內燃叉車排氣消聲器結構分析及改進

衛會敏

摘 要：內燃叉車在工作時會產生較大的噪聲，噪聲源主要來自車身結構噪聲和底盤系統噪聲，噪聲不但會對周邊環境產生污染，而且還會對長時間工作在這種環境中的駕駛員的身心健康產生嚴重的傷害，因此對內燃叉車進行降噪研究意義重大。排氣消聲器是降低內燃叉車噪音的有效途徑之一，文章主要就排氣消聲器的結構和分析等問題進行了研究探討。

關鍵詞：內燃叉車；消聲器；排氣管

中圖分類號：TK413.47 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0020-02

1 概 述

內燃叉車是用于車間生產、物流配送和港口碼頭物品搬運的機械工具，它在工作中會發出較大的噪音，駕駛員長時間在這樣大分貝噪音環境中工作，身心會受到不同程度的傷害，引起聽力方面的障礙性疾病，影響到駕駛員的集中力，造成操作失誤，掩蓋報警信號、車輛行駛信號燈安全信號以致工傷事故。

由此可見，內容叉車的噪聲問題不可忽視，須研究降低噪音的技術和方法。目前，降低內容叉車排氣噪聲最直接、有效的方法就是設計安裝性能優良的消聲器，消聲器特殊的內部消聲結構或吸聲材料能夠將發動機排出的氣體在經過消聲器管道的聲波進行反射、干涉或轉化成熱量消耗掉，從而達到降低噪聲的目的。本文就內燃叉車消聲器結構進行分析，并提出了改良改進的措施。

2 消聲器類型及消聲原理

無論是理論研究還是實踐應用都證明了消聲器是降低排氣噪聲最有效的方法之一，消聲器大類有阻性、抗性和阻抗復合式消聲器，在內燃機叉車排氣系統中主要采用的是抗性消聲器，抗性消聲器有擴張腔消聲器、共振腔消聲器、小孔消聲器幾個種類，詳細介紹如下。

2.1 擴張腔消聲器

擴張消聲器中，聲波從左邊進入，到達擴張腔內后，聲波會在擴張腔的右側壁面發生反射，反射的聲波幅值和頻率不會發生改變，但相位則會發生改變，當入射波和反射波的相位完全相反時聲波就會發生抵消而減弱，若入射波和反射波不完全相反時則只有部分聲波發生抵消，所以說，擴張腔的軸向長度對消聲波的頻率有選擇作用。

擴張腔消聲器的消聲效果會受到直徑和管道直徑的影響，所以，在工程應用中，一般會用2～3個擴張腔進行串聯，延長管道直徑，增強消聲效果，但多級擴張串聯的擴張腔的消聲效果并不是簡單的多個單級擴張腔消聲效果的的代數相加。

此外，在消聲器中插入內插管也能起到增強消聲的作用，所以，在設計擴張腔消聲器時，要合理考慮擴張腔的截面直徑、長度等參數，以增強消聲效果。

2.2 共振消聲器

共振消聲器的消聲原理是靠聲波共振，疊加放大能量，從而有效耗散聲波能力降低噪聲。單孔共振消聲結構是最簡單的共振消聲結構，在共振消聲器中，當聲波頻率和聲振系統的固有頻率相同時，聲波能力就會發生不斷累計疊加，空氣的震動速度幅值也在增加，同時，在空氣介質阻尼的作用下，空氣在振動過程中速度越大，阻尼也越大，能量因此會轉化成熱能耗散掉，聲波也因此發生減弱。共振消聲器對頻率有選擇性，只在以共振頻率為中心得一定寬度的頻帶內有消聲效果，在其他頻率不起作用，所以在設計時往往將幾個不同的共振消聲進行串聯或并聯，以增加消聲頻帶寬度，從而提高消聲量。

2.3 小孔消聲器

小孔消聲器是針對降低噴射噪聲而設計的，其消聲原理是將噴口做成許多小孔，高速高壓噴射的氣流經過小孔時會變成多束低速低壓小氣流，從而降低噴射噪聲。

如果將小孔消聲器結合跟節流減壓排氣消聲器一起使用的話，就能獲得更好的消聲效果。小孔消聲器會對產生的內燃機排氣機產生阻力，所以在設計時要確保小孔面積足夠大，這樣就可以既可以降低噪聲，又可以降低排氣阻力。

2.4 微穿孔消聲器

微穿孔消聲器是由共振消聲器發展起來的。由上述我們知道共振消聲器具有頻率選擇性、聲阻小、有效吸聲頻帶窄等特點，為了增加吸聲頻帶寬度，會再加入穿孔率在0.5%～3%之間的薄金屬管或板與封閉的空氣層組成共振結構。

