩相鄰點(diǎn)處聲壓信號(hào)，從而間接計(jì)算聲強(qiáng).因此，基于p-p法的聲強(qiáng)測(cè)試儀一般由2個(gè)壓力傳感器組成，且安裝在聲強(qiáng)測(cè)試儀的2個(gè)壓力傳感器應(yīng)具有完全相同的特性(頻率特性)，即相位和幅值應(yīng)完全匹配，并可通過傳遞函數(shù)等方法進(jìn)行修正.只要將聲強(qiáng)探頭與被測(cè)表面保持一定距離的逐點(diǎn)測(cè)量，即可得到聲強(qiáng)分布，通過三維聲強(qiáng)測(cè)試儀測(cè)量還可獲得聲強(qiáng)矢量分布，進(jìn)而分析聲場(chǎng)的能量流動(dòng)和分布.p-p法聲強(qiáng)測(cè)試儀的傳感器排列方式如圖3所示，根據(jù)2個(gè)傳聲器的相對(duì)安裝位置，可分為并列式、串聯(lián)式、背置式、對(duì)置式[18].本研究所采用的聲強(qiáng)測(cè)試儀傳聲器為對(duì)置式.

圖3 p-p法聲強(qiáng)測(cè)試儀傳感器排列方式

2 聲強(qiáng)測(cè)試內(nèi)容與方法

為方便研究，將收獲機(jī)正視圖的測(cè)試面稱為前端，后視圖的測(cè)試面稱為后端，左視圖的測(cè)試面稱為左側(cè)面，右視圖的測(cè)試面稱為右側(cè)面.且根據(jù)收獲機(jī)實(shí)際作業(yè)情況，選取4個(gè)工況進(jìn)行測(cè)試.收獲機(jī)的測(cè)試工況如表1所示.其中，工況1與工況2主要用于模擬收獲機(jī)的非工作狀態(tài)，此時(shí)，其切割、脫粒、清選等作業(yè)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低；工況3與工況4主要用于模擬收獲機(jī)的正常工作狀態(tài)，此時(shí)，其切割、脫粒、清選等作業(yè)機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高.

表1 收獲機(jī)測(cè)試工況

本研究將該收獲機(jī)等效成一個(gè)長方體，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16404—1996《聲學(xué)聲強(qiáng)法測(cè)定噪聲源的聲功率級(jí) 第1部分：離散點(diǎn)上的測(cè)量》，每平方米至少布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，整個(gè)測(cè)量表面至少布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，其測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)盡可能均勻分布于測(cè)試面[19].由收獲機(jī)基本參數(shù)可知，該收獲機(jī)的基本外形尺寸為5 240 mm×2 000 mm×2 500 mm.收獲機(jī)前、后端面的尺寸為2 000 mm×2 500 mm，結(jié)合實(shí)際尺寸和測(cè)試精度要求，在收獲機(jī)前端與后端均以250 mm為測(cè)點(diǎn)間距進(jìn)行網(wǎng)格劃分.圖4所示為聲強(qiáng)測(cè)試收獲機(jī)前、后端測(cè)試面網(wǎng)格劃分示意圖.

圖4 聲強(qiáng)測(cè)試收獲機(jī)前、后端網(wǎng)格劃分示意圖

收獲機(jī)前端與后端兩個(gè)測(cè)試面分別劃分80個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)端面共99個(gè)測(cè)點(diǎn).收獲機(jī)左側(cè)面和右側(cè)面的尺寸均為5 240 mm×2 500 mm，均以250 mm測(cè)點(diǎn)間距進(jìn)行網(wǎng)格劃分.圖5所示為收獲機(jī)左、右側(cè)面聲強(qiáng)測(cè)試網(wǎng)格劃分示意圖.

