振動壓路機冷卻風扇的位置優(yōu)化試驗

劉潔+牛春亮+夏磐夫

摘要：為了提升振動壓路機冷卻風扇的性能，提出采用優(yōu)化冷卻風扇安裝位置的方法。通過調整冷卻風扇與導風罩之間的相對位置，尋找冷卻風扇性能參數(shù)噪聲風速比的最小值，實現(xiàn)振動壓路機冷卻風扇性能最優(yōu)化。對優(yōu)化后的風扇進行了試驗，結果表明：安裝位置優(yōu)化后，風扇的噪聲風速比比優(yōu)化前平均降低1.96 dB·s·m-1，冷卻風扇的性能平均提升15.06%，優(yōu)化效果顯著。

關鍵詞：冷卻風扇；位置優(yōu)化；噪聲風速比；振動壓路機

中圖分類號：U415.52文獻標志碼：B

Abstract： In order to improve the performance of the cooling fan of vibratory roller， a method of optimizing the installation position of the cooling fan was proposed. By adjusting the relative position between the cooling fan and the windshield and finding the minimum value of the ratio of noise to wind speed， the performance optimization of the cooling fan should be realized. The optimized fan was tested， and the results show that the average ratio of noise to wind speed of the cooling fan is 1.96 dB·s·m-1 lower than before， and the performance is improved by 15.06%， suggesting that the optimization effect is remarkable.

Key words： cooling fan； position optimization； ratio of noise to wind speed； vibratory roller

0引言

冷卻風扇是振動壓路機發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的關鍵部件，其性能不但直接影響發(fā)動機的工作狀態(tài)，而且對于保證發(fā)動機的經(jīng)濟性和壽命具有重要意義[1]。然而，冷卻風扇對發(fā)動機進行冷卻所產(chǎn)生的噪聲也是壓路機的一項主要噪聲源[23]，如何實現(xiàn)冷卻風扇冷卻效果和噪聲的最優(yōu)化已成為冷卻風扇性能研究的一項重要課題。例如方建平等利用三維數(shù)字化掃描技術獲取了風扇的三維實體模型，通過對風扇湍流流場的分析改進了風扇結構[4]；楊維平等人探究了風扇和導風罩相關結構參數(shù)對其風量大小和噪聲水平的影響，通過選型得到了最合適的風扇和導風罩型號[5]；芮宏斌等人通過試驗對比分析了是否安裝導流環(huán)對風扇性能的影響，得出了安裝導流環(huán)的風扇性能優(yōu)于沒有導流環(huán)的風扇的結論[6]；S. KRISHNA等人利用Fluent軟件對某風扇進行了CAA和CFD分析，預測了風扇全局聲壓級的大小和噪聲的主要來源，并通過修改風扇的幾何參數(shù)，降低了風扇的氣動噪聲[7]。

以上這些方法都是通過優(yōu)化風扇結構或更換風扇來實現(xiàn)風扇性能提升，未考慮冷卻風扇的安裝位置對風扇性能的影響。故本文從優(yōu)化冷卻風扇安裝位置的角度出發(fā)，研究振動壓路機冷卻風扇安裝位置對風扇性能的影響，通過調整冷卻風扇與導風罩之間的相對位置，實現(xiàn)冷卻風扇性能最優(yōu)化。

1振動壓路機冷卻風扇的性能

噪聲風量比描述了單位風量對風扇噪聲的貢獻值，該值越小，意味著單位風量對風扇噪聲的貢獻值越小，風扇的綜合性能越好。本文研究冷卻風扇更換后的安裝位置對風扇性能的影響，試驗過程中風道的橫截面積不變。為簡化計算，用噪聲風速比代替噪聲風量比，噪聲風速比的定義為