穿孔細小且密致，可以產生較大聲阻，提高聲阻與聲質量比值，從而構成良好的吸聲結構。微穿孔消聲結構耐高溫性強、容易清洗，可以用于高溫高速氣流及潮濕環境。

3 內燃叉車消聲器結構與分析

3.1 內燃叉車消聲器結構

內燃叉車的排氣消聲管結構包括進氣管、進氣管穿孔結構、共振腔、小孔消聲結構、大擴張腔、中間管穿孔結構、出氣管等幾個部位。

發動機排氣時，氣體經由進氣管左側進入消聲器，先進入一個共振消聲結構，再進入小孔消聲結構，氣流在小孔消聲結構擴散后進入到右側大擴張腔中，大擴張腔中的氣體從中間管右側進入后又經過一個共振消聲結構，然后氣體進入到小擴張腔中，最后從出氣管排出到大氣。

這個排氣消聲器包含了以下幾種結構：

第一，小孔消聲結構，這個結構在進氣管的右側封閉穿孔區域，小孔消聲結構能夠有效降低內燃機的噴射噪聲；

第二，擴張腔消聲結構，與進氣管右側直接連接的大擴張腔和出氣口左側相連的小擴張腔，這兩個擴張腔串聯成為雙擴張消聲結構。

第三，共振消聲結構。位于兩個擴張腔結構中間的空腔和進氣穿孔管、中間穿空管組成共振消聲結構，不同穿孔結構對應不同的共振消聲頻率，將多個共振消聲結構串聯后可以擴大消聲頻率范圍。

3.2 內燃叉車消聲器結構分析

消聲器結構分析就是分析消聲結構各參數對消聲器消聲量，也即是傳遞損失的影響。小孔結構消聲量與孔徑大小成對數衰減關系，小孔孔徑越大，消聲量就下降，消聲效果就越差。小孔間的間距過小，分散的氣流會重新聚合，就起不了分散噴射流消聲的效果。

小孔總面積太小，就會導致排氣阻力過大，嚴重情況下氣流還會產生再生噪聲。內燃機排氣消聲器體積一般要為內燃機排量的3～5倍，擴張腔的直徑不同，其有效消聲頻率范圍的消聲效果也不一樣，所以擴張腔的選擇要合適。

共振消聲結構對頻率有很強的選擇性，峰值消聲量受穿孔率、穿孔管空腔厚度和管道截面積的影響，孔徑大會降低共振消聲效果，穿孔率過高，低頻消聲效果差，所以要縮小穿孔孔徑，降低穿孔率，才能提高共振消聲結構的低頻消聲效果。

4 內燃叉車消聲器改進

4.1 對結構參數設置約束條件

根據消聲器傳遞損失影響結構參數，結合仿真消聲器傳遞損失不理想頻段和排氣噪聲降噪頻率范圍，并綜合考慮消聲器加工、裝備工藝是否合理可行的基礎上，來設置結構參數約束條件。

首先，在第一級小孔消聲中，小孔孔徑要不超過3.5 mm，小孔間距在2.5～5倍小孔孔徑之間，有足夠大的插入管長度和直徑，第二級，第三級擴張腔消聲結構的喲偶小聲頻段控制在20～2 200 Hz之間，第四級共振消聲結構孔徑同樣不超過 3.5 mm， 穿孔率在0.5%～20%之間，消聲器的總長度控制在 340 mm以內。

4.2 改進消聲器結構和傳遞損失

4.2.1 改進消聲器結構的措施

改進消聲器結構可以從以下方面入手：縮小小孔消聲結構的小孔直徑，延長小孔消聲穿孔管的長度，重新排列各小孔位置，適當加大各小孔之間的間距；降低共振消聲結構的穿孔孔徑和穿孔率，重新排列穿孔位置，減小穿孔管的內徑，加長共振腔長度，同時再增加一個共振消聲結構。

4.2.2 改進傳遞損失的措施

傳遞損失方面的改進可以從以下幾方面入手：在300 Hz、900 Hz、1 400 Hz附近設計共振消聲峰值，以填補消聲器在這三個頻率附近出現的低谷，拓寬20～2 200 Hz消聲頻率范圍內的消聲頻段。

4.3 改進消聲器仿真

通過改進消聲器穿孔區域結構中穿孔管壁厚、穿孔直徑、孔間距、穿孔管內徑、穿孔管外徑、穿孔率等的參數，從而提高消聲器在300～400 Hz、800～1 000 Hz、1 400～1 600 Hz頻段的傳遞損失幅度，從而有效降低噪聲。

5 結 語

隨著我國經濟的發展，叉車行業發展迅速，內燃叉車的噪聲污染問題也備受關注。因此，為了降低內燃叉車噪聲對環境的干擾，要進一步研究探討內燃叉車的排氣消聲結構問題，致力于采取有效的改進措施，降低叉車的排氣噪聲。

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