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Cp2.2和EP1FA喷油泵噪声的测量和分析

Cp2.2和EP1FA喷油泵噪声的测量和分析

该实验项目是为了获取油泵在正常工作时的噪声信号,并对噪声信号进行分析处理,最终得到油泵的噪声特性。其具体工作包含了:①运用传声器等测量仪器或元件对油泵噪声的声功率进行测量;②对采集到的信号进行数模变换并运用相关的软件和算法对信号进行处理分析

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  • 详细描述

    Cp2.2和EP1FA喷油泵噪声的测量和分析
    摘要 本文首先介绍了噪声信号频谱分析的理论基础即傅里叶变换,简单介绍了离散傅里叶变换所用的单位复指数序列的周期性、共轭正交性以及完备性的特点,并从矩阵论的角度阐明了利用离散傅里叶变换对信号序列进行时域到频率域变换的数学本质是向量的空间坐标变换问题,进而根据实验噪声信号的频率范围将离散傅里叶变换简化为有限序列的离散傅里叶变换。对于喷油泵噪声信号的测量实验,本文简单介绍了试验场所及相关设备的布置并根据相关的实验技术标准对设备的连接以及测点布置做了详尽的说明。另外,由于实验对设备噪声控制的严格要求,本文依据声波的透射及衍射理论对实验所需的隔声屏进行了材料选取以及尺寸的设计计算。最后,本文根据有限序列的傅里叶变换公式进行了MATLAB程序的编制并将其运用于实验所测噪声信号数据的时频变换以获得喷油泵噪声的空间辐射特性、转速特性以及油压特性。从分析结果上来看,Cp2.2喷油泵在转速为1200r/min、油压为1600bar、供油量为5.4L/min工况下的声功率测量结果是101.09分贝;
    其噪声频谱峰值出现在125、250及800到1600Hz的频带上;随着转速增大,1250到2000Hz的频带上,总声功率级增加,噪声能量增强;随着油压增加,1000Hz频带上出现噪声峰值,并且声压级逐渐变大,随着油压的升高,总的声压级逐步增加;Cp2.2的噪声频谱在800到1000Hz的频带上是最主要的噪声源。EP1FA喷油泵(调压阀50%)在转速为1200r/min、油压为1600bar、供油量为4.3L/min工况下的声功率测量结果是97.13分贝;其在250和800Hz附近存在噪声频谱峰值。随着转速的提高,1000到2000Hz频带上的噪声值逐步增加,总的声压级也逐步增加。随着油压的增加,800和1000Hz上的噪声声压级增加,总的声压级增加。最高噪声频谱在800和1000Hz频带上。
    关键词  离散傅里叶变换  喷油泵噪声  隔声屏  转速特性  油压特性
     
     Measurement and Analysis of the Noise of Cp2.2 and EP1FA Fuel Injection Pumps
    Abstract  In this paper, we first introduce the theoretical basis of noise spectrum analysis, Fourier transform, and briefly introduce the characteristics of periodic, conjugate and completeness of unit complex exponential sequences used in discrete Fourier transform. The mathematical nature of the time-domain to frequency domain transformation using the discrete Fourier transform is a problem of the spatial coordinate transformation of the vector, and then the discrete Fourier transform is reduced to the finite sequence according to the frequency range of the experimental noise signal Discrete Fourier transform. For the measurement experiment of the noise signal of the fuel injection pump, this paper briefly introduces the layout of the test site and related equipment and makes a detailed explanation of the connection of the equipment and the arrangement of the measuring point according to the relevant experimental technical standard. In addition, due to the rigorous requirement of the noise control of the equipment, this paper chooses the material and the design of the size of the sound insulation screen according to the transmission and diffraction theory of the acoustic wave. Finally, this paper compiles the MATLAB program according to the finite sequence Fourier transform formula and applies it to the time-frequency transform of the measured noise signal data to obtain the spatial radiation characteristics, the speed characteristics and the hydraulic characteristics of the fuel injection pump noise. From the analysis results, Cp2.2 fuel injection pump in the speed of 1200r/min, oil pressure of 1600bar, fuel supply rate of 5.4L/min under the conditions of the sound power measurement results are 101.09 dB; The noise peak is in the frequency band of 125, 250 and 800 to 1600 Hz. With the increase of the rotational speed, the total sound power level increases and the noise energy increases in the frequency band of 1250 to 2000 Hz. As the oil pressure increases, Noise peak, and the sound pressure level gradually increases, with the increase in oil pressure, the total sound pressure level gradually increased; Cp2.2 noise spectrum in the 800 to 1000Hz frequency band is the most important noise source. EP1FA fuel injection pump (pressure regulator 50%) in the speed of 1200r/min, oil pressure of 1600bar, fuel supply capacity of 4.3L/min under the conditions of the sound power measurement is 97.13 dB; its 250 and 800Hz near the presence of noise Peak of spectrum. As the speed increases, the noise values ​​in the 1000 to 2000 Hz band increase gradually and the total sound pressure level increases. As the oil pressure increases, the noise levels increase at 800 and 1000 Hz, and the total sound pressure level increases. The highest noise spectrum is in the 800 and 1000 Hz bands.
    Key words   Discrete Fourier Transform   fuel injection pump noise   insulation screen    speed characteristics   hydraulic characteristics  

