基于RSPWVD的装载机驾驶室内异响声源的识别

2016-09-06熊玉力山东临工工程机械有限公司山东临沂276023

中国设备工程 2016年9期

关键词：阀体时频异响

熊玉力（山东临工工程机械有限公司，山东临沂 276023）

熊玉力
（山东临工工程机械有限公司，山东临沂 276023）

提出了用重分配平滑伪魏格纳维尔分布（RSPW VD）方法分析某型号装载机在加速过程中车内产生异响的原因。试验结果表明，RSPW VD方法具有较高的时间及频率分辨率，可快速准确的找到异响的噪声源，对整机异响排除具有借鉴意义。

车内异响；时频分析；RSPW VP；声源识别

某型号装载机在加速过程中，发动机转速较低时没有异响，随着发动机转速的升高异响越来越明显然后逐渐降低直至完全消失。由于装载机加速过程中的振动及噪声信号具有时变非平稳性，传统的频谱分析方法无法准确识别异响声源的位置及信号特征。魏格纳维尔分布（Wigner-Ville Distribution，WVD）和其他时频分析方法相比，具有较高的时频分辨率，但是WVD对于多分量非平稳信号却存在固有交叉项干扰的缺陷，在以损失其分辨率为代价的前提下衍生出许多抑制交叉项干扰的方法，如平滑伪Wigner分布，Choi—Williams分布，这些方法都能够抑制部分交叉项[1-5]。在此基础上，Auger F 和Flandrin P提出了重分配平滑伪魏格纳维尔分布（R SPWVD）方法[6]，可以在有效抑制交叉干扰项的基础上保持比较高的时间和频率分辨率。

本文利用LMS测试系统，对整机车内噪声、转向阀噪声及方向盘、转向柱、底板、转向阀体进行测试，利用R SPWVD方法对试验数据进行分析后，快速准确地识别出了该异响的噪声源，对装载机噪声诊断及降噪设计具有重要的参考价值。

1 理论背景

设（）x t是时间的确定性复值函数，则魏格纳维尔分布（WVD）的定义为对τ的傅氏变换[7]，即：

相对于短时傅里叶变换（STFT），WVD方法具有很高的时间和频率分辨率，对于单分量信号采用WVD方法获得的时频图可以比较准确地描述信号在时频域的变化过程；但对一多分量信号用WVD方法则会产生交叉干扰项，严重影响信号的时频表示。平滑伪魏格纳维尔分布（SPWVD）可以削弱干扰项的影响，其定义为：

但SPWVD方法削弱干扰项的同时也降低了频率和时间的分辨率，于是Auger F 和Flandrin P提出了重分配方法[6]，该方法把原来时频分布面内的任一点（，）tω的能量值重新分配到各能量重心，即：

根据（3）（4）式，得到重分配伪魏格纳维尔分布（R SPWVD）：

2 试验方案

本文应用比利时LMS公司的SCADA Mobile数据采集系统，测试样车空载加速与减速过程中的振动噪声以及转向柱和转向阀之间的传递函数。试验状态共三种，包括样车原始状态、拆除转向系统表面塑料件的状态、断开转向柱与转向阀后的状态，传感器的布置位置如表1所示。

表1 传感器布置位置

3 试验结果分析

（1）异响噪声时频谱分析。试验过程中，样机在原始状态下存在异响，拆除转向系统表面塑料件后，车内异响依然存在，证明产生异响的部件不是塑料内饰件。最后断开转向柱与转向阀后发现车内异响消失，将该状态下的车内噪声，与原始状态下的测得噪声一起进行时频谱变换并作对比，可以看到发动机加速的过程中异响由无到有再到逐渐消失的过程，通过对比可知，车内异响主要与转向系统有关，并且异响的频带是在998.90 Hz附近及其低频谐次频率附近。

（2）基于振动频谱分析的声源识别。为寻找异响噪声源的位置，在样车原始状态下，测量了发动机加速过程中方向盘、转向柱、驾驶室地板及转向阀的振动加速度，测量方向均为垂直方向。

通过对比样车原始状态下转向柱、方向盘及驾驶室地板的垂直方向振动加速度可知，转向柱振动最大，其次是方向盘，振动最小的是驾驶室地板，这也证明造成车内噪声异响的振动源不是来自地板及方向盘。

通过对比转向柱和转向阀体在发动机加速过程中的垂直方向振动加速度可知，在发动机加速过程中，存在比较明显的振动加速度由小变大再减小的过程，并且转向阀体的振动幅值明显高于转向柱，可以断定转向阀体是产生车内异响的激励源。

通过观察中可以看到转向阀在发生异响时的能量分布比较发散，在频域范围内占据比较宽的频带范围，大约从0~1 000 Hz。在时域内有两个产生异响的时间段，分别为30~50 s，110~150 s。

（3）转向系统动态响应特性分析。进一步对转向系统进行了动态响应测试，对转向柱进行锤击激励，在转向阀体进行加速度响应拾取，得到传递系统的动态响应曲线如图1所示。

由图1可知，转向阀在901~1 036 Hz附近存在较明显峰值，使得由转向阀体的振动经过转向柱放大产生异响。这也与异响的频带范围相符，证明异响确实是由转向阀产生。转向阀振动与噪声较大的主要原因是液压油的前冲作用、转向盘转速较小时产生的转向缸的低速爬行现象及转向阀从高速运行状态停止时产生的强烈的“油击”现象。通过优化转向阀阀口参数、在转向阀内增加适当的阻尼等方法可以有效的抑制转向阀的振动，并降低由此产生的噪声。

4 结论

（1）R SPWVD可以同时反映信号在时域及频域上的特征，并且可以消除交叉干扰项的影响，具有较高的时间及频率分辨率，可以快速准确地识别装载机驾驶室内异响信号的声源，为装载机异响故障的诊断提供了可行的方法。

（2）驾驶室转向柱下的转向阀是产生车内异响的声源，由于转向阀转向过程中液压油的冲击导致了异响的产生，可以通过优化阀口参数或在液压阀内增加适当的液压阻尼来解决车内异响问题。

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