工程機械噪聲原理與控制要點分析

摘要：工程機械噪聲的存在不僅會造成部分機械部件的早期疲勞損壞，降低工程機械的使用壽命，而且會對人體造成很大的危害，如聽力下降、注意力分散、失眠、神經(jīng)緊張等，因此做好工程機械噪音的控制是非常必要的。文章從工程機械噪聲的發(fā)聲原理出發(fā)，對其控制要點進行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：工程機械噪聲；噪聲原理；噪聲控制要點；發(fā)聲原理；結(jié)構(gòu)振動噪聲；空氣動力噪聲 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TB533 文章編號：1009-2374（2015）16-0094-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.045

從物理學(xué)方面分析，噪聲是指發(fā)聲體做無規(guī)則振動時發(fā)出的聲音；從生物學(xué)方面分析，凡是妨礙人們正常休息、學(xué)習(xí)和工作的聲音以及對人們想要聽到的聲音產(chǎn)生干擾的聲音都屬于噪聲，因此噪聲的來源是非常廣泛的。而在工程機械領(lǐng)域，噪聲可能會引起操作者疲勞，導(dǎo)致事故的發(fā)生，所以噪聲是對工程機械性能進行評價的重要指標(biāo)，需要相關(guān)技術(shù)人員的重視。

1 工程機械噪聲的危害

在當(dāng)前工業(yè)化社會，噪聲危害已經(jīng)成為影響人們身心健康的重要危害之一，受到了社會各界的廣泛關(guān)注。而對于工程機械噪聲而言，其危害主要表現(xiàn)在三個方面：（1）對于人體健康的危害。對于正常人而言，如果周邊環(huán)境長期存在著強烈的噪聲，則其聽力系統(tǒng)必然會受到影響，造成聽力下降甚至耳聾等問題。同時，噪聲的存在還可能損害人體的其他技能，導(dǎo)致血壓升高、注意力分散、神經(jīng)緊張、失眠等癥狀；（2）會導(dǎo)致駕駛員迅速疲勞，影響工程機械的作業(yè)安全；（3）對于工程機械而言，噪聲大都是由振動現(xiàn)象引發(fā)的，振動的存在可能會導(dǎo)致機械內(nèi)部相關(guān)部件的損壞，降低工程機械的使用壽命。因此，做好工程機械的噪聲控制，直接影響著工程機械產(chǎn)品工作的安全性、平順性和耐久性，需要相關(guān)人員的重視，做好噪聲的控制工作。

2 工程機械噪聲的發(fā)聲原理

工程機械噪聲的發(fā)生原理源于振動，包括結(jié)構(gòu)振動噪聲、空氣動力噪聲等，這里對其分別進行分析。

2.1 結(jié)構(gòu)振動噪聲

工程機械發(fā)動機的結(jié)構(gòu)振動噪聲主要是發(fā)動機在工作狀態(tài)下，內(nèi)部燃燒過程及相關(guān)結(jié)構(gòu)件振動所引發(fā)的噪聲，這些噪聲可以經(jīng)發(fā)動機連接件向周邊輻射，從而被人體接收。按照噪聲的發(fā)聲原理，可以將結(jié)構(gòu)振動噪聲分為以下兩種：（1）機械噪聲：多是發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中，零部件之間相互碰撞所產(chǎn)生的噪聲，也包括曲軸周期性運動過程中，交變力會在零部件上產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形所引發(fā)的噪聲，其中最大的機械噪聲源是活塞敲擊氣缸壁產(chǎn)生的噪聲；（2）燃燒噪聲：發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，燃料的燃燒會導(dǎo)致發(fā)動機活塞缸內(nèi)部的氣體壓力升高率會在極端的時間內(nèi)迅速增大，從而對相關(guān)結(jié)構(gòu)件，如氣缸蓋、曲軸、活塞等產(chǎn)生相應(yīng)的沖擊性荷載，發(fā)結(jié)構(gòu)振動而導(dǎo)致的噪聲。對于柴油發(fā)動機而言，燃燒噪聲是主要噪聲源，噪聲多為中高頻成分。

2.2 空氣動力噪聲

工程機械中的空氣動力噪聲一般分為兩種，即發(fā)動機的進氣噪聲和排氣噪聲，不過這只是針對一般發(fā)動機而言，如果是風(fēng)冷式發(fā)動機，則空氣動力噪聲還應(yīng)該包括冷卻風(fēng)扇的工作噪聲；如果機械中裝備有渦輪增壓器，還包括了增壓器工作時的輻射噪聲。一般來講，空氣動力噪聲的來源主要有以下三個方面：（1）在進排氣管中，流動的氣流壓力脈動所產(chǎn)生的中低頻噪聲；（2）進排氣流高速流經(jīng)管路截面時，會形成相應(yīng)的渦流，進而產(chǎn)生高頻渦流噪聲；（3）氣缸內(nèi)部氣體的擾動以及進排氣門的快速關(guān)閉和開啟，會在進排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生相應(yīng)的動力振動，產(chǎn)生相應(yīng)的噪聲。