    目  录
     
    第一章  绪论 1
    1.1引言 1
    1.2柴油机油泵的噪声测量分析技术的市场现状与前景 2
    第二章   信号频谱分析理论介绍 3
    2.1基本信号 4
    2.1.1单位负指数序列信号 4
    2.2离散傅里叶变换 4
    2.2.1离散傅里叶变换与单位负指数信号 4
    2.2.2有限序列离散傅里叶变换 5
    第三章   喷油泵的噪声信号测量实验 6
    3.1噪声测量实验的场所及设备简介 6
    3.1.1 喷油泵噪声测量环境 6
    3.1.2柴油机高压油泵试验台的结构及技术要求 7
    3.2实验的总体布置 9
    3.2.1电机与油泵的连接与安装 9
    3.2.2传声器布置 10
    3.3隔声处理 11
    3.3.1隔声措施 11
    3.3.2隔声罩隔声 11
    3.3.3 隔声屏隔声 12
    3.3.4隔声屏的隔声原理 12
    3.3.5隔声屏的设计计算 12
    3.4 噪声信号的测量以及数据采集 16
    第四章   实验数据分析 16
    4.1喷油泵声功率级计算 17
    4.1.1声压级计算 17
    4.1.2声功率级计算 17
    4.1.3声功率计算结果 17
    4.2喷油泵的噪声特性分析 18
    4.2.1喷油泵噪声的空间分布特性 18
    4.2.2喷油泵噪声的转速特性 19
    4.2.3喷油泵噪声的油压变化特性 36
    结    论 47
    致   谢 48
    参考文献: 49
    附录A:离散傅里叶变换的MATLAB程序 50
    附录B:隔声屏设计的MATLAB程序 53

