吳新芳

WU Xin-fang

江蘇悅達(dá)專用車 江蘇鹽城 224007

1 前言

隨著現(xiàn)代城市的高速發(fā)展，多功能道路清掃車以其高效的工作以及功能的多元性，廣泛地為各地環(huán)衛(wèi)部門所配備。但是隨之而來的清掃車噪聲擾民問題也開始引起人們的關(guān)注，如何降低清掃車的噪聲已成為清掃車生產(chǎn)企業(yè)的重要研究課題。

2 清掃車的結(jié)構(gòu)

目前在用的道路清掃車主要是在標(biāo)準(zhǔn)二類底盤的基礎(chǔ)上加裝了清掃系統(tǒng)、高低壓沖洗系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電器系統(tǒng)等部件， 其結(jié)構(gòu)如圖1所示。清掃系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、掃刷機(jī)構(gòu)及吸盤機(jī)構(gòu)組成，高低壓沖洗系統(tǒng)由高低壓水泵和前中后噴水架組成。汽車底盤負(fù)責(zé)清掃、沖洗等行走作業(yè)，副發(fā)動(dòng)機(jī)則是清掃車各專用工作裝置的動(dòng)力源，副發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、高低壓水泵系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)工作，實(shí)現(xiàn)路面清掃、沖洗、垃圾污水回收、傾倒、噴霧降塵等保潔作業(yè)。

3 清掃車噪聲來源

3.1 汽車底盤的噪聲

汽車底盤的噪聲主要分為：底盤發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、輪胎噪聲、車身結(jié)構(gòu)噪聲。其中，底盤發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲包括氣動(dòng)噪聲、燃燒噪聲、機(jī)械噪聲等；輪胎噪聲是指汽車在行駛過程中輪胎與地面的摩擦聲、不平整路面導(dǎo)致的震動(dòng)噪聲，以及輪胎花紋間隙的空氣流動(dòng)和輪胎四周空氣擾動(dòng)構(gòu)成的空氣噪聲；車身結(jié)構(gòu)噪聲是指由于底盤的車體大都是由金屬鈑金制成，車輛行駛過程中，振動(dòng)源把振動(dòng)傳給金屬車體，從而引起車體共振形成的噪聲。

3.2 副發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲

副發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲是道路清掃車工作時(shí)最主要的噪聲源，它包括氣動(dòng)噪聲、燃燒噪聲和機(jī)械噪聲等，進(jìn)排氣噪聲、風(fēng)扇噪聲都屬于氣動(dòng)噪聲。

3.2.1 氣動(dòng)噪聲

進(jìn)氣系統(tǒng)由空氣預(yù)濾器、空氣濾清器總成、進(jìn)氣管、節(jié)氣門和進(jìn)氣歧管等組成，如圖2所示。進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)中主要噪聲之一，主要受轉(zhuǎn)速影響，若轉(zhuǎn)速增加一倍，進(jìn)氣噪聲可增加10～18 dB。進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲包括進(jìn)氣口氣動(dòng)噪聲和結(jié)構(gòu)輻射噪聲。氣動(dòng)噪聲是由節(jié)氣門周期性開閉而引起進(jìn)氣管道內(nèi)壓力起伏變化形成的。節(jié)氣門開啟時(shí)，活塞做變速運(yùn)動(dòng)引起進(jìn)氣流脈動(dòng)噪聲，節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)進(jìn)氣管道中的空氣柱共振噪聲，而氣流流經(jīng)進(jìn)氣門環(huán)隙時(shí)又產(chǎn)生渦流噪聲[1]。另外，進(jìn)氣系統(tǒng)一端部件安裝在車架上，另一端進(jìn)氣管由增壓膠管和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口相連，空濾總成及進(jìn)氣管等一般是由薄板材料制造的，剛度強(qiáng)度不足，清掃車工作時(shí)，車體和發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)直接傳遞給進(jìn)氣系統(tǒng)，容易引起殼體振動(dòng)而輻射噪聲，而殼體的振動(dòng)就會(huì)對(duì)氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生影響。

排氣系統(tǒng)是指從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管到排氣尾管各個(gè)部件的組合，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣屬高溫、高壓氣體，廢氣從排氣門高速?zèng)_出，沿著排氣歧管進(jìn)入消聲器，最后從尾管排入大氣。圖3是清掃車副發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，為最常用的單入口單出口形式。排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)的最主要噪聲，與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)，其噪聲一般比發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)噪聲高出10～15 dB，排氣系統(tǒng)噪聲主要由氣動(dòng)噪聲、沖擊噪聲、輻射噪聲和氣流摩擦噪聲組成。

