履带式液压挖掘机噪声控制解读由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“噪声控制技术课后答案”。
履带式液压挖掘机的噪声控制
网站首页>>业界动态>>工程机械常识>>履带式液压挖掘机的噪声控制 时间：2009-1-13 9:11:00 文章来自于：(中国建筑机械网)
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随着“中国制造”跨入国际市场，中国工程机械产品开始大批量的出口。当我们的履带式液压挖掘机跨进国际市场时，减振降噪成为挡在我们面前很大的困难，要想冲破这个技术壁垒，必须满足CE欧盟特有的强制性标准。CE是欧盟市场的基本销售条件，以确保使用者的安全、卫生和健康的标准。CE标准规定发动机标定功率为50~160kW范围内的履带式液压挖掘机司机位置处噪声限值85 dB(A)，比国家标准GB1670.1-1996限值92dB(A)低7dB(A)；机外辐射噪声规定值比国家标准低了8~15dB(A)。我们通过降噪技术措施改进，使我们公司内十个品种的履带式液压挖掘机噪声限值都达到了CE欧盟标准。下面结合我们技术改进过程中采用的降噪方法和原理进行探讨。
我们在技术改进中，因发动机是进口英国康明斯发动机，从声源上控制噪声难以实现，只能在噪声传播途径上降低噪声。从噪声传播途径上降低噪声主要采用了减振降噪、隧道式隔声罩、消声降噪从而使噪声达到CE标准，并且在技术上可行、经济上可取，取得了很好的降噪效果。减振降噪
发动机在工作中产生的燃烧激振源和不平衡惯性力是引起挖掘机振动的两个主要激振源，它的振动传给机架，在机架中以弹性波的形式传播，并引起安装在机架上的其他零部件的振动，而这些零部件又向空中辐射出噪声。因此，在发动机与机架之间设计减振器隔绝式衰减振动的传播，以达到降噪的目的。1.1 燃烧激振频率
发动机气缸内混合气燃烧，曲轴输出脉冲转矩，导致发动机上产生反作用倾覆力矩的波动，其振动频率就是发动机的爆发频率，可用下式计算：
式中：f1 为爆发频率（Hz）；n为发动机转速（r/min）；i为气缸数；τ为冲程系数，对二冲程τ=1，四冲程τ=2。1.2 不平衡惯性力激振频率
由曲轴旋转和曲柄连杆构件的往复运动产生的惯性激振力和力矩的激振频率为：
式中：f2 为惯性力激振频率（Hz）；n为发动机转速（r/min）；Q为比例系数，对一级不平衡力或力矩Q=1，二级不平衡力或力矩Q = 2。1.3 减振器的设计
对于燃烧激振频率和不平衡惯性力激振频率，在设计发动机减振器时选择哪一个做计算依据，经试验验证，选择激振频率较小的不平衡惯性力激振频率f2减振效果最好。根据不平衡惯性力激振频率f2确定减振器固有频率f0，起码要求f2 ＞f0否则减振器设计是失败的。减振器设计的一个基本原则是降低振动系统的固有频率，固有频率f0为：
式中：ω0为减振器固有圆频率（Hz）；M为发动机系统重量（kg）；K为减振器刚度(N/mm)；g为重力加速度（9800mm/s2）；δ为减振器在负荷下的静态下沉量（mm）。
从上式可以看出，降低减振器的固有频率的方法有两种：一是增加发动机系统的重量w，二是减小减振器的刚度K，使减振器在单位负荷下下沉量大一点，下沉量大意味着减振器要设计的很柔软，静刚度要很大，相应的体积要很大，并且使发动机系统的稳定性较差，容易摇晃干涉损坏发动机。因此，一般实际采用频率比 f2 / f = 2～3.5之间，对应隔振效率为80%~90%。在履带式液压挖掘机中，减振器通常采用减振橡胶，限制其变形程度也很重要。从耐久性出发，大致可取单位面积的受力范围如下：
对于压缩应力：σ＜20kg/cm2；
对于剪切应力：σ＜4kg/cm2。
在履带式液压挖掘机减振降噪系统中，不仅对发动机进行减振，还要对散热器、驾驶室设计相对应的减振器。液压系统的主阀和管道由于流速过高、空穴、紊流、冲击等现象产生的振动，也会引起噪音。因此，也要设计减振系统。同时选择合适的风扇，使风扇强度、刚度增大，尤其对高速旋转的风扇，可解决风扇高速旋转时风扇叶片振动产生噪声。隧道式隔声罩
履带式液压挖掘机其结构特点决定了自散热器到发动机机体用一个隧道形的隔声罩包围起来。由于检测挖掘机噪声时是在车的两侧设置四个测试点，因而在散热器和发动机输出两端上部开有隔声的百叶窗。隧道式隔声罩主要降低发动机内部的燃烧过程和结构振动所产生的噪声，这些噪声是通过发动机机体外表面及与发动机外表面刚性连接的零件的振动向大气辐射的表面噪声。
2.1 隔声罩的材料选择和处理
一般履带式液压挖掘机隔声罩由隔声板、阻尼涂料和吸声层构成，隔声板大多选用合适厚度的钢板。但是对于由金属板材构成的隔声板，其共振频率可以分布在很广的听阈范围内，而且其有较高的固有频率，在设计中必须考虑它们的共振频率及其影响。隔声板的共振频率与材料几何尺寸质量（面密度）、刚度和阻尼及安装方式有关。如四边用螺栓固定矩形板材其最小共振频率为：
式中：CL在钢板中纵波传播速度（m/s）
