某液壓挖掘機發動機噪音改善措施分析

邢志茹

摘要：針對液壓挖掘機某種工況下發動機最常見的噪音聲音，本文從理論上分析了液壓挖掘機發動機產生噪音的原因，利用多方面、多角度的不同方案，有效降低發動機的噪音。在確保挖掘機性能又容易實現的情況下，讓該液壓挖掘機發動機的噪音有效減小。

關鍵詞：挖掘機;發動機;降噪;改善措施

前言：隨著社會經濟的不斷發展，人們生活水平的不斷提高，環境保護意識大大加強，噪聲危害越來越引起人們的重視，噪聲污染同空氣污染、水污染一起被認為當代三大污染。在操作挖掘機作業過程中，駕駛員長時間處于噪音環境中。研究表明，噪音對人體的危害是全身性的，不僅可以引起聽覺系統的變化，也可以對人體的神經系統、內分泌系統等各方面造成影響。早在我國2010年全國土方機械標準化技術委員會對《土方機械噪聲極值》強制性國家標準進行了修訂，新標準大幅降低了司機耳旁噪聲極限值。能否滿足國家法令法規要求，決定著挖掘機能否在市場上銷售，因此，研究和分析液壓挖掘機噪聲產生機理，識別與定位主噪聲源，有的放矢地降低其輻射噪聲，改善環境，是挖掘機制造企業的一項十分重要的任務。工程機械行業經過十幾年的快速發展，整體技術水平得到了巨大提升，各大生產廠商的同噸位產品在比拼效率、油耗等性能參數的同時，也對駕駛員舒適性提出了更高要求。

1噪音現狀及方案設計驗證

液壓挖掘機噪聲主要是由發動機所產生的。同時，在挖掘機工作過程中，由于負載的不斷變化，液壓系統泵的壓力和流量隨著負載不斷變化，壓力和流量的變化形成壓力脈動，引起振動，產生噪聲。主控閥的噪聲是液壓系統另一個噪聲源。液壓挖掘工作過程中，主控的閥各個閥芯不斷開啟和關閉，開啟和關閉過程中會產生液壓沖擊，引起振動，產生噪聲。某液壓挖掘機所配發動機，在特定的轉速下會出現明顯的噪音，且噪音的分貝較大。對于該噪音優化的途徑大體上有兩個方向：第一方面：主動降噪，減小或者消除噪音源（發動機由于性能問題造成的噪音）;第二方面：被動降噪，合理進行噪音傳遞路徑匹配，阻斷噪音傳播路徑。在主動降噪方面要涉及發動機本體的噴油器及其組件或標定程序的更改。但是由于挖掘機發動機的開發周期長且成本高，且可靠性還需要長期驗證，改進的話需要極大的經濟成本，并且發動機及配套附件一旦選定，很難對其做出優化。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，采用被動降噪的方法，利用PUR發泡等聲學材料對噪音進行吸收和隔離。由于噪音的聲音主要是通過發動機上蓋處進行傳播的，可以將聲學材料制作成發動機PUR吸音罩蓋進行降低噪音。首先是在整車上展開測試，測試在中低轉速下駕駛室內的耳旁噪音，同步在臺架測試發動機本體噪音。實驗采集了發動機轉速在2000轉的狀態下的駕駛室內耳旁噪音和臺架噪音并進行對比測試，根據單一變量原則，分3種狀態進行測試：（1）不采用聲學材料，原始數據;（2）采用PUR發泡材料將發動機上表面按照實際可實現的包裹方案，包裹厚度約20～50毫米，根據實際邊界進行包裹;（3）采用PUR發泡材料將發動機上表面完全包裹，包裹厚度約30～50毫米，采用膠粘固定貼緊。采用相關整車的測試標準，在空載狀態下測試。選擇環境空曠周圍無其他噪音影響的地點（環境噪音50分貝以下），開啟空調至2/3擋，旋轉旋鈕控制發動機轉速在2000轉的情況下進行測試，通過測試儀器實時讀取司機耳旁噪音的數據。[1]依據實驗數據可以得出結論，采用PUR發泡材料將發動機上表面完全包裹，有著較為顯著的效果：無論機外輻射噪音還是駕駛室內的司機耳旁噪音改進效果都很明顯，尤其駕駛室內的司機耳旁噪音能夠降低2～3分貝，駕駛室內主觀基本感覺不到明顯的噪音，極大提高了人的舒適程度，達到了降低噪音和提高車輛品質的目的。

