【无标题】全套管钻机噪声试验方法分析研究

1 引言

随着国家“一路一带”理念的提出，以及高铁建设的提速，铁路、道桥、桩基和水坝等工程施工所遇的地基越来越苛刻，全套管钻机具有无循环干式成孔、低噪声和振动，对邻近建筑地基基础无扰动等其他工法无法替代的优点，，但国内对于套管钻机噪声试验方法标准少之又少，目前，全套管钻机可用的噪声试验的方法标准主要有GB/T 13802-1992《工程机械辐射噪声测量的通用方法》以及JG/T 5079.2-1996《建筑机械与设备噪声测量方法》。本文以郑州宇通重工YTCR200型全套管钻机为例，对以上两种试验方法做对比分析，希望对以后此类机器的噪声测试方法提供一定的指导。

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2 全套管钻机噪声源

研究全套管钻机噪声测试方法，必须首先识别噪声源。套管钻机主机由液压动力站和工作装置两部分组成，结构复杂，声源分散。表1给出套管钻机主要噪声源及其分布。

表1 全套管钻机主要噪声源

噪声源		产生原因
液压动力站噪声	发动机噪声	燃烧产生噪声，电动机噪声，活塞与气缸冲击、燃油喷射系统、配气系统等产生的机器噪声
	风扇噪声	风扇传动的噪声，散热器、风罩共振产生的噪声
	液压系统噪声	液压泵、液压阀振动引起的噪声
工作装置噪声		液压马达、液压缸引起的噪声
	其他噪声	工作装置工作冲击噪声，管路振动引起的噪声

表1所列的各种噪声源，一般情况下，发动机的噪声所占比例最大，由于发动机、风扇和大部分液压系统均在液压动力站中，发动机和风扇的噪声通过中高频气流传播，其频率在400Hz以上，其余的振动噪声靠固体构件转播，在结构较薄处辐射较大噪声，发出中低频振动噪声，其频率在400Hz以下，故液压动力站是主要的噪声来源。

3 测试方法的选择

噪声测试是评定噪声环境、制定噪声标准的可靠依据。噪声测试的目的是为了通过测定机器或部件的声压级查明主要的噪声源，并有效地控制噪声。

3.1 同类标准对比选择

针对噪声源分散的被测声源体，有些测试人员提出采用JG/T 5079.2-1996的测试方法，但相比GB/T 13802-1992，此行业标准又有些不足之处，如表2：

表2 方法标准内容对比

名称内容	JG/T 5079.2-1996 《建筑机械与设备噪声测量方法》	GB/T 13802-1992 《工程机械辐射噪声测量的通用方法》
性质	建筑机械行业的一项基础性环境保护通用标准。	制订具体工程机械辐射噪声声功率测量方法专用标准的依据
适用范围	规定了建筑机械与设备（以下简称机器）正常作业时辐射噪声测量的场所要求、机器工况、测点位置、测量仪器及测量数据处理。	规定了在一个反射平面上方为自由场的条件下，测定工程机械辐射噪声A计权声功率级的通用方法。本标准适用于户外使用的各类工程机械和建筑施工设备，辐射噪声可以是稳态的、非稳态的宽带或窄带噪声。
测试点	平面4点	立体9点及以上
评估噪声综合性	由于液压动力站是主要的噪声源，故采用液压动力站的噪声值作为最终的测量结果。	采用立体测量面将整个机体包裹在里面，综合考虑整机的噪声。
相关标准要求	无	GB/T 26545-2011 《建筑施工机械与设备钻孔设备安全规范》中明确采用此噪声测量法。

由表1可以看出，JG/T 5079.2-1996测量的是机械平面噪声，而GB/T 13802-1992是整机周围立体面噪声，在评价工程机械和建筑施工机械噪声方面要比JG/T 5079.2-1996更科学全面，综合性更强。

此外，套管钻机在安全方面应符合GB/T 26545-2011 《建筑施工机械与设备钻孔设备安全规范》的要求，而此标准中明确采用GB/T 13802-1992的噪声测量法。

综上，套管钻机选择GB/T 13802-1992作为噪声测量的方法标准。

3.2 假想测量面选择

标准GB/T 13802-1992中提供了两种假想的测量面进行噪声测试，分别为半球面和矩形六面体面。

对于半球面测量方法，全套管钻机有几点不适用，总结如下：

（1）测试基准体应是一个假想的最小六面体，基准体刚好包容被测声源体，根据全套管钻机正常的布置形式，其基准体最长边长度达到17640～17740mm，目前徐工XE4000型挖掘机机体长度才10177mm，所以此声源尺寸较大，已不满足最小六面体的构想。

（2）半球面的半径r为基准体最大边长的两倍，并向上圆整为2、4、6、8、10、12m……，那么全套管钻机球面半径为36m，高空点高度为25.56m，测试条件不宜布置较远的测点，也很难达到这样的高度。

