邢志茹

摘要：針對(duì)液壓挖掘機(jī)某種工況下發(fā)動(dòng)機(jī)最常見的噪音聲音，本文從理論上分析了液壓挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生噪音的原因，利用多方面、多角度的不同方案，有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。在確保挖掘機(jī)性能又容易實(shí)現(xiàn)的情況下，讓該液壓挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音有效減小。

關(guān)鍵詞：挖掘機(jī);發(fā)動(dòng)機(jī);降噪;改善措施

前言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，環(huán)境保護(hù)意識(shí)大大加強(qiáng)，噪聲危害越來越引起人們的重視，噪聲污染同空氣污染、水污染一起被認(rèn)為當(dāng)代三大污染。在操作挖掘機(jī)作業(yè)過程中，駕駛員長(zhǎng)時(shí)間處于噪音環(huán)境中。研究表明，噪音對(duì)人體的危害是全身性的，不僅可以引起聽覺系統(tǒng)的變化，也可以對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等各方面造成影響。早在我國(guó)2010年全國(guó)土方機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)對(duì)《土方機(jī)械噪聲極值》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，新標(biāo)準(zhǔn)大幅降低了司機(jī)耳旁噪聲極限值。能否滿足國(guó)家法令法規(guī)要求，決定著挖掘機(jī)能否在市場(chǎng)上銷售，因此，研究和分析液壓挖掘機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理，識(shí)別與定位主噪聲源，有的放矢地降低其輻射噪聲，改善環(huán)境，是挖掘機(jī)制造企業(yè)的一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。工程機(jī)械行業(yè)經(jīng)過十幾年的快速發(fā)展，整體技術(shù)水平得到了巨大提升，各大生產(chǎn)廠商的同噸位產(chǎn)品在比拼效率、油耗等性能參數(shù)的同時(shí)，也對(duì)駕駛員舒適性提出了更高要求。

1噪音現(xiàn)狀及方案設(shè)計(jì)驗(yàn)證

液壓挖掘機(jī)噪聲主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的。同時(shí)，在挖掘機(jī)工作過程中，由于負(fù)載的不斷變化，液壓系統(tǒng)泵的壓力和流量隨著負(fù)載不斷變化，壓力和流量的變化形成壓力脈動(dòng)，引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。主控閥的噪聲是液壓系統(tǒng)另一個(gè)噪聲源。液壓挖掘工作過程中，主控的閥各個(gè)閥芯不斷開啟和關(guān)閉，開啟和關(guān)閉過程中會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。某液壓挖掘機(jī)所配發(fā)動(dòng)機(jī)，在特定的轉(zhuǎn)速下會(huì)出現(xiàn)明顯的噪音，且噪音的分貝較大。對(duì)于該噪音優(yōu)化的途徑大體上有兩個(gè)方向：第一方面：主動(dòng)降噪，減小或者消除噪音源（發(fā)動(dòng)機(jī)由于性能問題造成的噪音）;第二方面：被動(dòng)降噪，合理進(jìn)行噪音傳遞路徑匹配，阻斷噪音傳播路徑。在主動(dòng)降噪方面要涉及發(fā)動(dòng)機(jī)本體的噴油器及其組件或標(biāo)定程序的更改。但是由于挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)周期長(zhǎng)且成本高，且可靠性還需要長(zhǎng)期驗(yàn)證，改進(jìn)的話需要極大的經(jīng)濟(jì)成本，并且發(fā)動(dòng)機(jī)及配套附件一旦選定，很難對(duì)其做出優(yōu)化。因此為了低成本的解決該噪音問題，本文將從傳遞路徑入手，采用被動(dòng)降噪的方法，利用PUR發(fā)泡等聲學(xué)材料對(duì)噪音進(jìn)行吸收和隔離。由于噪音的聲音主要是通過發(fā)動(dòng)機(jī)上蓋處進(jìn)行傳播的，可以將聲學(xué)材料制作成發(fā)動(dòng)機(jī)PUR吸音罩蓋進(jìn)行降低噪音。首先是在整車上展開測(cè)試，測(cè)試在中低轉(zhuǎn)速下駕駛室內(nèi)的耳旁噪音，同步在臺(tái)架測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪音。實(shí)驗(yàn)采集了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2000轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的駕駛室內(nèi)耳旁噪音和臺(tái)架噪音并進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，根據(jù)單一變量原則，分3種狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試：（1）不采用聲學(xué)材料，原始數(shù)據(jù);（2）采用PUR發(fā)泡材料將發(fā)動(dòng)機(jī)上表面按照實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的包裹方案，包裹厚度約20～50毫米，根據(jù)實(shí)際邊界進(jìn)行包裹;（3）采用PUR發(fā)泡材料將發(fā)動(dòng)機(jī)上表面完全包裹，包裹厚度約30～50毫米，采用膠粘固定貼緊。采用相關(guān)整車的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，在空載狀態(tài)下測(cè)試。選擇環(huán)境空曠周圍無(wú)其他噪音影響的地點(diǎn)（環(huán)境噪音50分貝以下），開啟空調(diào)至2/3擋，旋轉(zhuǎn)旋鈕控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2000轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行測(cè)試，通過測(cè)試儀器實(shí)時(shí)讀取司機(jī)耳旁噪音的數(shù)據(jù)。[1]依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，采用PUR發(fā)泡材料將發(fā)動(dòng)機(jī)上表面完全包裹，有著較為顯著的效果：無(wú)論機(jī)外輻射噪音還是駕駛室內(nèi)的司機(jī)耳旁噪音改進(jìn)效果都很明顯，尤其駕駛室內(nèi)的司機(jī)耳旁噪音能夠降低2～3分貝，駕駛室內(nèi)主觀基本感覺不到明顯的噪音，極大提高了人的舒適程度，達(dá)到了降低噪音和提高車輛品質(zhì)的目的。

