淺析道路清掃車噪聲產(chǎn)生機理及控制

吳新芳

WU Xin-fang

江蘇悅達專用車 江蘇鹽城 224007

1 前言

隨著現(xiàn)代城市的高速發(fā)展，多功能道路清掃車以其高效的工作以及功能的多元性，廣泛地為各地環(huán)衛(wèi)部門所配備。但是隨之而來的清掃車噪聲擾民問題也開始引起人們的關(guān)注，如何降低清掃車的噪聲已成為清掃車生產(chǎn)企業(yè)的重要研究課題。

2 清掃車的結(jié)構(gòu)

目前在用的道路清掃車主要是在標準二類底盤的基礎(chǔ)上加裝了清掃系統(tǒng)、高低壓沖洗系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電器系統(tǒng)等部件， 其結(jié)構(gòu)如圖1所示。清掃系統(tǒng)由風機、掃刷機構(gòu)及吸盤機構(gòu)組成，高低壓沖洗系統(tǒng)由高低壓水泵和前中后噴水架組成。汽車底盤負責清掃、沖洗等行走作業(yè)，副發(fā)動機則是清掃車各專用工作裝置的動力源，副發(fā)動機起動后，通過傳動機構(gòu)驅(qū)動風機系統(tǒng)、高低壓水泵系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)工作，實現(xiàn)路面清掃、沖洗、垃圾污水回收、傾倒、噴霧降塵等保潔作業(yè)。

3 清掃車噪聲來源

3.1 汽車底盤的噪聲

汽車底盤的噪聲主要分為：底盤發(fā)動機噪聲、輪胎噪聲、車身結(jié)構(gòu)噪聲。其中，底盤發(fā)動機噪聲包括氣動噪聲、燃燒噪聲、機械噪聲等；輪胎噪聲是指汽車在行駛過程中輪胎與地面的摩擦聲、不平整路面導致的震動噪聲，以及輪胎花紋間隙的空氣流動和輪胎四周空氣擾動構(gòu)成的空氣噪聲；車身結(jié)構(gòu)噪聲是指由于底盤的車體大都是由金屬鈑金制成，車輛行駛過程中，振動源把振動傳給金屬車體，從而引起車體共振形成的噪聲。

3.2 副發(fā)動機的噪聲

副發(fā)動機產(chǎn)生的噪聲是道路清掃車工作時最主要的噪聲源，它包括氣動噪聲、燃燒噪聲和機械噪聲等，進排氣噪聲、風扇噪聲都屬于氣動噪聲。

3.2.1 氣動噪聲

進氣系統(tǒng)由空氣預濾器、空氣濾清器總成、進氣管、節(jié)氣門和進氣歧管等組成，如圖2所示。進氣系統(tǒng)噪聲是發(fā)動機中主要噪聲之一，主要受轉(zhuǎn)速影響，若轉(zhuǎn)速增加一倍，進氣噪聲可增加10～18 dB。進氣系統(tǒng)噪聲包括進氣口氣動噪聲和結(jié)構(gòu)輻射噪聲。氣動噪聲是由節(jié)氣門周期性開閉而引起進氣管道內(nèi)壓力起伏變化形成的。節(jié)氣門開啟時，活塞做變速運動引起進氣流脈動噪聲，節(jié)氣門關(guān)閉時進氣管道中的空氣柱共振噪聲，而氣流流經(jīng)進氣門環(huán)隙時又產(chǎn)生渦流噪聲[1]。另外，進氣系統(tǒng)一端部件安裝在車架上，另一端進氣管由增壓膠管和發(fā)動機進氣口相連，空濾總成及進氣管等一般是由薄板材料制造的，剛度強度不足，清掃車工作時，車體和發(fā)動機的振動直接傳遞給進氣系統(tǒng)，容易引起殼體振動而輻射噪聲，而殼體的振動就會對氣動噪聲產(chǎn)生影響。

排氣系統(tǒng)是指從發(fā)動機排氣歧管到排氣尾管各個部件的組合，發(fā)動機排出的廢氣屬高溫、高壓氣體，廢氣從排氣門高速沖出，沿著排氣歧管進入消聲器，最后從尾管排入大氣。圖3是清掃車副發(fā)動機排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，為最常用的單入口單出口形式。排氣噪聲是發(fā)動機的最主要噪聲，與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷有關(guān)，其噪聲一般比發(fā)動機整機噪聲高出10～15 dB，排氣系統(tǒng)噪聲主要由氣動噪聲、沖擊噪聲、輻射噪聲和氣流摩擦噪聲組成。

