分體空調(diào)器室外機(jī)低頻異響識(shí)別分析及控制

董國祥 李曉陽 盧劍偉

（1.中國揚(yáng)子集團(tuán)滁州揚(yáng)子空調(diào)器有限公司技術(shù)中心 安徽滁州 239000；2.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 安徽合肥 230009）

1 引言

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)器已經(jīng)逐漸成為人們生產(chǎn)生活中必不可少的環(huán)境改善裝備之一。同時(shí)，伴隨著空調(diào)器產(chǎn)品市場的日益成熟和技術(shù)水平的不斷提升，空調(diào)器的噪音已經(jīng)成為評(píng)價(jià)其產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)市場問卷調(diào)查顯示，噪音已經(jīng)成為消費(fèi)者選購空調(diào)器產(chǎn)品時(shí)最重視的三個(gè)指標(biāo)之一。因此，各空調(diào)器制造企業(yè)紛紛加大投入，在空調(diào)器產(chǎn)品噪音分析及控制等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。其中，空調(diào)器室外機(jī)在工作過程中出現(xiàn)的低頻“嗡嗡”異響是較為典型的一種產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，市場投訴風(fēng)險(xiǎn)很大，因此，在空調(diào)器產(chǎn)品研發(fā)中需要準(zhǔn)確識(shí)別并加以嚴(yán)格控制。

某分體空調(diào)器產(chǎn)品研發(fā)測試中出現(xiàn)了較為明顯的低頻“嗡嗡”異響，為了有效地控制該低頻異響，應(yīng)用現(xiàn)代聲振測試分析手段，對(duì)其異響成因進(jìn)行了識(shí)別分析，并擬定了相應(yīng)的控制對(duì)策，最后通過樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)結(jié)論及控制措施的有效性。

2 異響成因分析

通過人耳主觀感受及室外機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，可以初步判斷該機(jī)型室外機(jī)低頻異響與鈑金件的振動(dòng)可能有較大關(guān)系。為了準(zhǔn)確識(shí)別異響的成因，在半消音室中對(duì)制冷工況下室外機(jī)的噪聲及其鈑金件振動(dòng)情況進(jìn)行聲振測試分析，測試現(xiàn)場示意圖如圖1所示。

測試得到觀測點(diǎn)處的聲壓測試結(jié)果如圖2所示，鈑金件振動(dòng)加速度測試結(jié)果如圖3所示。其中，(a)為時(shí)域測試結(jié)果，(b)為進(jìn)行FFT變換后的處理結(jié)果。從圖3中可以看出，樣機(jī)噪聲和鈑金件振動(dòng)有明顯的節(jié)拍，并且時(shí)間間隔相同，約為0.22s。此外，通過對(duì)室外機(jī)聲壓測試結(jié)果的FFT分析可以看出：壓縮機(jī)2階轉(zhuǎn)速頻率95.4Hz和電源頻率工作頻率100Hz工作頻率接近，可能會(huì)形成拍振，并且其形成的拍振節(jié)拍與時(shí)域測試結(jié)果中的時(shí)間間隔吻合；同時(shí)，壓縮機(jī)的3階轉(zhuǎn)速頻率143.1Hz附近同樣出現(xiàn)了可能產(chǎn)生拍振的頻率，且其拍振節(jié)拍與時(shí)域測試結(jié)果時(shí)間間隔吻合。此外，在鈑金件振動(dòng)測試結(jié)果中可以看到同樣的拍振現(xiàn)象。由此可以推斷，該機(jī)型室外機(jī)的低頻“嗡嗡”異響正是由于其幅值忽強(qiáng)忽弱的拍振形成的，其中鈑金件的拍振是形成低頻“嗡嗡”異響的直接原因，而拍振異響嫌疑頻率范圍可以確定為[95.4Hz,100Hz]和[143.1Hz,147.7Hz]。

結(jié)合對(duì)空調(diào)器室外機(jī)結(jié)構(gòu)分析，可以發(fā)現(xiàn)鈑金件振動(dòng)響應(yīng)主要來自于壓縮機(jī)和風(fēng)扇電機(jī)機(jī)械振動(dòng)的傳遞。除了在傳遞路徑采取必要的結(jié)構(gòu)修改措施外，還需要對(duì)鈑金件進(jìn)行模態(tài)分析，考察其在異響嫌疑頻率范圍內(nèi)的模態(tài)分布情況。對(duì)鈑金件的模態(tài)測試分析采取錘擊法，測試結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，部分鈑金件的若干模態(tài)頻率落在異響嫌疑頻率范圍附近，由此導(dǎo)致鈑金件對(duì)異響嫌疑頻率成分的響應(yīng)變大，這可能是導(dǎo)致該機(jī)型異響較為明顯的原因之一。