2噪聲源

2.1噪音源分析

隨著國(guó)家出臺(tái)相關(guān)規(guī)定，到2022年12月1日起將禁止生產(chǎn)、進(jìn)口和銷售國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)的工程機(jī)械，目前國(guó)內(nèi)的研發(fā)及技術(shù)儲(chǔ)備重點(diǎn)是滿足四階段排放標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。本次測(cè)試的產(chǎn)品為我公司生產(chǎn)的滿足國(guó)四排放標(biāo)準(zhǔn)的6噸液壓挖掘機(jī)。對(duì)該6噸液壓挖掘機(jī)進(jìn)行噪聲分析，可發(fā)現(xiàn)主要噪聲源為：發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇引起的噪聲、液壓系統(tǒng)噪聲、進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲等幾部分。[2]設(shè)定挖掘機(jī)處于工作狀態(tài)下，空調(diào)開啟到中速擋位，進(jìn)行噪聲測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)（轉(zhuǎn)速>700r/min），發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇引起的噪聲對(duì)整機(jī)噪聲的影響最大，為主要噪聲源，泵閥及管路等液壓系統(tǒng)對(duì)挖掘機(jī)噪聲的影響較小，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)（轉(zhuǎn)速<700r/min）液壓系統(tǒng)噪聲對(duì)整機(jī)噪聲的影響最大。由于挖掘機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大多處于高速狀態(tài)，液壓系統(tǒng)對(duì)噪聲影響不大。

2.2影響因素

風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高低直接影響風(fēng)扇引起的噪聲大小，降低風(fēng)扇的工作轉(zhuǎn)速可以明顯降低風(fēng)扇引起的噪聲。目前國(guó)外挖掘機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)開始采用的做法有2種，一種是采用大扭矩低轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)方案，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不變的情況下，大幅提升使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)扇噪聲。另一種是采用獨(dú)立散熱系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行獨(dú)立控制，在滿足散熱要求的前提下，降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇葉片的形狀和數(shù)量也會(huì)對(duì)噪聲產(chǎn)生較大影響?，F(xiàn)有挖掘機(jī)風(fēng)扇的葉片形狀，數(shù)量為9片，將葉片的數(shù)量改為8片和6片，并相應(yīng)增加單個(gè)葉片的寬度，通過軟件模擬發(fā)現(xiàn)，葉片數(shù)量由9片改為8片對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱影響較小，但可以降低噪聲。[3]合理設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的進(jìn)排氣孔布局，現(xiàn)有進(jìn)排氣孔布局，使用軟件進(jìn)行模擬，可以看出圓圈區(qū)域內(nèi)，風(fēng)扇排出的空氣在此處聚集形成渦流，很容易產(chǎn)生轟鳴及其他異響。經(jīng)分析，造成這種情況的原因是排氣面積遠(yuǎn)小于進(jìn)氣面積，且開孔位置不利于空氣排出，若要改善，需要增加散熱器排氣孔的數(shù)量，尤其是在靠近散熱器的位置吸音材料的運(yùn)用在發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)扇周圍的封板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和駕駛室底板等位置粘貼吸引海綿，阻隔噪音的傳遞。駕駛室底板隔音結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，盡量減少在封板上開大孔，有時(shí)候?yàn)榱舜┻^液壓接頭和電氣插接件，必須開大孔的，也要進(jìn)行密封處理。

