内燃机车调试中的振动与噪声控制技术研究

内燃机车调试中的振动与噪声控制技术研究

魁小龙

中车资阳机车有限公司

摘要：随着现代交通工业的迅速发展，对内燃机车的性能要求越来越高。其中，车辆在运行过程中产生的振动和噪声问题受到了特别的关注。不仅因为它们影响乘坐舒适性和环境质量，长期暴露于高水平的振动和噪音中还会对驾驶员和乘客的健康构成潜在的威胁。因此，深入研究并掌握内燃机车在调试阶段的振动与噪声控制技术显得尤为关键。本文将系统地探讨该领域内的最新研究成果和技术应用。

关键词：内燃机车；振动；噪声；控制；

一、内燃机车振动与噪声产生机理

内燃机车的振动主要来源于发动机工作时内部燃烧的不均匀性以及机械部件的运动。而噪声则通常由振动引起，通过车体结构传递和空气传播。具体来说，发动机运转时活塞的上下往复运动、曲轴和连杆的旋转、齿轮的啮合以及其他旋转部件都会产生周期性的激励力，进而导致车体和相关部件的振动。当这些振动传递到车辆的车身上时，会引起车身板的振动，从而产生噪声。

二、振动与噪声的评价指标

在内燃机车的设计与调试过程中，通常采用振动加速度、声压级（SPL）等指标来量化评价振动与噪声水平。此外，频率分析也是不可或缺的工具，通过对特定频率范围的振动和噪声进行评估，可以更准确地定位问题并采取相应措施。

三、振动控制方法

针对内燃机车的振动问题，工程师们采取了多种措施来降低振动水平。以下是一些主流的振动控制技术：

1.动力吸振器

为了提高机械设备的性能并减小由其运作产生的噪声，工程师们常常在发动机以及其他产生显著振动的关键部件附近安装振动减振器。这些装置被设计来吸收特定频率范围内的振动能量，从而有效地减少整个系统的振动水平。通过精确调校振动减振器以针对特定设备的振动特征，我们能够显著提升机械稳定性，延长设备的使用寿命，并改善操作环境的整体舒适度。振动减振器的种类繁多，包括被动式、主动式以及半主动式等类型。被动式减振器通常依赖于弹簧、橡胶或其他弹性材料来吸收和耗散振动能量。而主动和半主动振动减振器则利用先进的控制系统与作动器，实时调整其性能以适应变化的振动条件。在选择适合的振动控制解决方案时，必须考虑到系统的自然频率、振源的强度以及期望的减振效果等因素。

2.隔振技术

为了有效减少从机械设备向车体结构的振动传递，常见的做法是采用隔振垫或更先进的悬挂系统，例如液压减震器。这些系统的设计旨在吸收和消散由机械操作产生的动能，防止它通过直接接触传递给车辆的车体部分。隔振垫是一种简单而有效的解决方案，通常由弹性材料（如橡胶）制成，能够缓冲振动并降低其传递到车体的能力。在安装时，它们被放置在机械与车体连接的界面上，起到隔离震动的重要作用。相比之下，液压减震器则提供了更为高级的隔振功能。它们利用液体在密闭容器中的流动来吸收振动能量，将其转化为热能，进而消散。液压悬挂系统通常更加复杂，但能够提供更精确的振动控制，尤其适用于那些对振动敏感或需要高性能隔振的车辆。

3.平衡设计

为了确保旋转组件在运行过程中的稳定性，对其进行动平衡处理是至关重要的。动平衡是一种旨在调整一个物体的质量分布，使之能够在旋转轴上均匀地分配重量的过程。不平衡的旋转部件会导致机器震动，这不仅影响机器的性能，还可能引起结构的损坏，从而缩短机械的寿命。进行动平衡处理通常包括以下步骤：首先，检测旋转部件的质量分布情况，确定重量不均衡的具体位置。然后，根据检测到的不平衡点，在旋转部件的相应位置添加配重或从其对面去除材料，以实现质量的重新分布。最后，通过再次测试确认旋转部件是否达到了所需的动平衡水平。

4.结构修改

在机械设计与工程领域，提高结构的刚性是至关重要的一环。结构刚度的提升可以显著地降低机械系统在外部激励力作用下的振动幅度，进而减少噪音产生、提高设备寿命及操作精准度。为达到这一目标，工程师们常采取一系列措施：