（3）测试基准体一般为一个噪声源，但套管钻机分为动力站和工作装置两个声源体。

所以我们选取GB/T 13802-1992中矩形六面体测量方法。

4 噪声测试过程

4.1 试验场地

测量应在自由声场进行，场地应符合下述要求：

场地地面一般应为平坦坚实地面，宽度应有从基准表面到最近测点的两倍以上，在这个范围内，自由声场应没有声音反射物或吸音物，如高大的建筑物、围墙、树木等。

测量时，场地离地面高2m处的风速应小于5m/s；当风速大于1m/s时，传声器应加防风罩。

4.2 试验样机工况

在噪声试验中，套管钻机应在空载（包括钻具）条件下进行一个正常的作业循环。所有的马达和发动机以额定速度运行，附属装置如冷却风扇等应以最大速度运行。

4.3 试验仪器

使用NS4型噪声测试分析系统测量出YTCR型全套管钻机测量面上各个方位的基准表面A声级,采样频率为20000Hz。本次测试使用的设备见表1。

表 3 NS4噪声测试系统清单

序号	名称	型号	生厂商
1	采集卡	ZJ2-008	自制
2	笔记本电脑	X230	联想
3	噪声传感器	BK4189	丹麦BK

4.4 机体位置

对于套管钻机机体位置的确定，应首先使套管钻机动力站长边L11与x轴共线，工作装置的宽边为L22，x轴方向两者之间的距离为d1，工作装置中心线与动力站长边距离为d2，如图3。

图3 套管钻机位置的确定

4.5 测点布置

4.5.1 测量面

测量面是根据基准体尺寸确定的，用以布置测点的假想面。由于套管钻机受到测量场地的限制，声源尺寸较大，不宜于布置较远的测点，故选用矩形六面体测量面。

4.5.2 测量面上的测点布置

工程测法测点位置（传声器放置位置）为距基准表面水平距离7m、离地面1.5m处。图3为套管钻机测点布置图。

图3 套管钻机作业噪声测点布置

矩形六面体测量面与基准体底面重合，矩形六面体测量面与基准体的其余各对应面相互平行，两者之间的距离d可以从1、2、4m中选择。测量面上的测点布置见图4。

图4 矩形六面体测量面的测点布置

基本测点；h =0.50；c =0.5（L3 + d）

4.5 测量仪器要求

4.5.1 传声器

传声器应采用声级计配套的传声器。测量时，传声器固定在细长铁管上面，由于手持铁管不影响测量精度时，所以采用手持的方式将传声器安放于测点位置。

4.5.1 传声器

测量装置系统采用延伸电缆连接，并在使用前，对该系统进行校准。用于校准的声学校准器的精度为±0.5 dB(A)，校准频率在2000Hz。

4.3 测量与记录

测量时，传声器对正被测声源方向。在观测周期内读取A声级的平均值，每点测量时间不少于15s。

4.3.1 数据结果

测试严格按照标准要求，进行至少3次的A声级平均值的测量

表 4 噪声测试结果

机外辐射噪声矩形六面体测法		机外辐射噪声工程测法
测量点	测量值	测量点	测量值
1	82.5	1	79.7
2	77.8
3	86.0
		2	80.1
4	78.3
5	79.3
		3	82.2
6	79.4
7	76.5
		4	76.0
8	75.0
9	80.7
	80.8		80.0

5 噪声测试结果分析

（1）两种测量方法测点投影布置如图5、6，算术平均A声压级结果差接近1dB(A)，差距不容忽视，从测试的全面性来说，矩形六面体测法完全可以覆盖工程测法。最大值都集中在3点，说明动力站的散热风口是主要的噪声来源。

图5 两种测量方法x-y平面测点投影布置

矩形六面体测法投影测点 工程测法投影测点

图6 两种测量方法x-z平面测点投影布置

矩形六面体测法投影测点 工程测法投影测点

（2）J可见，六面体测法1点比工程测法1点三维位置距动力站中心远2.84m，可是噪声数值却高2.8dB(A)，六面体测法2点比工程测法2点三维位置距动力站中心最近，差距才0.04m，可是噪声数值差2.3dB(A)，六面体测法4点比工程测法4点三维位置距动力站中心远2.13m，可是噪声数值却高2.3dB(A)，所以不能忽视工作装置的影响，工程测法将测量结果简单的认为是动力站噪声是不对的。

（3）矩形六面体测法的次噪声值为1点，此值除工作装置噪声外，主要贡献者是动力站的发动机风扇排风口，所以控制其噪声也是降低噪声的一个途径。

6 建议性改进方案

由以上分析可知，全套管钻机的噪声主要来源于动力站两个吸风通道，吸风通道是风扇噪声、机械噪声辐射到机体外部的主要途径。针对套管钻机因散热排风导致隔音效果降低的问题，可设计一种散热排风口用消声风罩。消声风罩由框架、钢板等焊接而成，内涂消声涂料，在降噪的同时导风，将发动机散热排风导向上方。消声涂料可以将振动的能量转化为热等其他形式的能量，从而起到消声防震的效果。消声风罩采用可拆式连接，拆装方便。

7 结束语

噪声试验首先要对噪声源进行分析，有针对性地选取试验方案。本文通过两个方法标准的对比确定科学合理的试验方案，并进行实验结果的对比验证选取正确性，同时确定主要的噪声区域，对其进行建议性改进，为今后类似机器的噪声试验提供试验方法的技术参考。

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