3隔聲處理

挖掘機(jī)的主要噪聲源是發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇和液壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)噪聲主要是液壓泵和馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的峰值噪聲和主閥的節(jié)流噪聲，液流的沖擊振動(dòng)和共軛振動(dòng)。為降低噪聲直接向外輻射，可采用隔聲的方法，同時(shí)必須在保證足夠的散熱效果基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的隔聲。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)四周形成一個(gè)封閉的隔倉(cāng)，但在挖掘機(jī)的頂罩，必須留有一定的散熱孔，便于風(fēng)扇吸進(jìn)的氣流流經(jīng)散熱器后冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，形成一個(gè)氣流通道。

（2）液壓泵四周在滿足散熱的條件下，形成一個(gè)密封的隔倉(cāng)，可有效降低泵的噪聲向外輻射。在炎熱環(huán)境下，可在泵下部的封板上開一些散熱孔。

（3）在左右側(cè)門上增加橡膠密封條，在整機(jī)運(yùn)行時(shí)可降低門和框架的沖擊，另一方面增加隔倉(cāng)的密封效果。

（4）為增強(qiáng)散熱效果，風(fēng)扇側(cè)門上一般采用沖孔或開百葉窗的形式，增加空氣進(jìn)氣量·降低空氣阻力，但對(duì)風(fēng)扇的隔聲效果較差。在改進(jìn)時(shí)加強(qiáng)散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)隔倉(cāng)的密封處理，防止熱風(fēng)的回流，護(hù)罩頂部保留足夠的通流面積，取消側(cè)門開孔，從而改善了風(fēng)扇的隔聲效果。

（5）為降低駕駛室司機(jī)耳旁噪聲，底板架四周與轉(zhuǎn)臺(tái)之間采用海綿密封·底板架上盡量取消開孔，穿過線束和液壓管路時(shí)采用內(nèi)置海綿墊或在孔的四周用海綿密封;底板架與駕駛室之間也采用海綿密封。[4]通過一系列的隔聲處理，有效地加強(qiáng)了整體和局部的隔聲效果，通過檢測(cè)，整機(jī)噪聲大約下降2分貝。

結(jié)語(yǔ)：本文利用試驗(yàn)分析的技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的各種處理方式，進(jìn)行了聲學(xué)方案設(shè)計(jì)來解決駕駛室內(nèi)擾人的發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音，并對(duì)整車效果進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了較好的效果，對(duì)降低駕駛室內(nèi)噪音、提高聲學(xué)品質(zhì)和舒適性具有一定的參考意義。經(jīng)過上述措施的改進(jìn)，駕駛室內(nèi)的噪音能夠有效降低。當(dāng)然想要更加深入的降低噪音值，還需對(duì)聲學(xué)材料做更精細(xì)的研究。后續(xù)在項(xiàng)目應(yīng)用過程中，同步完善聲學(xué)數(shù)據(jù)的積累，形成數(shù)字化選型匹配，能夠更好的實(shí)現(xiàn)整車噪音的降低。

參考文獻(xiàn)

[1]仝振，陳彥兵，陳誠(chéng)貴.液壓挖掘機(jī)噪聲分析與降噪處理[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2013，000（007）：473-473.

[2]張群，衛(wèi)海橋，舒歌群，梁興雨，王養(yǎng)軍，劉岳文.高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)降噪及其性能對(duì)噪音的影響[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，11.

[3]劉跟生， 鞏泉泉， 竇丹丹，等. 某液壓挖掘機(jī)項(xiàng)目噪聲危害及防護(hù)分析[J]. 中國(guó)科技投資， 2019， 000（029）：200，254.

[4]顧曉軍;劉利軍;殷學(xué)文，朱蓓麗;多自由度波導(dǎo)抑振器平面陣列的吸聲性能研究[J];噪聲與振動(dòng)控制;2008年01期.