劉偉

石家莊煤礦機械有限責任公司 河北石家莊 051431

1 前言

隨著國家對環(huán)境污染的越來越重視，大氣污染已通過各種措施進行治理。而噪聲污染也是環(huán)境污染的一種，尤其在環(huán)衛(wèi)部門對道路的清掃保潔機械化程度越來越高的情況下，道路清掃車的作業(yè)噪聲逐漸進入人們的視野，因為有些凌晨作業(yè)的環(huán)衛(wèi)車產(chǎn)生的噪聲已經(jīng)擾民。本文從現(xiàn)場噪聲測試入手，對現(xiàn)階段國內(nèi)道路清掃車作業(yè)噪聲進行分析并對降噪途徑進行研究。

2 道路清掃車工作原理

目前國內(nèi)的道路清掃車主要包含掃路車、洗掃車及吸塵車等，其作業(yè)方式主要以吸為主、以掃為輔，清掃效果和清掃質(zhì)量明顯提升。雖然不同的車型又有具體不同的作業(yè)模式，但其結(jié)構(gòu)中均含有傳動機構(gòu)及風機。傳動裝置是動力的傳遞轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，可將從動力源處接收的扭矩及功率傳遞給風機、油泵以及水泵等執(zhí)行元件，同時傳動裝置也是清掃車噪聲源的一種。而風機不僅是清掃車的核心部件，更是產(chǎn)生噪聲的最大噪聲源。

道路清掃車在運行過程中，通過風機的抽吸作用，使清掃車的垃圾箱形成負壓，進而使得清掃車吸嘴處的垃圾全部進入垃圾箱，但要使路面垃圾進入垃圾箱需要大量的動能，這就需要風機能長時間提供較高的風量風壓，如此，高速運轉(zhuǎn)的風機就會產(chǎn)生較大的噪聲。如果不能及時地進行降噪處理，長時間的噪聲作業(yè)會對駕駛清掃車的環(huán)衛(wèi)工人的身體健康造成較大的傷害。

隨著科技的不斷發(fā)展，技術(shù)水平的逐漸提高以及人們對噪聲污染的重視，迫切需要對道路清掃車的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，進行主動降噪技術(shù)的研究，從而有效控制噪聲污染。

3 道路清掃車噪音測量及噪聲源分析

首先，根據(jù)近場測量法對某新型研制的單發(fā)洗掃車各部位噪聲進行測量，測量點布置如圖1所示。

圖1 傳聲器和傳感器布置圖

圖1中序1、2、3、4、6、11、12處為傳聲器，序5、7、8、9、10、13處為傳感器。再者，依據(jù)QC/T 957-2013洗掃車標準要求，對該洗掃車按圖2的方法測量。

圖2 清掃車測量位置示意圖

根據(jù)上述兩種測量方法，進行數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計。匯總統(tǒng)計測量結(jié)果如表1所示。

表1 3種工況下清掃車各部位噪聲測量值匯總表 單位：dB（A）

通過上述測量結(jié)果，根據(jù)分步轉(zhuǎn)運法原理公式Lp1=10lg(100.1Lp－100.1Lp2)分析得出，影響洗掃車作業(yè)噪聲的主要因素為傳動機構(gòu)機械噪音以及風機產(chǎn)生的噪聲。而在風機停止狀態(tài)下，其他部件的噪音最高可達82 dB，其中主要噪聲為傳動機構(gòu)產(chǎn)生噪音。從實際情況來看，凌晨作業(yè)的道路清掃車的噪聲主要為風機產(chǎn)生的噪音。因此若對道路清掃車進行降噪處理，主要通過風機及傳動機構(gòu)降噪為主，其他噪聲以吸收、隔音為輔。

4 道路清掃車降噪措施研究

根據(jù)上述噪聲測量結(jié)果，針對道路清掃車主要通過風機降噪、傳動機構(gòu)降噪、消音器降噪和密閉腔體結(jié)構(gòu)降噪這4措施進行降噪。