2噪聲源

2.1噪音源分析

隨著國家出臺相關規定，到2022年12月1日起將禁止生產、進口和銷售國三排放標準的工程機械，目前國內的研發及技術儲備重點是滿足四階段排放標準的產品。本次測試的產品為我公司生產的滿足國四排放標準的6噸液壓挖掘機。對該6噸液壓挖掘機進行噪聲分析，可發現主要噪聲源為：發動機風扇引起的噪聲、液壓系統噪聲、進氣系統噪聲等幾部分。[2]設定挖掘機處于工作狀態下，空調開啟到中速擋位，進行噪聲測試。經測試，當發動機轉速較高時（轉速>700r/min），發動機風扇引起的噪聲對整機噪聲的影響最大，為主要噪聲源，泵閥及管路等液壓系統對挖掘機噪聲的影響較小，當發動機轉速較低時（轉速<700r/min）液壓系統噪聲對整機噪聲的影響最大。由于挖掘機工作時，發動機轉速大多處于高速狀態，液壓系統對噪聲影響不大。

2.2影響因素

風扇轉速高低直接影響風扇引起的噪聲大小，降低風扇的工作轉速可以明顯降低風扇引起的噪聲。目前國外挖掘機產品已經開始采用的做法有2種，一種是采用大扭矩低轉速的設計方案，在保證發動機輸出功率不變的情況下，大幅提升使發動機的輸出扭矩，降低發動機的工作轉速，從而降低風扇噪聲。另一種是采用獨立散熱系統，對風扇的轉速進行獨立控制，在滿足散熱要求的前提下，降低風扇的轉速。風扇葉片的形狀和數量也會對噪聲產生較大影響。現有挖掘機風扇的葉片形狀，數量為9片，將葉片的數量改為8片和6片，并相應增加單個葉片的寬度，通過軟件模擬發現，葉片數量由9片改為8片對發動機的散熱影響較小，但可以降低噪聲。[3]合理設計發動機散熱器的進排氣孔布局，現有進排氣孔布局，使用軟件進行模擬，可以看出圓圈區域內，風扇排出的空氣在此處聚集形成渦流，很容易產生轟鳴及其他異響。經分析，造成這種情況的原因是排氣面積遠小于進氣面積，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量，尤其是在靠近散熱器的位置吸音材料的運用在發動機和風扇周圍的封板、發動機罩和駕駛室底板等位置粘貼吸引海綿，阻隔噪音的傳遞。駕駛室底板隔音結構的設計，盡量減少在封板上開大孔，有時候為了穿過液壓接頭和電氣插接件，必須開大孔的，也要進行密封處理。

3隔聲處理

挖掘機的主要噪聲源是發動機、風扇和液壓系統、液壓系統噪聲主要是液壓泵和馬達的旋轉所產生的峰值噪聲和主閥的節流噪聲，液流的沖擊振動和共軛振動。為降低噪聲直接向外輻射，可采用隔聲的方法，同時必須在保證足夠的散熱效果基礎上進行一定的隔聲。

（1）發動機四周形成一個封閉的隔倉，但在挖掘機的頂罩，必須留有一定的散熱孔，便于風扇吸進的氣流流經散熱器后冷卻發動機機體，形成一個氣流通道。

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

（3）在左右側門上增加橡膠密封條，在整機運行時可降低門和框架的沖擊，另一方面增加隔倉的密封效果。

（4）為增強散熱效果，風扇側門上一般采用沖孔或開百葉窗的形式，增加空氣進氣量·降低空氣阻力，但對風扇的隔聲效果較差。在改進時加強散熱器與發動機隔倉的密封處理，防止熱風的回流，護罩頂部保留足夠的通流面積，取消側門開孔，從而改善了風扇的隔聲效果。

（5）為降低駕駛室司機耳旁噪聲，底板架四周與轉臺之間采用海綿密封·底板架上盡量取消開孔，穿過線束和液壓管路時采用內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，有效地加強了整體和局部的隔聲效果，通過檢測，整機噪聲大約下降2分貝。

結語：本文利用試驗分析的技術對發動機噪音的各種處理方式，進行了聲學方案設計來解決駕駛室內擾人的發動機的噪音，并對整車效果進行了驗證，取得了較好的效果，對降低駕駛室內噪音、提高聲學品質和舒適性具有一定的參考意義。經過上述措施的改進，駕駛室內的噪音能夠有效降低。當然想要更加深入的降低噪音值，還需對聲學材料做更精細的研究。后續在項目應用過程中，同步完善聲學數據的積累，形成數字化選型匹配，能夠更好的實現整車噪音的降低。

參考文獻

[1]仝振，陳彥兵，陳誠貴.液壓挖掘機噪聲分析與降噪處理[J].商品與質量·建筑與發展，2013，000（007）：473-473.

[2]張群，衛海橋，舒歌群，梁興雨，王養軍，劉岳文.高壓共軌發動機降噪及其性能對噪音的影響[J].機械工程學報，2009，11.

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

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