工程机械噪声及减振降噪

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1、 工程机械噪声及减振降噪 随着工作环境水平的不断提高， 人们对噪声的关注越来越大， 目前国内外对工作环境的 噪声值都有要求，以压路机为例，就有比较明确的噪声值的限制。 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

2、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 88 B(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 1.68.4dB(A)。 因此，

3、具有改进的空间。 本文探究的就是工程机械（压路机、铲车等）噪声领域噪声产生的机理、测试方法以及 减振降噪措施。 工程机械噪声的声源以及影响因素 工程机械噪声产生的主要因素是空气动力、机械传动、液压三部分。从结构上可分为发 动机噪声，传动系噪声，液压噪声，车体噪声，底盘各部件连接配合引起的噪声，制动系统 噪声，工作装置动作操作冲击噪声等，其中中发动机及其相关件产生的噪声占1/2以上，因 此发动机的减振降噪成为工程机械噪声控制的关键之一。下面从结构上对主要部分产生噪 声的机理进行分析。 1. 发动机噪声 发动机噪声主要是由于内燃机的空气动力噪音，燃烧噪音，机械噪音。 空气动力噪音占有重要分量，是采

4、取降噪的主要对象。主要有：进气噪声、排气噪声、 风扇噪声等。 1.1 进气噪声 产生机理：进气门周期性开闭引起进气管道内压力起伏变化，从而 形成空气动力性噪声， 称为进气噪声， 一般进气噪声比发动机本体噪声高出5dB 左右，是仅次于排气噪声的主要噪声源。 1.2 排气噪声 产生机理： 排气门打开时， 排， 废气通过气压阀时产生的涡流噪声。 气管道内压力起伏变化排气噪声是发动机最主要的噪声源， 往往比发动机本体 噪声高出 1015dB 左右。与发动机功率、排量、转速、平均有效压力以及排气 口形状、尺寸等因素有直接关系。 1.3 风扇噪声 产生机理：风扇转动时使周围气流产生涡流使空气发生扰动，以及

5、 风扇本身结果与护风圈的共振，产生噪声。 1.4 燃烧噪音 产生机理：气缸内气体压力的变化。影响因素：点火提前角、压缩 比、燃烧室的形状等。 1.5 机械噪声： 曲机部分 产生机理：主要是活塞对缸体的敲击，根本原因在于它们之间存在 间隙并且往复运动的活塞所承受的侧向力发生方向突变。 影响因素： 活塞间隙； 活塞销孔的偏移；活塞高度；活塞环数；缸套厚度；润滑条件等。 配气机构噪声 产生机理：气门开关时的撞击，凸轮和挺柱间及气门落座时的 冲击等均会发出噪声。 影响因素主要是凸轮型线、 气门间隙和配气机构的刚度。 齿轮噪音 产生机理：两个啮合齿轮具有相同的啮合频率。由于啮合频率即为 齿轮的受激频率，

6、 当激励力的倍频高谐成分与齿轮固有频率吻合时将出现共振， 产生很大的噪声。 2. 传动系统的噪声 传动系噪声来源于变速齿轮啮合引起的振动和传动轴旋转振动 3. 液压噪声 液压系统是工程机械的重要噪声源。液压系统的主要噪声源之一是油泵，研究表明，液 压阀的噪声特性主要与三个因素有关：阀的类型，阀内流体流向以及回游腔内压力。这 三个因素很大程度上决定了液压阀的噪声。液压机构各部件之间在运动时的碰撞与摩擦 会产生较多噪声。现今液压设备在向高速、高压和大功率的方向发展，因此噪声也必然 会相应增高。 4. 车体噪声 车体噪声主要有两方面，一是车身结构因与发动机相连引起的振动噪声，另一方面是工 作装置在装

7、料、卸料工作过程中撞击发生的冲击噪声。 噪声测试技术 噪声的测量主要是声压级、声功率及其噪声频谱的测量。这里测量声压级。 声级计：根据国际标准和国家标准按照一定的频率计权和时间计权测量声压级的仪器， 它是声学测量中最基本最常用的仪器， 可以模拟人耳对声波反应速度的时间特性； 对高低频 有不同灵敏度的频率特性以及不同响度时改变频率特性的的强度特性。 是根据人耳的等响特 性而定制的测量声级大小的仪器。 它的频响与人耳的等响特性曲线相适应。 其频率响应曲线 由频率计权网络即一种特殊的滤波器来完成。 声级计原理：声级计主要由传声器、放大器、衰减器、计权网络、电表电路及电源等部 分组成。 由传声器将声音

8、转换成电信号， 再由前置放大器变换阻抗， 使传声器与衰减器匹配。 放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权 ( 或外接滤波器 ) ，然后再经衰减 器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器 ( 或外按电平记录仪 ) ，在指示 表头上给出噪声声级的数值。 适用于室内噪声、环境保护、机器噪声、建筑噪声等各种噪声测量。工程机械噪声通常 也是采用声级计测量。 仪器上有阻尼开关能反映人耳听觉动态特性，“快” 挡： 测定起伏不大的稳定噪声；“慢” 挡：测定起伏超过 4dB 的噪声。对于无规则起伏的连续噪声，如果测量它的平均值，一般 用“慢”挡，如果要测量某种噪声变化的最大值，而没有“最大保