由圖5可知，將該收獲機(jī)左、右兩個(gè)面分別劃分210個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)測(cè)試面共有242個(gè)測(cè)點(diǎn).根據(jù)GB/T 16404—1996《聲學(xué)聲強(qiáng)法測(cè)定噪聲源的聲功率級(jí)第1部分：離散點(diǎn)上的測(cè)量》，測(cè)點(diǎn)與聲源表面的平均距離應(yīng)大于等于0.5 m.如果測(cè)試距離太遠(yuǎn)，由于聲波隨傳播距離衰減，會(huì)使測(cè)點(diǎn)間的聲強(qiáng)級(jí)梯度較小，難以識(shí)別主要噪聲源，因此實(shí)際測(cè)試時(shí)聲強(qiáng)探頭與測(cè)試面的距離設(shè)為0.7 m.測(cè)試時(shí)，采用網(wǎng)線將數(shù)據(jù)采集器DH5920與筆記本電腦相連，同時(shí)將聲強(qiáng)探頭SI512的雙通道數(shù)據(jù)傳輸線連接至采集器的1，2通道.在軟件參數(shù)設(shè)置中，將傳聲器靈敏度設(shè)為45 mV·Pa-1.由于收獲機(jī)輻射噪聲主要在10 kHz以下，為確保頻譜分析精度，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率設(shè)為20 kHz.測(cè)量時(shí)，聲強(qiáng)探頭的軸線與測(cè)試面垂直，網(wǎng)格線的交點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)，按照從左至右，從上至下的順序依次進(jìn)行測(cè)量，且每個(gè)測(cè)點(diǎn)采樣時(shí)間為5 s.圖6為收獲機(jī)聲強(qiáng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖.

圖5 聲強(qiáng)測(cè)試收獲機(jī)左、右側(cè)面網(wǎng)格劃分示意圖

圖6 收獲機(jī)聲強(qiáng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖

3 收獲機(jī)噪聲源分析與識(shí)別

3.1 收獲機(jī)非工作狀態(tài)下的噪聲源分析與識(shí)別

圖7為收獲機(jī)在工況1測(cè)試條件下的前、后端聲強(qiáng)云圖.在聲強(qiáng)云圖中，采用不同的顏色表示不同的聲強(qiáng)值.藍(lán)色代表聲強(qiáng)最小，紅色代表聲強(qiáng)最大，顏色一致的區(qū)域，聲強(qiáng)基本相同.

圖7 工況1收獲機(jī)前、后端聲強(qiáng)云圖

從圖7a可以看出，前端測(cè)試面的最大聲強(qiáng)位于割臺(tái)裝置的輸送攪龍左側(cè)，此處聲強(qiáng)為74 dB(A).由于工況1，切斷作業(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)力，故發(fā)動(dòng)機(jī)為主要噪聲源.割臺(tái)裝置距離發(fā)動(dòng)機(jī)較近，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲傳至收獲機(jī)前端，造成該處聲強(qiáng)最高，并向割臺(tái)裝置周圍輻射，造成收獲機(jī)前端的整個(gè)割臺(tái)均有較高聲強(qiáng).由圖7b可知，后端測(cè)試面的最大聲強(qiáng)位于秸稈物料出口下方.由于該測(cè)試面的此處距離發(fā)動(dòng)機(jī)表面較近，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲快速傳播至收獲機(jī)后端，使秸稈物料出口下方聲強(qiáng)最大并向周圍進(jìn)行輻射，最大聲強(qiáng)為72 dB(A).

圖8為收獲機(jī)在工況1測(cè)試條件下的左、右側(cè)面聲強(qiáng)云圖.

圖8 工況1收獲機(jī)左、右側(cè)面聲強(qiáng)云圖

由圖8a可知，左側(cè)面最大聲強(qiáng)位于收獲機(jī)的油箱處，最大聲強(qiáng)為72 dB(A).產(chǎn)生此結(jié)果的主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)緊鄰油箱，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲經(jīng)過油箱傳至左側(cè)面進(jìn)行輻射.從圖8b可以看出，右側(cè)面最大聲強(qiáng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)位置，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的位置距離右側(cè)面最近，所以右側(cè)面的聲強(qiáng)輻射值最大，最大聲強(qiáng)為76 dB(A) .此外，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，工況2噪聲源與工況1基本一致，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同，所以各測(cè)試面的最大聲強(qiáng)有所不同.表2所示為工況1，2收獲機(jī)各測(cè)試面最大聲強(qiáng)，可以看出，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，收獲機(jī)噪聲值亦隨之增大.