排氣系統(tǒng)的氣動(dòng)噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的壓力波在排氣管道中傳播而形成的，與排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。沖擊噪聲是排氣管道中不穩(wěn)定的氣流對(duì)管道產(chǎn)生沖擊波而形成的，比如在管道截面積突然變化的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生沖擊噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口與排氣系統(tǒng)直接相連，排氣系統(tǒng)又通過吊耳與車體連接。一方面，清掃車工作時(shí)，汽車底盤慢速前進(jìn)，主、副發(fā)動(dòng)機(jī)工作，來自車體和發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)就被傳遞給了排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)的大部分部件都是薄板結(jié)構(gòu)，如這些薄板被激勵(lì)，就會(huì)產(chǎn)生輻射噪聲；另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流量是與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工作負(fù)荷有關(guān)聯(lián)的，清掃車工作時(shí)，轉(zhuǎn)速和工作負(fù)荷并不是一直穩(wěn)定的，這樣排出的穩(wěn)定氣流和不穩(wěn)定氣流交錯(cuò)出現(xiàn)沖擊薄板部件，激起板的振動(dòng)，產(chǎn)生輻射噪聲。氣流摩擦噪聲是排氣口高速?zèng)_出的廢氣傳到尾管時(shí)對(duì)外發(fā)出的噪聲，它隨轉(zhuǎn)速提高而增大[2]。

冷卻風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成，旋轉(zhuǎn)噪聲是由于風(fēng)扇的葉片周期性地切割空氣，引起空氣的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的。渦流噪聲是風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)使周圍的空氣產(chǎn)生渦流， 這些渦流由于粘滯力的作用又會(huì)分裂成一系列的小渦流， 這些渦流和渦流的分裂會(huì)使空氣發(fā)生擾動(dòng)，形成壓力波動(dòng)，從而激發(fā)出噪聲。風(fēng)扇噪聲也與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高噪聲越大，轉(zhuǎn)速提高一倍噪聲可增加10～15 dB以上。

3.2.2 燃燒噪聲和機(jī)械噪聲

燃燒噪聲是指氣缸燃燒燃油產(chǎn)生壓力后，壓力通過活塞、連桿、曲軸、缸體等途徑向外輻射產(chǎn)生的噪音；機(jī)械噪聲是在氣體壓力和慣性力的作用下，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)而激發(fā)的噪聲。清掃車副發(fā)動(dòng)機(jī)一般是直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃燒噪聲都要高于機(jī)械噪聲。

3.3 上裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的噪聲

清掃車是通過一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將副發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給清掃系統(tǒng)、高低壓沖洗系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等，圖4是高壓沖洗系統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。皮帶傳動(dòng)是一種依靠摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)，皮帶傳動(dòng)本身是可以緩和沖擊和振動(dòng)的，相對(duì)于其他傳動(dòng)噪聲要低得多，但由于機(jī)構(gòu)里有軸承、離合器、皮帶輪、水泵、齒輪泵等眾多零部件，這些零部件的配合一旦出現(xiàn)問題就會(huì)出現(xiàn)較高的噪聲。

軸承噪聲是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的一個(gè)重要噪聲源，由以下幾種噪聲綜合產(chǎn)生：

a. 滾道聲，軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的一種平穩(wěn)且連續(xù)性的噪聲，是軸承套圈受到載荷后振動(dòng)所致，一般隨轉(zhuǎn)速增加而提高，當(dāng)潤滑良好時(shí)，噪聲明顯降低；

b. 保持架噪聲，軸承旋轉(zhuǎn)過程中保持架的自由振動(dòng)以及它與滾動(dòng)體或套圈相撞擊發(fā)出的噪聲；

c. 滾動(dòng)噪聲，滾動(dòng)體相對(duì)于滾動(dòng)面回轉(zhuǎn)，或滑動(dòng)、摩擦及撞擊時(shí)產(chǎn)生的噪聲，主要發(fā)生于滾動(dòng)體進(jìn)入和退出載荷區(qū)的時(shí)刻[3]；

d. 異常聲，比如出現(xiàn)了嘎吱嘎吱聲，是軸承工作面出現(xiàn)了傷痕或者有雜物進(jìn)入了工作面造成的。

皮帶噪聲是當(dāng)皮帶使用一段時(shí)間后，由于是磨擦傳動(dòng)，皮帶傳動(dòng)表面磨擦系數(shù)降低，就會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，皮帶會(huì)發(fā)出吱吱響；皮帶過松時(shí)，會(huì)看到皮帶在輪上彈跳，發(fā)出類似于隆隆的聲音；當(dāng)皮帶和皮帶輪上有雜物時(shí)，皮帶會(huì)出現(xiàn)長聲尖叫或刺耳噪聲。

