工程机械整机降噪技术研究

收稿日期:2018年12月

1研究背景

随着工程机械的发展,噪声已成为评价机械质量的重要指标之一。工程机械的噪声主要来自行走系统运转、发动机振动、传动系统和液压系统运转、轮胎与路面摩擦、车体与空气摩擦、车体钢板与其它部件共振等[1-2]。国外的工程机械主要通过降低行走系统噪声、发动机振源噪声、风扇转动噪声及驾驶室噪声等来降低整机噪声,而国内在这方面的研究尚有不足。

国内的工程机械整机噪声水平与国外机械噪声水平的差距较大,这也是制约国内产品外销的壁垒之一。国内的机械产品要想取得长足发展,必须解决整机噪声问题。笔者以SD-3系列推土机为例,对工程机械噪声来源及降噪措施进行了研究。

2噪声研究现状

我国对噪声的研究起步较晚,与发达国家相比,水平差距较大。

国外对机械噪声的研究较早,欧美等发达国家于

20世纪60年代就开始了对车内噪声特性的研究,并且将研究成果应用于产品开发中。

我国对工程机械噪声的研究开始于20世纪末,初期的研究主要集中于如何被动降低驾驶室噪声。随着技术的更新,逐渐开始考虑从动力源方面进行降噪,继而延展到整机。马锐等[3]通过对发动机噪声进行试验和分析,得到发动机噪声随转速变化的规律,并结合某型号发动机噪声频谱试验结果,验证了发动机转速对噪声的影响,建议生产厂家在整机其它性能要求许可的前提下,选用低转速发动机。熊博[4]运用三维声强测试法找出发动机主要噪声源所在的区域,应用Workbench 软件对发动机室内和风扇系统内的流场进行了数值仿真,着重对风扇导流罩的参数进行了改进,

对改进后的风扇系统进行了噪声测试,使整体噪声声压级下降0.8dB (A )左右。

另一方面,与发达国家相比,我国机械噪声标准的要求较低。

2010年,国家颁布GB 16710—2010《土方机械噪声限值》标准,规定工程机械司机耳旁噪声限值、机外辐射噪声声功率级与标定功率间的关系,规定标定功

工程机械整机降噪技术研究

□季有昌

山东科技职业学院机械工程系山东潍坊

261053

摘

要:以推土机为例,对工程机械的整机降噪技术进行了研究。分析了噪声的产生机理,对推土机

的行走部分进行了减振降噪设计。选用低转速发动机,进行了发动机侧罩降噪设计,在发动机空滤器与上罩连接部位设置密封垫。对推土机上罩、地板架、燃油箱、工作油箱等采用弹性安装,并进行了驾驶室降噪设计。通过以上降噪措施,将推土机机外噪声控制在100dB (A )以内,将司机耳旁噪声控制在80dB (A )以内,达到了标准要求。

关键词:工程机械

推土机

噪声

中图分类号:TH122;TU623

文献标志码:A

文章编号:1000-4998(2019)06-0045-05

Abstract :Taking the bulldozer as an example,the noise reduction technology of the complete machine

of the construction machinery was studied.The mechanism of noise generation was analyzed,and the vibration damping and noise reduction design of the walking part of the bulldozer was

carried out.The low speed engine was selected,and the noise reduction design of engine side cover was adopted,and a gasket was arranged at the interconnecting portion between the engine air filter and the upper cover.The upper cover of the bulldozer including the floor frame,fuel tank,work tank,etc.were elastically installed,and the

noise reduction design for the cab was carried out.Through the above noise reduction measures,the noise outside the bulldozer can be controlled within 100dB (A ),and the driver's ear noise can be controlled within 80dB (A ),which meet the standard requirements.

