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工程机 械噪声控制技术

随着工 程机械行业的发展,工程机 械的噪声成为影响工程机械质量的重要原因之一。为了探 讨工程机械的噪声控制技术,分析了 工程机械噪声来源,认为工 程机械的噪声来源复杂,采取综 合降噪措施可以有效控制工程机械噪声。
0引言
     随着工 程机械行业的迅猛发展,人们对 工程机械的综合性能提出了更高的要求,节能环 保成为重要的研究内容。与普通车辆相比,工程机 械噪声对环境的污染尤为严重。
近几年,中国工 程机械发展迅速,缩短了 与国外产品的差距,产品质 量和可靠性得到大幅提升。但严峻的事实是,与发达国家相比,中国国 家标准规定的工程机械噪声限值普遍较高。如何有 效控制工程机械噪声,成为与 国外产品竞争的一项重要内容。
1工程机械噪声现状 
     噪声作 为一项重要的环境污染源,日益受到人们的关注,出现了 相应的强制性标准,产品噪 声水平成为评价产品质量的一项强制性指标。
     工程机 械行业的迅速发展,使对工 程机械已不再是简单的要求作业效率和可靠性这些指标,特别是 国内工程机械产品对欧美地区出口量的逐年增长,社会发 展和用户群对于工程机械产品的舒适性和振动噪声控制的要求越来越严格。过高的 噪声不但使驾驶员迅速疲劳,从而对 工程机械产品行驶安全性构成威胁,过大的 机械噪声还严重影响周围环境。
1.1与发达国家相比,中国国 家标准限值较高
     1996年,中国颁布了国家标准《工程机械噪声限值》(GB16710.1-1996),该标准 规定了工程机械司机位置处的噪声限值和机外辐射噪声声功率级与标定功率间的关系,如规定标定功率130~160kW时的噪声声功率级≤118dB(A)。其他国 家标准或行业标准也对工程机械产品的噪声进行了限定,比如,2005年发布的国家标准《压路机通用要求》(GB/T13328-2005)规定了 压路机的噪声限值。  
     与中国相比,发达国 家的国家标准规定更为严格。如,2002年欧洲 修订的标准噪声限值规定发动机功率为154kW时的噪声声功率级≤104dB(A),比中国 国家标准规定低14 dB(A)。
1.2与发达国家相比,中国噪声研究较晚,产品噪 声水平有较大差距 
     国外对噪声研究较早,特别是美国,上世纪70年代就 开始了对车内噪声特性的研究。基于相 关标准的严格规定,各发达 国家对工程机械噪声控制开展了广泛研究,从采用低噪声发动机,到采用 各种消声减振措施,形成了 完全符合标准规定的产品。
     国内对 工程机械噪声控制的研究较晚,早期集 中在对驾驶室的降噪研究,随着行 业的发展及各厂家产品质量的提升,整机噪 声控制得到重视,相关科 研院所及厂家开展了大量研究。但实际测试发现,国内外 部分产品噪声水平仍存在较大差距,见下表。
表2国内外 部分压路机噪声测试结果对比

测试状态

测点位置

检测结果dB(A)

国标限值

YZ12

YZ13

YZ13D

CC522

BW202

不行驶

司机耳边

81.9

81.1

88.5

86.6

81.2

≤94dB(A)

左侧7.5m

93.3

90.5

91.8

84.4

79.6

≤88dB(A)

右侧7.5m

92.1

90.7

90.7

82.4

79.6

低速行驶

司机耳边

84.2

85.1

86.5

87.4

81.6

≤94dB(A)

左侧7.5m

93.1

91.5

89.3

85.3

81.5

≤88dB(A)

右侧7.5m

92.5

92.8

87.4

84.2

81.5

高速行驶

司机耳边

81.2

84.3

89.9

88.1

85.0

≤94dB(A)

左侧7.5m

93.4

93.4

91.9

86.4

82.7

≤88dB(A)

右侧7.5m

92.7

92.8

93.1

85.2

83.7
 
   上表中,前3种机型为国内产品,后2种机型为国外产品。由表可知,在不同的测试状态,司机耳 边的噪声都能满足国标要求,而国内产品左右两侧7.5m处的噪声普遍超标,而国外产品比国标低1.6~8.4dB(A)。
1.3国内外 广泛采用先进的噪声研究方法
     工程机 械噪声来源复杂,噪声源较多[3-4]。控制噪 声的关键是如何有效准确识别主要噪声源,采取相应降噪措施。传统的 噪声源识别方法主要有:主观评价法、近场测量法、选择覆盖法等。近年来,由于信 号测试分析技术的快速发展,一系列 基于信号处理技术的噪声源识别技术得到了极大的发展和应用,如频谱分析法、相干分析法、声强法、声功率法、声全息 法和声学聚焦镜等。先进技术的应用,取得了 良好的降噪效果。
2工程机械噪声来源
     工程机 械的结构比较复杂,相应的噪声源较多。主要有发动机噪声、动力系统噪声、机体振动噪声、板件辐 射噪声和空气动力噪声等。部分研究表明,发动机的燃烧噪声、进气和排气噪声、冷却风 扇的噪声等是几大重要的噪声源,对整机 噪声水平影响较大。图1~图2是某型 压路机采用声强法识别噪声源的结果。
某型压
路机右侧面等声强线云图
某型压
路机右侧面测点布置实物图
图1中横坐标25~40处对应图2中驾驶 室下方的发动机安装处,是噪声较大区域,其中(35,4)附近的 最高噪声域对应图2 的排气消声器出口。
3工程机械噪声控制 
     噪声传 播的机理一般为:噪声源—>传播途径—>受声者,相应的 可以分别采取不同措施,见表3。
表3 不同的 噪声控制措施对比表