電磁離合器正常工作時(shí)噪聲并不大，但是當(dāng)電磁離合器磁力線圈老化，通電后所產(chǎn)生的電磁力不足或離合器片磨損引起其間隙過大，或者負(fù)載過大遠(yuǎn)超出了離合器的額定負(fù)荷時(shí)，就會(huì)造成離合器打滑而發(fā)出尖叫聲。

聯(lián)軸器是高壓水泵與驅(qū)動(dòng)軸之間的連接機(jī)構(gòu)，如果驅(qū)動(dòng)軸和水泵軸同軸度不好以致聯(lián)軸器偏斜，就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲。

在清掃車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)里有高/低壓水泵、液壓齒輪泵及液壓馬達(dá)等，這些泵體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作時(shí)軸高速旋轉(zhuǎn)，因零件加工制造誤差、零部件配合不當(dāng)、內(nèi)部零件損壞等原因會(huì)造成泵體的振動(dòng)和噪聲，如流體中混入空氣，還會(huì)出現(xiàn)氣蝕噪聲。

3.4 風(fēng)機(jī)噪聲

風(fēng)機(jī)噪聲是清掃車工作時(shí)的重要噪聲源之一，是氣動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲、氣體和固體彈性系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的氣固耦合噪聲三者疊加的結(jié)果，其中氣動(dòng)噪聲是由旋轉(zhuǎn)噪聲和旋渦噪聲相互疊加組成，旋轉(zhuǎn)噪聲的強(qiáng)度與葉輪出口圓周速度和氣流速度有關(guān)；機(jī)械噪聲與葉輪的動(dòng)平衡性能、制造工藝、部件的剛度、連接件的緊固效果等有關(guān)；氣固耦合噪聲產(chǎn)生于不均勻的氣流作用在固體壁面上隨時(shí)間脈動(dòng)，與氣體的繞流、流動(dòng)分離、渦流引起的壓力脈動(dòng)密切相關(guān)[4]。

4 噪聲控制

眾多噪聲的合成，使清掃車工作時(shí)的噪聲基本上都在90 dB左右，有時(shí)甚至超過了95 dB，給操作者和周圍行人帶來健康損害，故控制清掃車的噪聲勢(shì)在必行。

4.1 汽車底盤噪聲控制

除了縮短或加長汽車底盤主梁長度以及在需要位置加孔外，原則上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和車架不作改動(dòng)。清掃車工作時(shí)，底盤前進(jìn)速度較慢，發(fā)動(dòng)機(jī)是底盤的主要噪聲源，故主要在保養(yǎng)及使用發(fā)動(dòng)機(jī)方面控制噪聲：一是及時(shí)更換或清理空氣濾清器濾芯，保證進(jìn)氣的通暢；二是及時(shí)更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油，選用清潔性能好和揮發(fā)性低的合成機(jī)油產(chǎn)品，機(jī)油牌號(hào)不可經(jīng)常更換；三是定期更換機(jī)油濾芯。另外，還需經(jīng)常檢查底盤重要螺栓的緊固情況，發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)或缺損，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)齊擰緊，防止結(jié)構(gòu)松動(dòng)加大噪聲。

4.2 副發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲控制

控制進(jìn)氣噪聲時(shí)，由于進(jìn)氣系統(tǒng)的核心消聲元件就是空濾總成，故首先要合理設(shè)計(jì)選用空濾器，在安裝許可的前提下，盡可能選擇容量大、流量大的空濾器；其次要選擇最佳的進(jìn)氣管直徑，保證氣流流速不大于30 m/s ，過高的流速會(huì)產(chǎn)生較大進(jìn)氣噪聲。

控制排氣噪聲時(shí)，選用與副發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的消音器，合理設(shè)計(jì)排氣管直徑，盡量避免直角彎頭，且彎頭要盡可能少，彎頭不可避免時(shí)要加大過渡圓弧以降低沖擊噪聲；縮短尾管長度，避免氣流直接往地面排放，可降低氣流摩擦噪聲；加長柔性連接管的長度，選用剛度好的吊耳，使用雙減振墊，可有效降低結(jié)構(gòu)輻射噪聲。

控制風(fēng)扇噪聲時(shí)，應(yīng)合理選擇安裝集風(fēng)罩和加大散熱器散熱面積，安裝時(shí)盡量保證風(fēng)扇與集風(fēng)罩的徑向間隙在15～20 mm，風(fēng)扇前端與散熱器散熱帶后端的間隙應(yīng)大于30 mm。注意：吸風(fēng)型的風(fēng)扇，其風(fēng)扇葉片的2/3在集風(fēng)罩里；吹風(fēng)型的風(fēng)扇，其風(fēng)扇葉片的1/3在集風(fēng)罩里。