    第一章  绪论
    1.1引言
    当今世界,噪声污染与大气污染、水污染、土壤污染以及光污染被一同列为最严重的五大污染。然而,相比水污染、大气污染以及土壤污染等由有害物质过量排放而引起的环境污染,噪声污染有着即时性,作用范围局限性以及分散性等自身独有的特点[1-2],因而其治理问题一直未受到人们的重视。但是,随着人类社会的不断向前发展与进步,尤其是18、19世纪两次工业革命至今,生产机械化程度在不断提高的同时,也相应地给人类的生存环境带来了越发强烈和持久的噪声,最终导致的区域性噪声污染的形成与恶化。事实证明,一定强度的噪声对人的生理和心理健康都会产生不同程度的影响,其不仅会降低工人的工作效率,干扰人们的正常休息和睡眠,使人的情绪更加趋于不稳定,也会在一定程度上对人的听觉、视觉器官造成不可逆的损伤[3]
    近年来,随着噪声污染的问题日益严重,噪声污染的防治工作也被提上了议程。绝大多数城市中,噪声污染主要是由过往车辆引起的,而发动机噪声在车辆噪声中占有很大的比重。在我国,发动机噪声约占小轿车的车外加速噪声的,而大、中型汽车车外加速噪声中,发动机噪声的占比可达[4]。因此,国内、外的研究人员和相关从业作者都倾向于将降低汽车发动机的噪声作为降低汽车噪声的首要工作。其中,国外在这一方面的工作起步较早,并且现已取得相当不错的进展,以邻国为例,如今日本已经能够将大型汽车发动机的噪声控制在车外总噪声的以下。但是,发动机的噪声控制仍具有很广阔的研究空间和价值。
    对于现阶段车用柴油机的噪声控制而言,供油系统尤其是喷油泵工作产生噪声的控制尤为重要,其原因主要有以下两个方面:首先,由于在过往的研究中,柴油机的主要噪声源(如曲柄连杆机构、燃烧系统、配气机构)已经在声学上实现了很大程度的优化[5],一些原本处于次要地位噪声源(如供油系统)便渐渐突显出来;此外,为了使柴油机能够具有更高的燃烧效率以及更加良好的排放特性等,近年来柴油机供油系统的供油压力也表现出不断升高的趋势,而这一趋势也使得该系统的噪声特性进一步恶化[6-7];另外,车用柴油机发展至今已然是一个结构极其复杂的动力机械装置,柴油机内部各机构系统之间紧密关联,其中某一部件的调整必然会对其他组成部分的工作条件乃至整台柴油机工作性能产生影响。其中柴油机的供油系统在整台柴油机中又处于非常重要的地位,从声学角度对供油系统工作特性的分析与优化必然会对整台柴油机工作性能的提升具有全局性的意义。
    此次研究的内容主要为对供油系统中的油泵进行噪声测量以及噪声信号的分析,对比分析油泵噪声的形成原因,为从设计上减少供油系统乃至整台柴油机的震动、噪声,以及设计供油系统的噪声控制装置提供良好的依据。同时,本项目还可以为柴油机实现更好的动力性、经济性以及排放性能提供新的思路[8-10]
    1.2柴油机油泵的噪声测量分析技术的市场现状与前景
    柴油机油泵的噪声测量分析技术,其实质是噪声信号的测量与分析技术在喷油泵工作特性研究中的应用,其目的是为油泵的噪声控制提供理论依据。事实证明,柴油机油泵的噪声测量分析技术具有广泛的市场需求和市场前景:一方面,随着噪声污染日益受到人们的重视以及汽车及发动机噪声控制要求的不断提高,行业内部急需关于柴油机各系统及部件的噪声特性参数作为噪声控制的理论依据;另一方面随着噪声测量分析技术被广泛应用于发动机的工况监控,故障诊断,声源定位等发动机的方方面面,行业内部也急需一批良好掌握噪声的测量分析以及噪声控制的技术人员。
    在柴油机噪声特性的研究方面,对于柴油机油泵噪声的测量与分析所获得的关于油泵的噪声特性是整台柴油机噪声特性中不可或缺的一部分。由于过去对柴油机噪声的研究主要集中在其燃烧系统与机械系统(曲柄连杆机构、气门传动机构)等传统噪声源,而对于供油系统的噪声研究则有所缺少,因此,本次研究是对过往柴油机噪声研究工作的重要补充。此外,由于柴油机喷油系统存在多对精密偶件,这些精密件的工作特性的好坏会直接对喷油系统的喷油性能产生影响,从而影响到整台柴油机动力性、经济性、排放性的好坏。而噪声总是有机械振动或空气振动引起的,过大的噪声和振动会对精密件的工作产生一定的影响。因此,柴油机油泵的噪声分析对于柴油机性能的优化具有全局性的作用,同时也为柴油机不断满足市场需求提供了新的工作方向。
    噪声测量分析技术对于发动机的其他方面也有着广泛的应用。在发动机故障诊断方面,技术人员往往是以发动机外在的表现情况为根据,从而对发动机的工作情况和故障诱因进行合理的推测,因此在进行发动机的故障诊断时需要获取大量关于发动机的工作参数。在以往的故障诊断工作中,技术人员通常是借助于发动机内置的各种传感器所采集到的信号来对发动机工况进行评估,这种方法所采集到的信息稳定可靠,而且精度灵敏度高,但是前期投入费用高,而且传感器的安装较为繁琐,往往需要在发动机各部件内打孔。与之相比,噪声信号不仅测取方便,而且携带信息丰富[11],从而在故障分析与诊断中日益受到重视。

    结    论
    Cp2.2喷油泵在转速为1200r/min、油压为1600bar、供油量为5.4L/min工况下的声功率测量结果是101.09分贝;其噪声频谱峰值出现在125、250及800到1600Hz的频带上;随着转速增大,1250到2000Hz的频带上,总声功率级增加,噪声能量增强;随着油压增加,1000Hz频带上出现噪声峰值,并且声压级逐渐变大,随着油压的升高,总的声压级逐步增加;Cp2.2的噪声频谱在800到1000Hz的频带上是最主要的噪声源。EP1FA喷油泵(调压阀50%)在转速为1200r/min、油压为1600bar、供油量为4.3L/min工况下的声功率测量结果是97.13分贝;其在250和800Hz附近存在噪声频谱峰值。随着转速的提高,1000到2000Hz频带上的噪声值逐步增加,总的声压级也逐步增加。随着油压的增加,800和1000Hz上的噪声声压级增加,总的声压级增加。最高噪声频谱在800和1000Hz频带上。
     
    参考文献:
    [1]张式杰.汽车噪声分析与降噪措施及噪声的测量方法[J].汽车实用技术
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    [6] Von Bebastian Schilling.喷油泵诱发的柴油机噪声研究.油泵油嘴技术.1995.(3)
    [7] 罗 虹, 余文国,褚志刚.声强测量法在发动机表面声源识别中的运用. 重庆大学学报(自然科学版).(2005)6
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