排氣系統(tǒng)的氣動噪聲是發(fā)動機在運動中產(chǎn)生的壓力波在排氣管道中傳播而形成的，與排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。沖擊噪聲是排氣管道中不穩(wěn)定的氣流對管道產(chǎn)生沖擊波而形成的，比如在管道截面積突然變化的時候，就會產(chǎn)生沖擊噪聲。發(fā)動機排氣口與排氣系統(tǒng)直接相連，排氣系統(tǒng)又通過吊耳與車體連接。一方面，清掃車工作時，汽車底盤慢速前進，主、副發(fā)動機工作，來自車體和發(fā)動機的振動就被傳遞給了排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)的大部分部件都是薄板結(jié)構(gòu)，如這些薄板被激勵，就會產(chǎn)生輻射噪聲；另一方面，發(fā)動機的排氣流量是與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和工作負荷有關(guān)聯(lián)的，清掃車工作時，轉(zhuǎn)速和工作負荷并不是一直穩(wěn)定的，這樣排出的穩(wěn)定氣流和不穩(wěn)定氣流交錯出現(xiàn)沖擊薄板部件，激起板的振動，產(chǎn)生輻射噪聲。氣流摩擦噪聲是排氣口高速沖出的廢氣傳到尾管時對外發(fā)出的噪聲，它隨轉(zhuǎn)速提高而增大[2]。

冷卻風扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成，旋轉(zhuǎn)噪聲是由于風扇的葉片周期性地切割空氣，引起空氣的壓力脈動產(chǎn)生的。渦流噪聲是風扇旋轉(zhuǎn)時使周圍的空氣產(chǎn)生渦流， 這些渦流由于粘滯力的作用又會分裂成一系列的小渦流， 這些渦流和渦流的分裂會使空氣發(fā)生擾動，形成壓力波動，從而激發(fā)出噪聲。風扇噪聲也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高噪聲越大，轉(zhuǎn)速提高一倍噪聲可增加10～15 dB以上。

3.2.2 燃燒噪聲和機械噪聲

燃燒噪聲是指氣缸燃燒燃油產(chǎn)生壓力后，壓力通過活塞、連桿、曲軸、缸體等途徑向外輻射產(chǎn)生的噪音；機械噪聲是在氣體壓力和慣性力的作用下，使發(fā)動機內(nèi)部的運動部件產(chǎn)生沖擊和振動而激發(fā)的噪聲。清掃車副發(fā)動機一般是直噴式柴油發(fā)動機，當發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)或高速運轉(zhuǎn)時，燃燒噪聲都要高于機械噪聲。

3.3 上裝傳動機構(gòu)的噪聲

清掃車是通過一系列傳動機構(gòu)將副發(fā)動機動力傳遞給清掃系統(tǒng)、高低壓沖洗系統(tǒng)、風機系統(tǒng)等，圖4是高壓沖洗系統(tǒng)的動力傳動機構(gòu)示意圖。皮帶傳動是一種依靠摩擦力來傳遞運動和動力的機械傳動，皮帶傳動本身是可以緩和沖擊和振動的，相對于其他傳動噪聲要低得多，但由于機構(gòu)里有軸承、離合器、皮帶輪、水泵、齒輪泵等眾多零部件，這些零部件的配合一旦出現(xiàn)問題就會出現(xiàn)較高的噪聲。

軸承噪聲是傳動機構(gòu)中的一個重要噪聲源，由以下幾種噪聲綜合產(chǎn)生：

a. 滾道聲，軸承旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的一種平穩(wěn)且連續(xù)性的噪聲，是軸承套圈受到載荷后振動所致，一般隨轉(zhuǎn)速增加而提高，當潤滑良好時，噪聲明顯降低；

b. 保持架噪聲，軸承旋轉(zhuǎn)過程中保持架的自由振動以及它與滾動體或套圈相撞擊發(fā)出的噪聲；

c. 滾動噪聲，滾動體相對于滾動面回轉(zhuǎn)，或滑動、摩擦及撞擊時產(chǎn)生的噪聲，主要發(fā)生于滾動體進入和退出載荷區(qū)的時刻[3]；

d. 異常聲，比如出現(xiàn)了嘎吱嘎吱聲，是軸承工作面出現(xiàn)了傷痕或者有雜物進入了工作面造成的。

皮帶噪聲是當皮帶使用一段時間后，由于是磨擦傳動，皮帶傳動表面磨擦系數(shù)降低，就會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，皮帶會發(fā)出吱吱響；皮帶過松時，會看到皮帶在輪上彈跳，發(fā)出類似于隆隆的聲音；當皮帶和皮帶輪上有雜物時，皮帶會出現(xiàn)長聲尖叫或刺耳噪聲。

