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谷物联合收获机是一种集收割、脱粒、分离、清选、集粮等功能于一体的联合作业机械,是重要的农业装备之一。噪声作为一种即时性物理污染,已成为现代文明病的主要根源之一。收获机作业产生的噪声不仅对作业人员造成危害,而且会形成环境噪声污染。本研究主要针对目前收获机噪声源识别研究较少,且识别方法单一等问题,以某谷物联合收获机为研究对象,在对基本声学理论和噪声源识别技术进行深入研究的基础上,以识别收获机的噪声源,降低其噪声水平为目标,对其声学性能进行评估,并采用声强测试与声阵列技术相结合的方法,分析识别收获机的主要噪声源。具体研究内容及结论如下:
(1)结合收获机的结构特点与工作原理,对其振动噪声产生的原因及主要噪声源进行分析。以收获机为研究对象,按照相关标准进行动态环境噪声与驾驶员耳位噪声测试。结果表明:动态环境下,收获机的噪声均值为84.8dB(A),标准噪声限值为87dB(A),故符合国家标准;驾驶员耳位噪声测试的均值为97.2dB(A),标准噪声限值为95dB(A),故不符合国家标准,其原因可能是,测试时收获机作业机构处于正常工作状态,其主要工作部件,如割台装置、脱粒装置、中间输送装置等部件的联结部位与张紧装置可能会产生松动,因而造成其噪声测量值超出标准限值。
(2)对收获机主要部件进行表面近场声压测试,计算主要部件对整机的声学贡献量。分析发现,发动机为收获机的主要噪声源,脱粒滚筒、振动筛、割台装置等部件在运行时也产生了不容忽视的机械噪声。此外,随着发动机转速的升高,收获机主要部件的辐射噪声值均有明显提高。
(3)采用p-p法测试收获机表面声强,根据各测试面的声强分布,分析识别收获机主要噪声源。测试结果表明:当收获机切割、脱粒、清选等作业机构动力均被切断时,各测试面的主要噪声源为发动机,而当切割、脱粒、清选等作业机构正常运行时,各测试面主要噪声源均不相同,前端噪声源主要为发动机、割台装置以及中间输送装置;后端主要为脱粒装置、清选装置以及发动机排气系统;左侧面主要为割台装置与脱粒装置;右侧面主要为发动机与割台装置。
(4)采用声阵列技术对收获机进行螺旋声阵列噪声测试,根据各测试面的声压分布,分析识别收获机主要噪声源。测试结果表明:收获机噪声主要集中在1~3kHz频率范围内,而且当收获机切割、脱粒、清选等作业机构动力均被切断时,发动机为主要噪声源,而当切割、脱粒、清选等作业机构正常运行时,收获机前端噪声源主要为割台装置和中间输送装置;后端噪声源主要为脱粒装置;左侧面噪声源主要为发动机和脱粒装置;右侧面噪声源主要为发动机和割台装置。
(5)通过噪声源识别结果发现,收获机的发动机,割台装置、脱粒装置、清选装置及中间输送装置为主要噪声源。为降低收获机整机噪声,可在发动机上增设加强筋或变平面为曲面,减少发动机运转产生的振动,而对割台装置,可缩短轴的悬臂长度和增加轴套,降低输送搅龙的弯曲振动,此外,还可以对脱粒滚筒进行模态分析与结构优化,使其固有频率避开外部激振频率,从而降低脱粒滚筒结构共振产生的强烈振动与噪声。
(1)结合收获机的结构特点与工作原理,对其振动噪声产生的原因及主要噪声源进行分析。以收获机为研究对象,按照相关标准进行动态环境噪声与驾驶员耳位噪声测试。结果表明:动态环境下,收获机的噪声均值为84.8dB(A),标准噪声限值为87dB(A),故符合国家标准;驾驶员耳位噪声测试的均值为97.2dB(A),标准噪声限值为95dB(A),故不符合国家标准,其原因可能是,测试时收获机作业机构处于正常工作状态,其主要工作部件,如割台装置、脱粒装置、中间输送装置等部件的联结部位与张紧装置可能会产生松动,因而造成其噪声测量值超出标准限值。
(2)对收获机主要部件进行表面近场声压测试,计算主要部件对整机的声学贡献量。分析发现,发动机为收获机的主要噪声源,脱粒滚筒、振动筛、割台装置等部件在运行时也产生了不容忽视的机械噪声。此外,随着发动机转速的升高,收获机主要部件的辐射噪声值均有明显提高。
(3)采用p-p法测试收获机表面声强,根据各测试面的声强分布,分析识别收获机主要噪声源。测试结果表明:当收获机切割、脱粒、清选等作业机构动力均被切断时,各测试面的主要噪声源为发动机,而当切割、脱粒、清选等作业机构正常运行时,各测试面主要噪声源均不相同,前端噪声源主要为发动机、割台装置以及中间输送装置;后端主要为脱粒装置、清选装置以及发动机排气系统;左侧面主要为割台装置与脱粒装置;右侧面主要为发动机与割台装置。
(4)采用声阵列技术对收获机进行螺旋声阵列噪声测试,根据各测试面的声压分布,分析识别收获机主要噪声源。测试结果表明:收获机噪声主要集中在1~3kHz频率范围内,而且当收获机切割、脱粒、清选等作业机构动力均被切断时,发动机为主要噪声源,而当切割、脱粒、清选等作业机构正常运行时,收获机前端噪声源主要为割台装置和中间输送装置;后端噪声源主要为脱粒装置;左侧面噪声源主要为发动机和脱粒装置;右侧面噪声源主要为发动机和割台装置。
(5)通过噪声源识别结果发现,收获机的发动机,割台装置、脱粒装置、清选装置及中间输送装置为主要噪声源。为降低收获机整机噪声,可在发动机上增设加强筋或变平面为曲面,减少发动机运转产生的振动,而对割台装置,可缩短轴的悬臂长度和增加轴套,降低输送搅龙的弯曲振动,此外,还可以对脱粒滚筒进行模态分析与结构优化,使其固有频率避开外部激振频率,从而降低脱粒滚筒结构共振产生的强烈振动与噪声。