9、持”挡，应该用“快”挡， 观察它的最大指示值。 在测量噪声时，用声级计测量，选择用“快”挡测量。使用方法如下： 1） 声级计使用环境的选择： 选择有代表性的测试地点， 声级计要离开地面， 离开墙壁， 以减少地面和墙壁的反射声的附加影响。 2）天气条件要求在无雨无雪的时间，声级计应保持传声器膜片清洁，风力在三级以上 必须加风罩(以避免风噪声干扰)，五级以上大风应停止测量。 3）打开声级计携带箱，取出声级计，套上传感器。 4）将声级计置于 A 状态，检测电池，然后校准声级计。 5）对照表(一般常见的环境声级大小参考)，调节测量的量程。 6）下面就可以使用快(测量声压级变化较大的环境的瞬时值)、慢(

10、测量声压级变化不大 的环境中的平均值)、 脉冲(测量脉冲声源)、 滤波器(测量指定频段的声级)各种功能进行测量。 7）根据需要记录数据，同时也可以连接打印机或者其它电脑终端进行自动采集。整理 器材并放回指定地方 其它测试噪声的方法：声强测量 声强测量：由于声强是矢量，反应了声能传播的大小和方向，其测量不受环境的影响。 声强测量也属非接触测量，不受声源类型的限制。通过声强测量，不但可测得声源声强级的 高低，同时可识别声源的方位，用它来识别噪声源和研究结构的传声损失，比用声压法研究 具有许多优点。随着电子技术、信号处理技术和计算机技术的发展，声强测量法己成为声学 领域中一种重要的测量技术， 特别是

11、在车辆噪声控制中得到了广泛的应用。 声强测量主要的 优点在于： 1）声强法具有较好的抗背景噪声的能力，它简化试验条件对试验环境要求不高，可以 方便地应用于车辆的噪声测试分析。 2）通过声强测试分析得到的三维声强图和等声强线图等，能够定性、定量、形象地描 述车辆噪声的声场特性， 可有效地进行噪声源定位分析， 对于改进设计提高整车的噪声水平 具有实际的重要意义。 减振降噪措施 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， 见下表： 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

12、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 根据上文的分析，对于噪声的控制方法如下： 1.1)对于进气噪声：进气歧管的设计在降低重量的同时，兼顾进气歧管壁厚，各支管增 强加强筋， 同时在歧管总管外壁加上可以降低噪声的褶皱， 这样可以有效隔断进气噪声传播 的途径，另外增加进气总管的容积，也可以稳定进气压力，一定程度降低噪声； 1.2)对于排气噪声：增加排气消声器和减小内排气歧管传来的结构振动。具体有：使管 与气流方向一致；合理设计管长，使管的声共振频率错开；使管各连接处有较大过度圆角， 减小断面，以减弱声共振；降低内壁粗糙度值。 1.3)对于风扇噪声： 适当选择风扇与散热器之间

13、的距离； 改善叶片形状； 更换叶片材料， 有机合成材料叶片噪声较金属叶片噪声小。 1.4)对于燃烧噪声：提高机体及缸套的刚性，采用隔振隔声措施。 1.5)对于发动机机械噪声：曲机部分：减小活塞与缸壁的距离；活塞销孔中心偏移，避 免整体直线冲击；在活塞表面涂一层塑性材料，增加活塞表面的振动阻尼。配气机构部分： 采用液压挺柱消除气门间隙；提高凸轮加工精度，减小表面粗糙度值；减轻驱动元件重量； 选用性能优良的凸轮型线。齿轮方面：正确选择结构与尺寸，在强度许可的条件下，减小模 数增大齿数以加大啮合系数，尽量不使齿速过大；采用斜齿轮；提高加工精度和表面质量； 齿顶修缘避免冲击；对齿轮进行阻尼处理减轻振动

14、烈度。 2) 对于传动系统噪声：一般采取的措施是：一是选用低噪变速器，二是发动机与变速箱及后桥主减速器等部件与底盘用橡胶减振垫进行柔性连接， 从而达到隔振的目的， 三是控 制传动轴的平衡度，降低扭转振动。 3) 对于液压噪声：液压系统的主要噪声源之一是油泵，为了降低其噪声，一是在油泵 结构设计上消除一些机械冲击和压力冲击， 二是想办法消除由几何空间变化不均匀所造成的 压力脉动。 研究表明，液压阀的噪声特性主要与三个因素有关：阀的类型，阀内流体流向以及回游 腔内压力。 这三个因素很大程度上决定了液压阀的噪声。 因此在阀的结构以及油的流向和速 度可以做相应的改进。 4)对于车体的噪声：控制降低此类

15、噪声的基本途径是设计采用专业的隔振器。 其他措施 对工程机械噪声的控制， 除了在设计上使用优化方法和零件的优化选用以外， 还可以对 噪声进行主动控制。这就是以声消声技术，原理是：利用电子消声系统产生与噪声相位相反 的声波使两者的振动相互抵消，以降低噪声。这种消声装置采用极其先进的电子元件，具 有优异的消声效果，可用于降低车内噪声、发动机噪声，还可以用于主动发动机支撑系统， 以抵消发动机振动噪声。 参考文献： 1 王太勇. 机械噪声的测试分析与减振降噪技术M.机械工业出版社, 1995. 2 蒋真平，周守艳. 工程机械噪声与控制分析J.建筑机械，2007 3 毛兴中.陕西交通技术学院 4 应怀藮.现代振动与噪声技术（第三卷）M.航空工业出版社.2002. 5 周湧麟,李树珉.汽车噪声原理、检测与控制M.中国环境科学出版社,1992.