以進氣噪聲為例，其可以細分為渦流噪聲、氣缸共振噪聲、周期性壓力脈動噪聲以及進氣管氣柱共振噪聲，不同的噪聲產(chǎn)生的機理也各不相同。渦流噪聲主要是高速氣流流經(jīng)氣門流通截面時，形成的渦流引發(fā)的高頻噪聲；氣缸共振噪聲是氣缸內(nèi)氣壓壓力波所激發(fā)的共振引起的，與氣缸的容積、進氣管直徑及長度有著密切的聯(lián)系；周期性壓力脈動噪聲則是由于新鮮空氣進入進氣管后，氣門在開閉過程中會產(chǎn)生周期性的壓力脈動，由空氣密度變化引起的噪聲。

3 工程機械噪聲的控制要點

針對工程機械噪聲的發(fā)聲原理及危害，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該充分重視起來，加強對于噪聲的控制，保證工程機械工作的安全性和穩(wěn)定性。

3.1 對發(fā)動機噪聲的控制

相關(guān)統(tǒng)計分析表明，在現(xiàn)代化工程機械中，發(fā)動機是主要噪聲源，做好發(fā)動機噪聲的控制是非常關(guān)鍵的。在2010年，我國實施的新的工程機械噪聲國標(biāo)《土方機械噪聲限值》（GB 16710-2010），明確了工程機械噪聲控制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以以此作為參考，做好發(fā)動機噪聲的控制。

首先，應(yīng)該對發(fā)動機進行合理設(shè)置。通過合理配置發(fā)動機與機架連接位置減震塊的阻尼和剛度，可以有效減少發(fā)動機在工作中產(chǎn)生的振動，通過車架向駕駛室和外殼板件的傳遞，能夠減少駕駛室的振動，防止駕駛室二次振動產(chǎn)生的輻射噪聲。同時，可以在保證發(fā)動機散熱性能的前提下，使用耐熱吸音材料，對其進行密封，將噪聲限制在發(fā)動機罩殼內(nèi)，降低噪聲源的輻

射性。

其次，對于排氣噪聲，可以配置相應(yīng)的消聲器，對輻射產(chǎn)生的噪音進行削減，這也是降低排氣噪聲最為簡單、最為有效的方法。如果技術(shù)條件和資金條件允許，也可以對進排氣噪聲通道進行相應(yīng)的改善和優(yōu)化，保證管道內(nèi)壁的光滑通暢，從而有效降低進排氣噪聲。

最后，對于燃燒噪聲，結(jié)合其產(chǎn)生機理可知，控制噪聲的主要手段是對氣缸內(nèi)氣體壓力升高率的控制。工程機械在工作過程中，如果轉(zhuǎn)速升高，活塞的散熱損失和漏氣損失減少，則氣缸內(nèi)的壓力和溫度會迅速增加，噴油壓力提升，燃燒室內(nèi)部的空氣劇烈擾動，快速形成混合氣體，在著火延遲期內(nèi)，形成的可燃混合氣的數(shù)量也會增大，可能會形成多個著火點，從而使得發(fā)動機工作粗暴，產(chǎn)生噪聲。對此，應(yīng)該對噴油提前角進行合理設(shè)置，對噴油規(guī)律進行有效控制，進而控制速燃期內(nèi)氣體壓力的升高率，減少著火延遲期內(nèi)可燃混合氣的數(shù)量，實現(xiàn)對于燃燒噪聲的削減和控制。

3.2 對駕駛室噪聲的控制

對于存在駕駛室的工程機械，如果不能對駕駛室內(nèi)部的噪聲進行有效控制，則可能會在相對密閉的環(huán)境中形成混響聲場，不僅會影響操作人員的身心健康，還會降低其注意力，導(dǎo)致駕駛員迅速疲勞，影響作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)安全。針對駕駛室與發(fā)動機的相對位置，一般來講，對于駕駛室噪聲的控制，主要包括吸聲隔音、密封處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計等。例如，可以在駕駛室底板的縫隙處嵌入彈性良好的吸聲隔音材料，如聚氨酯泡沫塑料等，對其進行密封處理；可以在駕駛室下方發(fā)動機位置的地板上，設(shè)置相應(yīng)的吸聲材料；可以在駕駛室與車架之間設(shè)置相應(yīng)的減震器；可以對駕駛室的板件尺寸、質(zhì)量、剛度等參數(shù)進行調(diào)整和改進，在安裝過程中，加強板件疊加處的剛度，減少由于振動造成的二次輻射聲援，從而對駕駛室內(nèi)部的噪聲進行有效控制。

4 結(jié)語

總而言之，在科技發(fā)展的帶動下，工程機械在各個領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用，作為評價工程機械性能的重要指標(biāo)。噪聲所產(chǎn)生的危害是非常巨大的，需要相關(guān)技術(shù)人員加以重視，從噪聲發(fā)聲原理出發(fā)，切實做好噪聲的控制工作，推動工程機械產(chǎn)品的穩(wěn)定健康發(fā)展。

參考文獻

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作者簡介：曾慶釗，男，湖南衡南人，中國中鐵四局集團第五工程有限公司工程師，研究方向：機械設(shè)計制造及其自動化。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）