表2 收獲機(jī)工況1與工況2各測(cè)試面最大聲強(qiáng) dB(A)

3.2 收獲機(jī)正常工作狀態(tài)下的噪聲源分析與識(shí)別

圖9為收獲機(jī)在工況4所測(cè)試的前、后端聲強(qiáng)云圖.從圖9a可以看出，收獲機(jī)前端測(cè)試面最大聲強(qiáng)主要分布在2個(gè)位置.位置1對(duì)應(yīng)于輸送攪龍左側(cè)，此處與工況1前端基本一致，主要是由于在工況4測(cè)試條件下，作業(yè)機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力連接，割臺(tái)裝置處于正常工作狀態(tài)，此時(shí)除發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲傳至此之外，還有前端割臺(tái)裝置的輸送攪龍轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，發(fā)動(dòng)機(jī)與割臺(tái)裝置產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行疊加，進(jìn)而造成輸送攪龍左側(cè)噪聲較大；位置2對(duì)應(yīng)于輸送槽入口和割臺(tái)的伸縮撥指處，伸縮撥指機(jī)構(gòu)隨輸送攪龍一起轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)伸出與縮進(jìn)的過程，由于轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮過程產(chǎn)生較大摩擦力進(jìn)而產(chǎn)生較高噪聲.此外，輸送槽中輸送鏈隨上、下輸送總成一起轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較高噪聲，且噪聲極易通過輸送蓋板形成強(qiáng)烈聲波反射，通過輸送槽口向大氣輻射，造成輸送槽入口和割臺(tái)的伸縮撥指處聲強(qiáng)較大.綜上分析可知，前端測(cè)試面的噪聲源主要為發(fā)動(dòng)機(jī)，割臺(tái)裝置以及中間輸送裝置，最大聲強(qiáng)為105 dB(A).從圖9b可知，收獲機(jī)在工況4測(cè)試條件下，后端測(cè)試面最大聲強(qiáng)主要分布在3個(gè)位置.位置1對(duì)應(yīng)于清選裝置尾部，清選裝置中的清選風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲和振動(dòng)篩往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，造成該位置聲強(qiáng)較大.位置2對(duì)應(yīng)于秸稈物料出口，物料在脫粒滾筒中脫粒，在導(dǎo)向螺旋的作用下，凹板篩上方的物料向秸稈出物料出口輸出過程中產(chǎn)生機(jī)械噪聲，在脫粒室內(nèi)形成混響，傳播至秸稈物料出口，造成該位置聲強(qiáng)最大.由于位置1與位置2的距離較近，故在聲強(qiáng)云圖中僅顯示出一個(gè)區(qū)域.位置3對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管位置，造成該處聲強(qiáng)最大的主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲.綜上分析可知，后端測(cè)試面噪聲源主要為清選裝置和脫粒裝置及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)，最大聲強(qiáng)為103 dB(A).

圖9 工況4收獲機(jī)前、后端聲強(qiáng)云圖

圖10為收獲機(jī)在工況4測(cè)試條件下的左、右側(cè)面聲強(qiáng)云圖.

圖10 工況4收獲機(jī)左、右側(cè)面聲強(qiáng)云圖

從圖10a可以看出，左側(cè)面最大聲強(qiáng)主要分布在2個(gè)位置.位置1對(duì)應(yīng)于割臺(tái)裝置的輸送攪龍，已切割的作物通過輸送攪龍送至輸送槽，輸送攪龍轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲以及伸縮撥指機(jī)構(gòu)的伸縮過程產(chǎn)生較大噪聲進(jìn)行疊加，并輻射至右側(cè)面.位置2對(duì)應(yīng)于收獲機(jī)的脫粒滾筒.測(cè)試所用收獲機(jī)為雙脫粒滾筒式，滾筒為釘齒式，作物進(jìn)入脫粒裝置被高速旋轉(zhuǎn)的釘齒滾筒抓取并拖入脫粒室，谷粒在釘齒的沖擊和揉搓作用下脫落，在此過程中，脫粒滾筒的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較高噪聲，并經(jīng)過脫粒室蓋板輻射至左側(cè)面.綜上分析可知，左側(cè)面噪聲源主要為割臺(tái)裝置和脫粒裝置，最大聲強(qiáng)為108 dB(A).從圖10b可以看出，右側(cè)面最大聲強(qiáng)主要分布在2個(gè)位置.位置1對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)，此工況發(fā)動(dòng)機(jī)以2 400 r·min-1轉(zhuǎn)速運(yùn)行，產(chǎn)生較大的表面輻射噪聲.位置2對(duì)應(yīng)于割臺(tái)裝置的輸送攪龍，此處與左側(cè)面一致，主要是由割臺(tái)裝置的輸送攪龍轉(zhuǎn)動(dòng)及伸縮撥指機(jī)構(gòu)的伸縮產(chǎn)生較高噪聲輻射至右測(cè)試面.綜上分析可知，右側(cè)面噪聲源主要為發(fā)動(dòng)機(jī)和割臺(tái)裝置，最大聲強(qiáng)為110 dB(A).此外，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，工況3的噪聲源與工況4基本一致，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同，所以最大聲強(qiáng)有所不同.表3所示為不同工況下收獲機(jī)各測(cè)試面最大聲強(qiáng)，從表中可以看出，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，各測(cè)試面的聲強(qiáng)值均明顯增大.