2.1試驗及方案

為實現(xiàn)冷卻風扇安裝位置最優(yōu)化，參照相關國家標準及試驗規(guī)范，對某振動壓路機的風扇進行性能測試。采用某品牌新風扇B（直徑510 mm，葉片6個，軸向寬度為80 mm）替換原裝風扇A（直徑為600 mm，葉片12個，軸向寬度為55 mm），采用圖2所示的臺架進行噪聲和風速測試，噪聲測試位置和風速測試位置分別如圖3（a）中M1、M2和圖3（b）中1～12號圓圈點所示，最終測試結果以各測點的均值表示。采用表1所示的2組工況進行試驗，風扇轉速分別為2 100 r·min-1和2 300 r·min-1，對原風扇在原安裝位置d=10 mm處時進行試驗，其結果作為參考。

2.2試驗結果分析

表2是2組工況下原風扇在原安裝位置（d=10 mm）處的試驗結果，其主要問題是風扇的噪聲偏大，2組工況下均高于96 dB。表3是2組工況下新

風扇在不同安裝位置處的試驗結果。從表3可以看出，新風扇較原風扇噪聲明顯降低，2組工況下新風扇的噪聲均低于96 dB，且新風扇的噪聲和風速隨風扇安裝位置的變化而變化。根據(jù)該試驗數(shù)據(jù)，通過3次樣條曲線擬合算法建立新風扇的噪聲風速比Rnv與安裝距離d之間的函數(shù)關系，其擬合曲線如圖4所示。根據(jù)式（6）建立的優(yōu)化函數(shù)，求出擬合曲線中Rnv的最小值及對應的安裝距離d*，見表4。

3結語

振動壓路機冷卻風扇的安裝位置是影響冷卻風扇性能的重要因素，在更換冷卻風扇時，將新風扇安裝到原風扇的安裝位置不能有效地發(fā)揮新風扇的性能，對冷卻風扇的安裝位置進行優(yōu)化有利于提升風扇性能。試驗結果表明，安裝位置優(yōu)化后風扇的噪聲風速比比優(yōu)化前平均降低196 dB·s·m-1，冷卻風扇的性能平均提升15.06%，優(yōu)化效果顯著。

參考文獻：

[1]姚運仕，馬芳武，馮忠緒，等.冷卻風扇“拍振”影響車內噪聲的試驗研究[J].鄭州大學學報：工學版，2013，34（4）：4044.

[2]姚運仕，馮忠緒，朱偉敏，等.振動壓路機的噪聲淺析[J].筑路機械與施工機械化，2007，24（7）：4749.

[3]王斌，吳錦武，陳志軍.風扇系統(tǒng)噪聲對發(fā)動機整機噪聲的影響[J].內燃機工程，2004，25（6）：5254.

[4]方建華，周以齊，焦培剛，等.基于逆向和CFD的挖掘機冷卻風扇降噪分析[J].武漢理工大學學報，2009，31（15）：8690.

[5]楊維平，侯亮，蔡惠坤，等.基于CFD的挖掘機冷卻風扇及導風罩降噪研究[J].機電工程，2015，32（5）：585590.

[6]芮宏斌，魏朗，劉凱.發(fā)動機冷卻風扇葉頂間隙泄漏量計算公式的構造[J].長安大學學報：自然科學版，2015，35（3）：130135.

[7]KRISHNA S，KRISHNA A，RAMJI K.Reduction of Motor Fan Noise Using CFD and CAA Simulations[J].Applied Acoustics，2011，72（12）：982992.

[8]江熒.計算流體力學在摩托車發(fā)動機冷卻風扇設計中的應用[J].機械科學與技術，2014，33（2）：253256.

[9]伍文華，杜平安，陳燕，等.大渦模擬在軸流風扇氣動噪聲仿真中的應用[J].機械設計與制造，2013（1）：6365.

[10]周龍剛，趙金鵬，王成，等.壓路機冷卻風扇對整機噪聲的影響[J].工程機械，2013，44（4）：2731.

[11]朱德力，方建華，冀強，等.挖掘機的主要噪聲源淺析[J].筑路機械與施工機械化，2012，29（7）：2427.

[12]柴國英，高波，楊貴春，等.內燃機風扇噪聲分離及其影響因素研究[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2010，37（2）：6465.

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