处理对象

措施

特点

噪声源

改善声源,降低声能

降噪效果最好,投入最大,研究周期最长

传播途径

吸声、隔声、隔振、减震,使噪源衰减

降噪效果较好,投入较大,研究周期不太长

受声者

声屏蔽

被迫选择
随着人 们对工程机械噪声的认识,国内外 工程机械厂家采取多种措施控制噪声。
3.1针对噪声源,采用低噪声发动机 
      发动机 是工程机械的心脏,也是最重要的噪声源。采用低油耗、低噪声 的环保型发动机能大大降低对环境的影响,是工程 机械发展的重要趋势。
      一般而言,柴油机 的噪声主要呈现为中高频噪声, 燃烧噪 声和表面振动辐射噪声是最重要的噪声来源,同时,油底壳 也易产生板件辐射噪声,形成另 一个重要的噪声源。
      控制发 动机噪声常采取以下措施: 增加预 喷射减少燃烧噪声, 增加机 体刚度减少机体的表面振动噪声, 采用复 合板油底壳增加阻尼减少油底壳辐射噪声等。增加机 体刚度来减少机体的表面振动噪声常用的方式主要有采用加强筋、外壁制成曲面、在机体 与油底壳之间装加强板、阶梯式机架等。同时,采取隔 离振动和局部阻尼相结合的方法可以衰减中高频噪声。图3为某型低噪声发动机。
3.2针对传播途径,采用密 闭机罩降低噪声传播
      声源发 出的噪音在媒介中传播时,其声压 或声强将随着传播距离的增加而逐渐衰减。噪音声 波在传播过程中经常会遇到障碍物,这时声 波将从一个媒质(空气)入射到另一媒质中去。由于这 两种媒质的声学性质不同,一部份 声波从障碍物表面上反射回去,而另一 部份声波则透射到障碍物里面去。利用介 质不同的特性阻抗,可以达到减噪目的。
      在发动 机安装部位或其他噪声源集中部位,安装密闭机罩,可以切 断噪声传播途径,降低噪 声向外辐射水平。密闭机罩安装时,要求活 动部位安装弹性密封条,以减少噪声泄漏,保证降噪效果。图4为某型压路机的外观,图5为该型 压路机采用的密闭机罩方案。 
3.3机罩安装吸声材料,增加噪声能量衰减
      除了空 气能吸收声波外,一些材料例如玻璃、毛毯、泡沫塑 料等也会吸收声音,称为吸声材料。当声波 通过这些多孔性吸声材料时,由于材 料本身的内摩擦和材料小孔中的空气与孔壁间的摩擦,使声波 能量受到很大的吸收并衰减,这种吸 声材料能有效地吸收入射到它上面的声能。为了加 快噪声能量衰减,进一步降低噪声水平,部分机 型采用机罩内部安装吸声材料的方案,见图6。 
3.4采用先进消声器,降低排气噪声
      发动机 排气噪声是工程机械整机重要噪声源之一,排气噪 声主要包括周期性噪声、冲击噪声、辐射噪 声和气流摩擦噪声,主要由 排气压力的脉动噪声,气流通 过气门座时所发出的涡流噪声,由于边 界层气流的扰动而产生的噪声以及排气口处的喷流噪声所组成。采用高 效消声器是降低发动机排气噪声的关键,见图7~图8。 
3.5综合采取多种措施,保证降噪效果
      工程机 械的噪声控制涉及的因素较多,单一降 噪措施一般效果不明显,综合采用多种措施,大大降 低整机噪声水平。如图7中,发动机 安装在密闭机罩里,其噪声 向外衰减的能量大大降低,采用高效消声器,进一步 降低发动机排气噪声。
4结语
      随着工 程机械质量的全面提升,对工程 机械的噪声水平的要求日益严格。与国外产品相比,而国内 产品噪声控制水平仍有相当差距,甚至部 分产品超过国家标准。工程机 械噪声来源复杂,采用低噪声发动机,并综合采用多种措施,才能保 证较好的降噪效果。


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