4.1 風機降噪

目前國內(nèi)道路清掃車的風機多采用發(fā)動機或電動機通過傳動機構(gòu)進行驅(qū)動。風機主要通過風流進行工作，風機在使用時風流中會夾雜塵土、沙粒、水霧以及其他一些雜質(zhì)顆粒。清掃車風機主要由風機葉輪、蝸殼、傳動機構(gòu)、風機帶輪、進氣室和出氣室等部分構(gòu)成。

清掃車風機噪聲的形成主要為機械噪聲、氣固耦合噪聲以及氣動噪聲。機械噪聲主要取決于葉輪和軸承以及皮帶輪等機械部件的安裝情況；氣固耦合噪聲主要形成于不均勻的氣流作用于殼體面上；氣動噪聲是風機由于高速旋轉(zhuǎn)噪聲和渦旋噪聲疊加而成，是風機的最主要噪聲。

目前有兩種方式降低風機噪聲：一是設計風機時采用氣動聲學原理進行初始降噪設計；二是利用吸聲、消聲以及隔聲等措施進行噪聲后處理。前者是因為受目前技術(shù)水平所限難以大幅度降低風機初始噪聲，后者則是利用噪聲的有源控制和無源控制兩種方式進行噪聲后期處理。

噪聲有源控制主要是使用噪聲吸收、噪聲削弱以及噪聲的互相干涉削減等，從而達到指定區(qū)域內(nèi)噪聲降低或消除的目標。因為有源控制技術(shù)具備優(yōu)良的低頻特性,使其成為降低風機低頻噪聲問題的有效降噪方式。

噪聲無源控制主要是從優(yōu)化風機設計結(jié)構(gòu)方面進行研究，例如改變風機風舌的曲率半徑及風道結(jié)構(gòu)、優(yōu)化風機扇葉驅(qū)風方式等。據(jù)理論研究得知：加大風機風舌與風機葉輪之間的間隙δ可使基頻和諧波降低，葉片與氣流做相對運動時，葉片后緣的氣流尾跡中，風速壓力都小于主流區(qū)，使扇葉后的氣流壓力和速度散布皆不均勻。如果在動葉后部有靜葉或風舌，則此類亂流與靜葉或風舌相互作用會形成噪聲。間隙愈小，噪聲愈大；依據(jù)相關試驗得知，當間隙s大到特定數(shù)值后，噪聲不再下降，卻使風機作業(yè)性能變差，如風量、風壓均有所降低（如圖3）。當風舌間隙與葉輪半徑比值s/D2=0.25和風舌半徑與葉輪半徑r/D2=0.2時，具備最大風機效力和最小噪聲比值。

圖3 風機蝸舌結(jié)構(gòu)圖

在圖3中，尖舌用于高效風機，深舌用于低轉(zhuǎn)速風機，短舌用于高轉(zhuǎn)速風機，平舌用于低效率風機。

因此，道路清掃車的風機在滿足一定轉(zhuǎn)速下的風量風壓要求時，結(jié)構(gòu)設計應盡可能優(yōu)化葉輪以及風舌結(jié)構(gòu)。具體可采取如下降噪方法。

a.改良葉輪結(jié)構(gòu)：將風機葉片打孔減少渦輪噪音影響，采取燕尾式葉片降噪，采取前掠式葉片降噪、采取特殊翼型葉片降噪、葉片布置不等距降噪、軟邊處減少流量區(qū)噪音、加大葉片數(shù)削減原生場效應降噪等（如圖4和圖5）。

圖4 風機葉輪結(jié)構(gòu)圖

圖5 前掠式葉片圖

b.削弱氣流場內(nèi)的渦旋：通過采取引入外界氣流沖擊來減少渦旋的增加，以改變結(jié)構(gòu)形式來削弱通風道內(nèi)的渦旋碰撞，從而降低氣流的碰撞，實現(xiàn)有效降噪的目的。

c.減少氣流沖擊脈動：利用翼型葉片取代板型葉片；依據(jù)氣源流動理論，將扇葉前緣向進氣室方向延伸，避免脈沖逆流；更改翼型葉片進出口之間的彎度結(jié)構(gòu)使頻率降低，從而削減噪聲傳動。