表1 鈑金件模態(tài)頻率測試分析結(jié)果

3 低頻異響控制策略及測試驗(yàn)證

由于壓縮機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)等均為外協(xié)采購件，不宜進(jìn)行修改。因此，在考慮制定控制異響的結(jié)構(gòu)修改措施時(shí)，主要從如下兩個(gè)方面采取措施：

（1）對(duì)聯(lián)系壓縮機(jī)及鈑金件的配管進(jìn)行優(yōu)化，減少傳遞路徑的振動(dòng)傳遞效率；

（2）修改鈑金件的模態(tài)屬性配置，減小鈑金件的振動(dòng)響應(yīng)。

應(yīng)用有限元方法對(duì)配管進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中，對(duì)原配管模態(tài)分析結(jié)果如表2所示，從中可以看出，配管的第12階（94.8Hz）、13階（99.5Hz）出現(xiàn)在拍振頻率范圍[97.7Hz,100Hz]附近，且從模態(tài)振型看主要表現(xiàn)為四通閥主導(dǎo)的擺動(dòng)，由此導(dǎo)致在壓縮機(jī)拍振激勵(lì)下配管振動(dòng)較大，并傳遞給鈑金件。因此，需要通過配管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)一步減小配管系統(tǒng)振動(dòng)，特別是低壓閥接管振動(dòng)，以減小對(duì)鈑金件的振動(dòng)傳遞。同時(shí)，在配管的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，為了減小壓縮機(jī)對(duì)底盤的機(jī)械振動(dòng)傳遞，適當(dāng)增加配管的柔性。

修改后的配管模態(tài)分析結(jié)果如表3所示，從中可以看出，與原配管方案相比較，修改后的配管方案模態(tài)屬性較好地規(guī)避了異響嫌疑頻率范圍，對(duì)于減小管路和鈑金件的振動(dòng)傳遞有較好的效果。

表2 原配管方案模態(tài)分析結(jié)果列表

表3 修改后配管方案模態(tài)分析結(jié)果列表

為了方便確定鈑金件的修改方案并對(duì)其進(jìn)行分析評(píng)估，同樣應(yīng)用有限元法對(duì)其進(jìn)行分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。建立的鈑金件有限元分析模型的模態(tài)分析結(jié)果如表4所示，與表1所示的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果較為吻合，可以在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行鈑金件修改方案的評(píng)估。同時(shí)，考察對(duì)應(yīng)的各階模態(tài)振型發(fā)現(xiàn)，右側(cè)板94.7Hz的模態(tài)振型以及頂蓋102.9Hz的模態(tài)振型均表現(xiàn)為聲輻射效率較高的彎曲振動(dòng)，而其他幾階振型主要表現(xiàn)為進(jìn)氣格柵或者擋風(fēng)圈的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，聲輻射效率相對(duì)較小。因此右側(cè)板和頂蓋是鈑金件結(jié)構(gòu)修改的重點(diǎn)。

對(duì)右側(cè)板和頂蓋增加沖壓凹槽并修改其布局，修改后的鈑金件模態(tài)分析結(jié)果如表5所示，較好地改善了鈑金件模態(tài)屬性在拍振頻率范圍附近的分布情況，可望減小拍振作用下的鈑金件振動(dòng)響應(yīng)。

為了驗(yàn)證上述分析結(jié)論及修改措施的有效性，按照配管修改方案和鈑金件修改方案試制樣件并進(jìn)行樣機(jī)改裝，修改后樣機(jī)在半消音室中進(jìn)行測試，低頻“嗡嗡”異響狀況顯著改善，驗(yàn)證了文中分析結(jié)論及結(jié)構(gòu)修改措施的有效性。

表4 鈑金件有限元分析模型模態(tài)分析結(jié)果

表5 修改前后整機(jī)鈑金頻率對(duì)比

圖1 樣機(jī)聲振測試分析示意圖

4 結(jié)論

針對(duì)某分體空調(diào)器產(chǎn)品研發(fā)中出現(xiàn)的低頻“嗡嗡”異響，應(yīng)用聲振測試分析方法，對(duì)異響的成因進(jìn)行了分析識(shí)別，確定了該低頻異響是由于在壓縮機(jī)拍振激勵(lì)下，鈑金件發(fā)生拍振形成的。并進(jìn)一步從傳遞路徑振動(dòng)控制和鈑金件模態(tài)屬性修改的角度，對(duì)該機(jī)型的配管和鈑金件進(jìn)行了修改，最后樣機(jī)改裝測試驗(yàn)證了上述分析結(jié)論及修改措施的有效性。

圖2 樣機(jī)室外機(jī)聲壓測試結(jié)果

圖3 樣機(jī)鈑金件振動(dòng)加速度測試結(jié)果