另外，由于清掃車經(jīng)常在灰塵較多、空氣質(zhì)量較差的路況區(qū)域工作，更要及時(shí)保養(yǎng)副發(fā)動(dòng)機(jī)，空氣濾芯、機(jī)油濾芯、機(jī)油等應(yīng)及時(shí)更換，并定期清理進(jìn)氣管道里的灰塵，以避免發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件損壞，噪聲加大。發(fā)動(dòng)機(jī)各種噪聲受轉(zhuǎn)速的影響最大，設(shè)計(jì)時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速定在2 000 r/min左右，既可保證發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能，又能使噪音控制在最小。

4.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的噪聲控制

軸承噪聲的控制，首先應(yīng)選擇低噪聲軸承或進(jìn)口軸承，其次在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)還要注意軸肩尺寸不可超出極限值，需根據(jù)軸承內(nèi)圈或外圈旋轉(zhuǎn)確定軸承座孔、軸和軸承內(nèi)外圈的配合，防止過松或過緊導(dǎo)致噪聲加大；安裝時(shí)應(yīng)使用合適的工具謹(jǐn)慎操作，防止損傷軸承加大噪聲；保持軸承及軸承座清潔，使用清潔和性能好的潤滑脂或油，防止雜質(zhì)進(jìn)入軸承而加劇其磨損出現(xiàn)異常噪聲。

皮帶噪聲控制，首先要正確安裝皮帶輪，皮帶輪的槽型和皮帶要匹配，并時(shí)常檢查調(diào)節(jié)皮帶張緊情況，張緊度以拇指能下按2 cm為宜，由于清掃車工作環(huán)境的特定性，作業(yè)時(shí)要注意，皮帶上如有油污或雜物要及時(shí)清理干凈，防止打滑及產(chǎn)生異常噪聲。

對(duì)于各類泵體的噪聲控制，最好選擇購買進(jìn)口泵，選用過濾效果好的水或油過濾器并定期清理，如流體里混入空氣時(shí)及時(shí)排盡防止氣蝕噪聲；在安裝時(shí)保證泵軸和驅(qū)動(dòng)軸的同軸度，泵體與車體的接觸部位要安裝減振墊。

離合器噪聲控制，除了定期檢查調(diào)節(jié)電磁離合器磨擦片間的間隙外，還應(yīng)注意離合器的清潔，可在電磁離合器外加裝方便拆卸的罩殼，既防水防油，又能降噪。

4.4 風(fēng)機(jī)噪聲控制

控制風(fēng)機(jī)噪聲首先要選擇與吸掃系統(tǒng)匹配的風(fēng)機(jī)，因?yàn)轱L(fēng)壓、風(fēng)量越大，風(fēng)機(jī)噪聲也越大；合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣管路，將進(jìn)氣管路設(shè)計(jì)成截面為長方形時(shí)阻力最??；適當(dāng)加大蝸舌曲率半徑，取其半徑為葉輪半徑的0.1倍，控制蝸舌和葉輪間距為葉輪半徑的0.125倍，可將噪聲降低2 dB；若要減少機(jī)械噪聲就要加強(qiáng)葉輪的動(dòng)平衡性能，提高制造工藝水平、及時(shí)堅(jiān)固螺栓，在風(fēng)機(jī)易磨損部位加強(qiáng)部件的剛度等。另外，風(fēng)機(jī)、副發(fā)動(dòng)機(jī)及各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基本上都在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，在艙四壁貼吸音海綿，降噪效果很好。

通過以上對(duì)道路清掃車一系列的隔音、減振、降噪等措施控制后，可將整車噪聲控制在84 dB以下。

5 結(jié)語

道路清掃車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪聲源眾多，要控制噪聲須從多方面入手，首先設(shè)計(jì)時(shí)就需綜合考慮各部件的結(jié)構(gòu)，選用最優(yōu)方案則最利于噪聲控制，生產(chǎn)時(shí)控制各零部件的制造工藝水平，裝配時(shí)提高裝配工藝水平，使道路清掃車在出廠前噪聲就能得到有效控制；其次，用戶的正確使用和保養(yǎng)也極為關(guān)鍵，用戶在使用前應(yīng)仔細(xì)閱讀說明書，并按所介紹的方法操作及保養(yǎng)清掃車，能使清

[1] 賈維新.發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲和進(jìn)氣噪聲的數(shù)字化仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].浙江大學(xué),2008.

[2] 楊衛(wèi)農(nóng),戴關(guān)林.汽車排氣系統(tǒng)噪音與振動(dòng)的控制[J].輕型汽車技術(shù),2007(7/8):34-36.

[3] 馬國華.王芳.胡桂蘭.滾動(dòng)軸承的噪聲及產(chǎn)生機(jī)理[J].軸承,2001(9):35-36.

[4] 續(xù)魁昌.風(fēng)機(jī)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.