4.2 傳動機構(gòu)降噪

傳動機構(gòu)的噪聲主要為機械噪聲。由于傳動裝置承擔著從發(fā)動機或電動機為風機等執(zhí)行元件傳遞扭矩及功率的橋梁作用，傳動機構(gòu)設計往往為一進多出的空間層次結(jié)構(gòu)。機械結(jié)構(gòu)件之間的銜接而引發(fā)的摩擦和傳動軸的高速轉(zhuǎn)動都將產(chǎn)生噪聲。該處噪聲主要為振動噪聲，設計時應盡可能減少機械結(jié)構(gòu)件之間的硬性連接，以及通過降低傳動軸振動來降低噪聲。具體方法可采取以下降噪途徑：

a.將傳動系之間的螺栓硬性連接傳遞動力更改為皮帶傳動，以降低機械噪聲。

b.合理設計各個傳動部件之間的速比，降低轉(zhuǎn)速從而降低振動頻率，以減少噪聲。

c.增加連接法蘭接觸面的粗糙度等級，降低接觸面之間的摩擦力，以減少噪聲。

d.合理選擇傳動軸承的型號及種類，在滿足使用要求的前提下便于潤滑，以降低振動噪聲。

e.合理設計傳動軸尺寸，在滿足傳遞扭矩及載荷的情況下，減少萬向軸兩傳動軸的夾角，以降低振動噪聲。

4.3 消音器降噪

風機出風口的氣動噪聲是風機噪聲的主要來源，通過在風機口增加具有分層吸音裝置的特殊消音器，將風機出口處的氣流進行逐步引導，并將其產(chǎn)生的噪聲進行吸收，以達到降噪目的。

4.4 密閉腔體結(jié)構(gòu)降噪

密閉腔體結(jié)構(gòu)降噪通過以下2種措施:

a.采用隔聲原理：將傳動機構(gòu)下部完全密封，加上上部的傳動機構(gòu)護罩，以形成密閉隔音罩，使得風機及傳動裝置處于完全密閉的空間，將噪聲控制在一定的范圍內(nèi)，使噪聲在空氣中的傳播受阻而不能順利傳播到車輛外側(cè)，實現(xiàn)降低車外噪聲的目的。

b.采用吸聲原理：首先，在傳動裝置護罩內(nèi)壁上粘貼高密度隔熱吸音棉，在吸音棉外側(cè)固定有微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)。傳動機構(gòu)及風機水泵等形成的噪音穿過微穿孔板時，將使多孔板材料中的無數(shù)小孔中的氣體分子產(chǎn)生劇烈的運動，此中大部分聲能用于克服摩擦阻力和黏滯阻力并轉(zhuǎn)化成熱能而消耗掉，從而可使風機形成的氣體動力噪聲降低，使低頻噪聲經(jīng)過網(wǎng)孔薄板的共振來實現(xiàn)吸聲降噪的目的。

5 試驗驗證

依據(jù)上述降噪措施，在研發(fā)該洗掃車時采用上述措施，以實現(xiàn)各部件降噪。樣機完成后，進行噪聲測試試驗如表2所示。

表2 試驗樣車噪音測量結(jié)果及對比 單位：dB(A)

由表2測量數(shù)值可知，通過上述降噪措施，可使道路清掃車的作業(yè)噪聲大大降低。

6 結(jié)語

道路清掃車的降噪對于環(huán)衛(wèi)車司機身心健康以及環(huán)衛(wèi)車環(huán)境治理、噪聲污染治理都具有很重要的意義。通過對道路清掃車風機噪聲降噪分析試驗和對傳動機構(gòu)降噪處理以及增加消音、吸音、隔音等措施的實施，能大大降低道路清掃車的作業(yè)噪聲。道路清掃車輛的降噪途徑研究可為新型低噪音環(huán)保環(huán)衛(wèi)車的發(fā)展提供指導意義。