電磁離合器正常工作時噪聲并不大，但是當電磁離合器磁力線圈老化，通電后所產(chǎn)生的電磁力不足或離合器片磨損引起其間隙過大，或者負載過大遠超出了離合器的額定負荷時，就會造成離合器打滑而發(fā)出尖叫聲。

聯(lián)軸器是高壓水泵與驅(qū)動軸之間的連接機構(gòu)，如果驅(qū)動軸和水泵軸同軸度不好以致聯(lián)軸器偏斜，就會產(chǎn)生振動與噪聲。

在清掃車傳動機構(gòu)里有高/低壓水泵、液壓齒輪泵及液壓馬達等，這些泵體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，工作時軸高速旋轉(zhuǎn)，因零件加工制造誤差、零部件配合不當、內(nèi)部零件損壞等原因會造成泵體的振動和噪聲，如流體中混入空氣，還會出現(xiàn)氣蝕噪聲。

3.4 風機噪聲

風機噪聲是清掃車工作時的重要噪聲源之一，是氣動噪聲、機械噪聲、氣體和固體彈性系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的氣固耦合噪聲三者疊加的結(jié)果，其中氣動噪聲是由旋轉(zhuǎn)噪聲和旋渦噪聲相互疊加組成，旋轉(zhuǎn)噪聲的強度與葉輪出口圓周速度和氣流速度有關(guān)；機械噪聲與葉輪的動平衡性能、制造工藝、部件的剛度、連接件的緊固效果等有關(guān)；氣固耦合噪聲產(chǎn)生于不均勻的氣流作用在固體壁面上隨時間脈動，與氣體的繞流、流動分離、渦流引起的壓力脈動密切相關(guān)[4]。

4 噪聲控制

眾多噪聲的合成，使清掃車工作時的噪聲基本上都在90 dB左右，有時甚至超過了95 dB，給操作者和周圍行人帶來健康損害，故控制清掃車的噪聲勢在必行。

4.1 汽車底盤噪聲控制

除了縮短或加長汽車底盤主梁長度以及在需要位置加孔外，原則上對發(fā)動機系統(tǒng)和車架不作改動。清掃車工作時，底盤前進速度較慢，發(fā)動機是底盤的主要噪聲源，故主要在保養(yǎng)及使用發(fā)動機方面控制噪聲：一是及時更換或清理空氣濾清器濾芯，保證進氣的通暢；二是及時更換發(fā)動機機油，選用清潔性能好和揮發(fā)性低的合成機油產(chǎn)品，機油牌號不可經(jīng)常更換；三是定期更換機油濾芯。另外，還需經(jīng)常檢查底盤重要螺栓的緊固情況，發(fā)現(xiàn)有松動或缺損，應(yīng)及時補齊擰緊，防止結(jié)構(gòu)松動加大噪聲。

4.2 副發(fā)動機噪聲控制

控制進氣噪聲時，由于進氣系統(tǒng)的核心消聲元件就是空濾總成，故首先要合理設(shè)計選用空濾器，在安裝許可的前提下，盡可能選擇容量大、流量大的空濾器；其次要選擇最佳的進氣管直徑，保證氣流流速不大于30 m/s ，過高的流速會產(chǎn)生較大進氣噪聲。

控制排氣噪聲時，選用與副發(fā)動機相匹配的消音器，合理設(shè)計排氣管直徑，盡量避免直角彎頭，且彎頭要盡可能少，彎頭不可避免時要加大過渡圓弧以降低沖擊噪聲；縮短尾管長度，避免氣流直接往地面排放，可降低氣流摩擦噪聲；加長柔性連接管的長度，選用剛度好的吊耳，使用雙減振墊，可有效降低結(jié)構(gòu)輻射噪聲。