（1)通过有限元分析（FEA）对现有设计进行评估，识别出结构中的薄弱环节。这种计算工具能够模拟实际工况下的应力和变形，从而指导设计改进。

(2)在设计阶段，可使用更高强度的材料或者增加构件的截面积来提高整体的抗弯曲能力。此外，合理地布置支撑点和加劲肋也能有效提升结构的整体刚度。

(3)采用合适的构造形状，例如使用箱型结构或闭合框架以提供更好的固有稳定性。对于复杂组件，可以考虑重新布局内部构造，以实现质量分布的均匀化，从而降低由于重心偏移导致的振动。

(4)动态减振技术如阻尼和隔振也可被整合进结构设计中，以进一步抑制振动响应。这些技术通过吸收能量或隔离振动传递路径，有效降低了系统对外部激励力的敏感性。

四、噪声控制方法

噪声控制主要从声源控制、传播途径控制和接收点保护三个方面着手：

1.声源控制

为了提升发动机的整体性能并降低其运行过程中产生的噪音，我们采取了两项主要的技术措施。首先，我们对发动机的内部燃烧过程进行了细致的改进。通过优化燃烧室的设计，调整燃料喷射时机和量，并引入高效的点火系统，我们成功地实现了更加清洁、平稳的燃烧，从而显著降低了燃烧噪声。

其次，我们在传动系统中采用了低噪音设计的齿轮。这些齿轮经过精密工程处理，以减少在传动过程中产生的不必要的摩擦和冲击。使用这种低噪音型线齿轮可以显著降低机械传动的噪音水平，同时也提高了传动效率和齿轮的使用寿命。

2.传播途径控制

为了有效降低汽车在运行过程中产生的噪音，工程师们采用了多种声学材料和设计策略。首先，他们增加了隔音材料的应用，这通常意味着在发动机舱和车辆内部结构中安装特制的隔音泡沫。这种泡沫能够吸收并减少发动机运转时产生的振动和噪声，从而降低车内乘客所感受到的噪音水平。除此之外，设计团队还专注于创建声学屏障来阻断噪声的传播路径。这些屏障通过物理方式阻挡声音波的传播，有效地阻止了噪音到达车内乘员的耳朵。声学屏障可能包括加强的车体板材、密封的门缝以及专门设计的车底护板等。

3，接收点保护

为了提高乘客和司机在旅途中的舒适度，我们可以考虑采取两项措施来降低车内的噪音水平。首先，我们可以提供高质量的防噪声耳塞。这些耳塞应该由柔软的材料制成，能够有效地减少周围环境的噪音，同时对佩戴者来说又足够舒适，不会在长时间佩戴后引起不适。此外，它们应该易于携带和存放，方便乘客和司机在需要时使用。其次，我们可以对车辆的驾驶室进行隔音优化。这意味着改进车门、车窗以及车顶内衬的材料和设计，以提高其对声波的阻隔能力。通过使用先进的隔音材料，如声音吸收泡沫和密度更高的隔板，可以显著地减少从外部进入车内的噪音。这不仅包括道路噪音和风噪，还有来自引擎和传动系统的声音。

五、调试流程中的具体实践

在具体的调试过程中，技术人员会运用先进的测量设备和分析软件对车体进行详细的振动与噪声测试。通过这些数据反馈，工程师能够识别出主要的问题频率和振源位置，然后根据上述提到的控制方法逐一进行调整与优化。此外，模拟仿真技术的应用也在调试阶段起到了重要作用，它可以预测不同设计方案下的振动和噪声表现，节省了大量的试错成本。

结语：

内燃机车在调试中的振动与噪声控制技术是一门综合性极强的技术领域。它不仅需要理论知识的积累和实验技能的精进，还需要跨学科的知识整合和技术革新。随着新材料的开发、新工艺的引入以及计算技术的不断进步，未来内燃机车在振动与噪声控制方面将会有更加突出的表现，以满足人们对高性能交通工具的期待。

参考文献：

[1]伍川辉，周灿，靳行.改进的振动谱分析在内燃机车降噪中的应用.[J].电子测量技术,2018,41(17):47-51.

[2]何继访，靳海水.ODS和模态分析在空调压缩机降噪中的运用.[J].家电科技,2022,(05):51-52.

[3]隆孝军，靳行，李连凯，陈谢棋，汪伟奇.小波偏相干分析在内燃机车降噪中的应用.[J].噪声与振动控制,2019,39(02):95-99.

[4]李家良.ODS系统在钢铁行业中的应用与研究.[J].数字技术与应用,2019,37(02):108-109.

[5]黄建林，罗飞，付建红，王希勇，杨志彬.小波理论在钻柱振动谱分析中的应用.[J].钻采工艺,2023,31(02):7-9.