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1、工程机械噪声与控制理论问题初探（一）引言随着工程机械行业的迅速发展，人们对于工程机械的舒适性和振动噪声控制的要求越来越严格。噪声的控制，不仅关系到乘坐舒适性，而且还关系到环境保护。一切噪声又源于振动，振动能够引起某些部件的早期疲劳损坏，从而降低工程机械的使用寿命；过高的噪声既能损害驾驶员的听力，还会使驾驶员迅速疲劳，从而对工程机械行驶作业安全性构成了极大的威胁。噪声控制也关系到工程机械产品的工作的平顺性、耐久性和安全性。因此振动、噪声和舒适性这三者是密切相关的，既要减小振动，降低噪声，又要提高乘坐舒适性，保证产品的经济性，使工程机械产品的噪声控制在标准范围之内。进入21上世纪后，人类为了实现可
2、持续发展，提出了工程机械的环保技术和信息技术，使工程机械发展进入了新的发展阶段。欧美和日本市场对工程机械产品的噪声实施了更加严格的要求。因此工程机械的环保技术和信息技术是今后国际工程发展趋势的主流。为配合国际化战略，以国际先进产品标准为指导，提升产品技术水平，尤其为进一步开拓国际市场，徐工产品下一步发展思路和主要目标之一就是进行节能、环保、操作舒适性等技术的研究。1噪声的种类产生工程机械噪声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（即燃烧噪声、排气噪声、冷却风扇噪声、发电机噪声），发动机本体噪声（如发动机振动，配气轴的转动，进、排气门开关等引起的噪声）。传动系噪声、底盘
3、各部件的连接配合引起的噪声，车身噪声（发动机引起车身结构的振动，附件的安装不合理引起的噪声），液压噪声（齿轮泵，液压阀及管路振动引起的噪声），制动系统排气噪声，工作装置动作冲击噪声。其中发动机及其相关件产生的噪声占二分之一以上。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。2噪声要求早在1983年，一部分国产装载机因噪声过高，北京市公安局不发给使用牌照，购买单位纷纷要求退货，使工程机械生产企业受到了一次强烈的冲击。1984年，机械工业部颁布了工程机械噪声限值标准（JB3774.84）;1990年国家环保局颁布了建筑施工场界噪声限值标准（GB1252390）。在以上基础上，参照ISO/D
4、IS63936396:1995标准，1996年颁布了国家标准工程机械噪声限值（GB16710.11996),该标准规定的限值作为现阶段我国工程机械产品的最低指标，是强制性标准而发布实施(比JB3774.1-84有所放宽)。该标准规定了工程机械司机位置处噪声限值为92dB(A),还规定了机外辐射噪声声功率级与标定功率之间的关系。分别见表1,2由于西方发达国家制造业水平较高，无论是发动机，还是油泵、变速箱、变矩器等机械、液压部件等运行噪声较小。出于对环境和对人体健康的保护，这些国家的嗓声限值标准一直在不断降低。欧洲噪声限值标准于1997年修订，比原标准下降4dB(A),其中规定最大噪声不得大于11
5、3dB(A),发动机功率为154kW时，噪声声功率级限值应小于等于107dB(A)，比我国现行国家标准低lldB(A).2002年1月1日，欧洲标准进一步修订，比97年标准下降3dB(A)。在日本，1997年10月颁布实施的最低噪声限值标准，比97年欧洲标准严，其中规定发动机功率大于105kW1t寸，最大噪声不得大于106dB(A),比我国现行国家标准低12dB(A)。现在，降低工程机械产品噪声排放限值已是全球性趋势。欧盟2000年5月5日的颁布的宥关室外使用设备环境噪声排放法规规定，从2006年1月，实施该法规第二阶段噪声排放标准，同等发动机功率设备，比1997年修订的欧洲噪声限值低23dB
6、（A）。具体噪声排放标准见表33噪声评价与噪声的控制噪声评价指标主要是指车内、外的噪声值和振动适应性。评价方法可分为主观评价和客观评价。影响汽车噪声主观评价的主要因素是舒适性、响度和确定性。在客观评价时，可以采用噪声测量装置测量试验进行分析；此外模拟技术中的声场分析有限元法（FEM）和边界元法（BEM）也被广泛应用。国外对噪声研究着手较早，1970年美国开始对车内嗓声特性进行研究，八十年代，美国工程力学研究所在研究车内噪声特性预测方面做了大量的研究工作，他们系统研究了声学模态分析的有限单元建模方法，探讨了车身结构振动对车内声场的影响以及车内声压对边界振动的影响，建立了结构一声学藕合的有限单元模
7、型。完成了弹性边界的声学模态分析和车身结构受迫振动时车内声压分布的计算，推导出结构振动一声压波动在受到外界干扰力作用时的有限元计算公式，为车内噪声预测分析打下了良好的基础。日本对工程机械噪声的研究也非常重视，在主要传动件噪声得到有效控制后，深入研究不同结构形成的空气流噪声，并应用在新一代挖掘机等工程机械上。国内在车辆噪声研究方面起步较晚，工程机械噪声的分析研究则更晚。近二十年来，治理工程机械噪声已成为许多生产厂和科研部门急需解决的重要课题。出于对舒适性的要求，国内外对车体K驾驶室R的振动及振动噪声研究较多，对车外噪声的分析研究相对较少，但近几年来也在逐步增加。噪声治理首先要找出主要噪声源。频谱
8、分析法是识别噪声源基本方法之一，频谱分析中除了使用幅值频谱图以外，最常用的还有功率谱图，此外还有相干函数法、倒频谱法。自70代起，声全息理论发展迅速，但至今未能得到广泛应用，主要是设备昂贵，且空间分辨误差要大于声波的波长。声强测量法是80年代初在声学测量和信号处理方面发展起来的新技术，已为人们普遍接受，由于测点太多，在我国一般厂家很难实现。近几年，采用声近场声全息技术和声压法识别车外主要噪声源的研究都取得了一定进展。根据噪声产生和传播的机理，可以把噪声控制技术分为以下三类：一是对噪声源的控制，二是对噪声传播途径的控制，三是对噪声接受者的保护。其中对噪声源的控制是最根本、最直接的措施，包括降低噪声的激振力及降低发动机部位对激振力的响应等，即改造振源和声源。但是对噪声源难以进行控制时，就需要在噪声的传播途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施。工程机械产品的减振降噪水平与整车的热平衡性、动力性、经济性、可靠性及强度、刚度、质量:、制造成本密切相关。3.1发动机的振动与噪声降低发动机噪声是工程机械产品噪声控制的重点。发动机是产生振动和噪声的根源。发动机的噪声是由燃料燃烧，配气机构、正时齿轮及活塞的敲击噪声等合成的。