表3 收獲機(jī)各測(cè)試面最大聲強(qiáng) dB(A)

綜上分析，在工況1與工況2測(cè)試條件下，切斷作業(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)力，結(jié)合各測(cè)試面的最大聲強(qiáng)分布位置，分析出發(fā)動(dòng)機(jī)為主要噪聲源.分析工況3與工況4可知，作業(yè)機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力連接，各測(cè)試面主要噪聲源有所不同，且存在多個(gè)噪聲源.收獲機(jī)前端測(cè)試面噪聲源主要為發(fā)動(dòng)機(jī)、割臺(tái)裝置和中間輸送裝置；后端測(cè)試面噪聲源主要為清選裝置、脫粒裝置及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)；左側(cè)面噪聲源主要為割臺(tái)裝置和脫粒裝置；右側(cè)面噪聲源主要為發(fā)動(dòng)機(jī)和割臺(tái)裝置.

綜上所述，收獲機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、割臺(tái)裝置、脫粒裝置、清選裝置以及中間輸送裝置為主要噪聲源.因此，若要對(duì)收獲機(jī)的振動(dòng)噪聲水平進(jìn)行控制，首先應(yīng)考慮對(duì)收獲機(jī)的主要噪聲輻射部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)，可以建立其有限元模型，確定主要部件的振動(dòng)模態(tài)，通過設(shè)置加強(qiáng)筋或平面變曲面等優(yōu)化方法，減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)；對(duì)割臺(tái)裝置，其振動(dòng)主要由于輸送攪龍的剛度不夠，縮短軸的懸臂長度和增加軸套，可有效增加其剛度，降低輸送攪龍的彎曲振動(dòng)；在設(shè)計(jì)脫粒滾筒時(shí)，應(yīng)進(jìn)行模態(tài)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其固有頻率避開外部激振頻率，從而減小脫粒滾筒工作時(shí)的振動(dòng)；對(duì)收獲機(jī)整機(jī)，可以采取一定的隔振手段，如安裝隔振器，以減小工作部件對(duì)機(jī)架的影響.

4 結(jié) 論

采用聲強(qiáng)測(cè)試對(duì)谷物聯(lián)合收獲機(jī)的噪聲源進(jìn)行分析與識(shí)別.首先，對(duì)聲強(qiáng)測(cè)試原理進(jìn)行研究，重點(diǎn)介紹了p-p法聲強(qiáng)測(cè)試原理.其次，采用p-p法測(cè)試收獲機(jī)表面聲強(qiáng)，并根據(jù)聲強(qiáng)分布，分析識(shí)別各測(cè)試面的主要噪聲源.根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析可知，當(dāng)收獲機(jī)切割、脫粒、清選等作業(yè)機(jī)構(gòu)均停止工作(即聯(lián)合收獲機(jī)處于非工作狀態(tài)下時(shí))，發(fā)動(dòng)機(jī)為主要噪聲源，而當(dāng)切割、脫粒、清選等作業(yè)機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行(即收獲機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí))，各測(cè)試面的主要噪聲源均不相同.收獲機(jī)前端噪聲源主要為發(fā)動(dòng)機(jī)、割臺(tái)裝置及中間輸送裝置；后端噪聲源主要為清選裝置、脫粒裝置及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)；左側(cè)面噪聲源主要為割臺(tái)裝置和脫粒裝置；右側(cè)面噪聲源主要為發(fā)動(dòng)機(jī)和割臺(tái)裝置.最后，通過噪聲源識(shí)別結(jié)果發(fā)現(xiàn)，收獲機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、割臺(tái)裝置、脫粒裝置、清選裝置及中間輸送裝置為主要噪聲源.為降低收獲機(jī)整機(jī)噪聲，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)添加加強(qiáng)筋或變平面為曲面，減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)，而對(duì)割臺(tái)裝置，可縮短軸的懸臂長度和增加軸套，降低輸送攪龍的彎曲振動(dòng)，此外，還可以對(duì)脫粒滾筒進(jìn)行模態(tài)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其固有頻率避開外部激振頻率，從而降低脫粒滾筒結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)與噪聲.