Key Words :Construction Machinery

Bulldozer

Noise

研究·开发

率为40kW~500kW 时的机外发射噪声不高于87+13lg P dB (A ),司机耳旁噪声不高于92dB (A )[5]。而欧盟CE 认证的标准噪声限值要求机外发射噪声不得高于87+11lg P dB (A ),司机耳旁噪声不得高于80dB (A )。可见,我国噪声标准要求较低。

3工程机械降噪措施

笔者以SD-3系列推土机为例,主要从行走系统减振、发动机系统减振、弹性安装、驾驶室减振四个方面来进行降噪研究[6]。3.1

行走系统减振

履带式推土机在行走和作业时,由于地面凹凸不平,履带时而与凸起的石块接触,时而与凹陷的石块接触,振动和噪声伴随行走和作业的整个过程。来自不平地面的振动,会通过履带板传递至传动系统与驾驶室。若整车持续处于较大的振动中,则会对其它零部件造成破坏。持续的噪声传递至驾驶室,会使司机产生早期疲劳,严重影响司机的作业安全和身体健康。

目前,履带式推土机降低噪声的措施主要有两种。一种是在四轮的轮缘处附上阻尼材料,通常为橡胶材料,再外加一层弹性约束层材料,成为弹性约束层组合结构[7]。另一种是用弹性悬挂结构代替刚性悬挂结构,缓冲地面对整机的冲击,降低作业噪声。刚性悬挂支重轮在行驶时会受到高低不平地面的影响,产生较大的噪声,这是履带式推土机噪声大且功率难以发挥的重要原因。

为解决以上问题,在行走系统中采用弹性悬挂结构来代替刚性悬挂结构。目前,弹性悬挂有X 悬挂和

[8]支重轮转向架上安装了橡胶垫,在履带经过不平路面时,地面噪声不再是刚性直接传递至车身,从而缓冲地面传来的振动,降低作业噪声。3.2发动机系统减振3.2.1

采用低速发动机

发动机是工程机械的心脏,也是最主要的噪声源。发动机噪声来源有风扇转动噪声、气缸运转噪声、排气噪声等[9],风扇噪声最为主要。可见,就噪声源而言,可选用低速发动机来达到降低噪声的目的。3.2.2

发动机侧罩降噪

噪声在传播时会遇到障碍物,如发动机侧罩、发动

机附件等,部分噪声会被障碍物吸附掉,部分噪声则反射回去[9]。基于此,可以在发动机周围的防护罩内侧粘贴消声海绵,达到大量吸附噪声的目的。此外,可以采取隔断措施,将噪声阻断至密闭空间内。

发动机四周用密闭防护罩包围起来,最大限度地将噪声阻断。在设计防护罩时,充分考虑提高防护罩刚性的措施,如在防护罩内侧焊接加强筋、设计加强凸起等。防护罩在满足使用要求的前提下,尽量少开孔,以减小防护罩的振动频率。

发动机侧罩内壁粘贴消声海绵,将发动机传递至海绵上的噪声吸附进去,使只有少量噪声传递至侧罩外。此外,消声海绵还可起到密封作用。

在发动机侧罩上采用橡胶材料。橡胶作为优秀的减振材料,在各个工业领域中有广泛应用。橡胶的特点是弹性高、黏性高[10],具有减振、吸声、密封的作用,还具有较强的防老化性能。图2所示为SD-3系列推土机发动机侧罩上应用的新型密封条,材料为CR-20,可以起到减振作用。

在发动机空滤器与上罩的连接部位间隙用密封垫

密封,阻止发动机的噪声外传。这样的做法同时还可以缓冲上罩的振动。空滤器与上罩间的密封垫如图3所示。3.3

弹性安装

工程机械中,两种金属材料接触的部位为刚性连接。作业时,金属连接的部位由于作业工况和作业介质的不同,易产生碰撞摩擦,甚至跳动的现象。因此,刚性连接部位会撞击,产生很大的噪声。在某推土机上多个

外转向架

橡胶垫

主旋转轴

支重轮

研究·开发

内转向架