E为扬氏模量（N/m3）；ρ为密度（（kg/m2）；μ为泊松比；t为钢板厚度（m）；la为矩形钢板的长（m）； lb为矩形钢板的宽（m）。
在实际设计中，如果隔声板材的共振频率发生在听觉频率范围内，那么钢板的隔振效果并不显著，为了有效隔噪声，应当努力使钢板和结构共振频率降低到听觉20Hz以下或尽最大可降低共振频率。为了解决这问题，我们采用了以下措施：
（1）增加钢板的刚度。适当增加钢板的厚度；或在钢板上压制加强筋、焊接加强筋，或将钢板牢固的固定在罩体骨架上，抑制钢板面的振动，减少噪声辐射；
（2）增加钢板的阻尼。阻尼技术主要用于降低钢板在共振频率上振动。当板材振动时，与钢板紧紧贴附的阻尼层时而被压缩，时而被拉伸，阻尼材料的分子之间反复产生相对位移变化，消耗了一部分板的振动能量，也就抑制钢板的振动。一般钢板涂以阻尼构成阻尼系统损耗因数为：
式中：η0阻尼材料的损耗因数；E0阻尼材料的弹性模量；E钢板的弹性模量；t0阻尼材料的厚度；t钢板的厚度。
从上式可以看出，为了获得金属板和阻尼材料的最佳匹配组合，不仅要求阻尼材料的损耗因数高，还要求阻尼材料有较大的弹性模量；阻尼层与钢板的厚度比t0/t要大。在实际设计中，一般阻尼层的厚度为钢板厚度的适当倍数之间阻尼减振效果最好，从而降低噪声辐射；（3）增加吸声材料。吸声材料的好坏主要取决材料的吸声系数，吸声系数越大，吸声降噪效果越好。由于吸声系数与发动机辐射噪声的频率有很大关系，在选择吸声材料时，一般以频率的吸声系数来进行计算，一般要求吸声系数要大于0.5。目前应用较多的是聚氨酯泡沫材料。2.2 通风散热
采用隧道式隔声罩，必须慎重处理好发动机的通风散热，否则会造成发动机、液压系统性能下降，甚至引起破坏性事故。因隔声罩不是全封闭的而是两端上部开放的，以便通风散热，在理论计算上只考虑发动机散热器和液压系统散热器达到设计的热平衡温度和液压油温度，可计算出散热所需的通风量，从而估算出开口面积所占总面积的比例。可用下式估计算它的减噪量：
L = 10log(s/s0)
式中：L为减噪量（dB(A)）；s隔声罩的总内面积；s开口总面积。
在实际情况中，在罩内增加了吸声材料和阻尼材料，实际减噪量要大于理论计算减噪量。2.3 孔洞、缝隙处理
尽管孔、缝的面积很小，但是其透声系数等于1，所以透声度较大，成为隔声结构的薄弱环节。如孔缝面积占整个结构面积的1/100时，则该结构隔声量不会超过20 dB(A)；当孔缝面积占1/10时，则隔声量最大也不高于10 dB(A)。
孔洞对隔声的影响主要是高频，随着孔径的加大，高频隔声量继续下降，同时向中、低频方向发展。缝隙对隔声的影响比孔更为严重。
（1）在罩体的进风与排风口处，设计成百叶式消声器。百叶安装角度及间距应保证至少能遮挡水平视线的要求；
（2）对于进、排气管和液压管或电线穿过罩体的孔洞时，应在孔洞内贴上吸声材料，以免漏声；（3）对于上罩，为方便维修开起，应镶以软橡胶条；上罩进气和排气部分隔板要塑料条，闭合后必须压实、扣紧。消声降噪
发动机的排气噪声是履带式液压挖掘机最大的噪声源，排气噪声比发动机整体噪声高10~15 dB(A)，而且是一个宽频带噪声，对发动机排气噪声控制主要采用排气消声器。由于人耳对高频噪声较敏感，因此可借鉴国产发动机的排气噪声倍频频谱作为消声器设计的参考频谱，同时根据消声原理和用途，设计消声器。3.1 排气消声器的基本要求和依据
对于一个好的排气消声器要有三个方面的基本要求：
（1）消声量大。要求具有较高的消声量和较宽的消声频率范围，满足使用条件下的噪声控制CE标准所需要的消声量；
（2）空气动力性能好。气流通过消声器产生的阻力损失要小，安装消声器后所产生的阻力损失要控制在发动机允许的范围内。对于英国康明斯发动机要求排气阻力不大于10.1KPa。否则排气阻力大，就会损失一部分发动机功率；使消声器发热，还会增大排气气流速度；
（3）结构形状适宜。消声器的外形尺寸应与所配的发动机及空间相匹配，重量轻，结构简易，便于加工制造，并且要可靠耐用使用寿命长。同时要参照同类型消声器结构特点和试验资料，确定消声器的结构参数。3.2 消声器的改进
在欧盟 CE标准中，测试履带式挖掘机有两个测试点为高空测试点，其余四个测试点为高1.5m水平面上测试。在测试统计资料中，我们可以看出，高空噪声值较高，针对这一情况，认真分析了外购专业生产厂家的消声器结构特点，我们做了以下几方面的设计改进：
（1）阻性消声器是利用吸声材料消声的，当声波在多孔性吸声材料中传播时，吸声材料将使一部分声能转换成热能散掉，从而达到消声的目的。吸声材料是决定阻性消声器消声性能的重要因素，在同样长度和横截面积条件下，消声值的大小取决于吸声材料的吸声系数，而吸声系数打大小又与材料的种类、密度和厚度有关。吸声层厚度设计，由于消声器布置空间所限，吸声层可控制在适当厚度，采用耐高温、吸声系数大的材料，以达到吸收高频噪声。吸声材料在高速气流中工作，必须用牢固的护面防护，防止吸声材料被气流吹跑导致消声器的性能下降。穿孔金属板选用适当的孔径，穿孔
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