控制風扇噪聲時，應(yīng)合理選擇安裝集風罩和加大散熱器散熱面積，安裝時盡量保證風扇與集風罩的徑向間隙在15～20 mm，風扇前端與散熱器散熱帶后端的間隙應(yīng)大于30 mm。注意：吸風型的風扇，其風扇葉片的2/3在集風罩里；吹風型的風扇，其風扇葉片的1/3在集風罩里。

另外，由于清掃車經(jīng)常在灰塵較多、空氣質(zhì)量較差的路況區(qū)域工作，更要及時保養(yǎng)副發(fā)動機，空氣濾芯、機油濾芯、機油等應(yīng)及時更換，并定期清理進氣管道里的灰塵，以避免發(fā)動機內(nèi)部零件損壞，噪聲加大。發(fā)動機各種噪聲受轉(zhuǎn)速的影響最大，設(shè)計時將發(fā)動機的工作轉(zhuǎn)速定在2 000 r/min左右，既可保證發(fā)動機的最佳性能，又能使噪音控制在最小。

4.3 傳動機構(gòu)的噪聲控制

軸承噪聲的控制，首先應(yīng)選擇低噪聲軸承或進口軸承，其次在設(shè)計結(jié)構(gòu)時還要注意軸肩尺寸不可超出極限值，需根據(jù)軸承內(nèi)圈或外圈旋轉(zhuǎn)確定軸承座孔、軸和軸承內(nèi)外圈的配合，防止過松或過緊導致噪聲加大；安裝時應(yīng)使用合適的工具謹慎操作，防止損傷軸承加大噪聲；保持軸承及軸承座清潔，使用清潔和性能好的潤滑脂或油，防止雜質(zhì)進入軸承而加劇其磨損出現(xiàn)異常噪聲。

皮帶噪聲控制，首先要正確安裝皮帶輪，皮帶輪的槽型和皮帶要匹配，并時常檢查調(diào)節(jié)皮帶張緊情況，張緊度以拇指能下按2 cm為宜，由于清掃車工作環(huán)境的特定性，作業(yè)時要注意，皮帶上如有油污或雜物要及時清理干凈，防止打滑及產(chǎn)生異常噪聲。

對于各類泵體的噪聲控制，最好選擇購買進口泵，選用過濾效果好的水或油過濾器并定期清理，如流體里混入空氣時及時排盡防止氣蝕噪聲；在安裝時保證泵軸和驅(qū)動軸的同軸度，泵體與車體的接觸部位要安裝減振墊。

離合器噪聲控制，除了定期檢查調(diào)節(jié)電磁離合器磨擦片間的間隙外，還應(yīng)注意離合器的清潔，可在電磁離合器外加裝方便拆卸的罩殼，既防水防油，又能降噪。

4.4 風機噪聲控制

控制風機噪聲首先要選擇與吸掃系統(tǒng)匹配的風機，因為風壓、風量越大，風機噪聲也越大；合理設(shè)計進氣管路，將進氣管路設(shè)計成截面為長方形時阻力最??；適當加大蝸舌曲率半徑，取其半徑為葉輪半徑的0.1倍，控制蝸舌和葉輪間距為葉輪半徑的0.125倍，可將噪聲降低2 dB；若要減少機械噪聲就要加強葉輪的動平衡性能，提高制造工藝水平、及時堅固螺栓，在風機易磨損部位加強部件的剛度等。另外，風機、副發(fā)動機及各傳動機構(gòu)基本上都在發(fā)動機艙內(nèi)，在艙四壁貼吸音海綿，降噪效果很好。

通過以上對道路清掃車一系列的隔音、減振、降噪等措施控制后，可將整車噪聲控制在84 dB以下。

5 結(jié)語

道路清掃車結(jié)構(gòu)復雜，噪聲源眾多，要控制噪聲須從多方面入手，首先設(shè)計時就需綜合考慮各部件的結(jié)構(gòu)，選用最優(yōu)方案則最利于噪聲控制，生產(chǎn)時控制各零部件的制造工藝水平，裝配時提高裝配工藝水平，使道路清掃車在出廠前噪聲就能得到有效控制；其次，用戶的正確使用和保養(yǎng)也極為關(guān)鍵，用戶在使用前應(yīng)仔細閱讀說明書，并按所介紹的方法操作及保養(yǎng)清掃車，能使清

[1] 賈維新.發(fā)動機結(jié)構(gòu)噪聲和進氣噪聲的數(shù)字化仿真及優(yōu)化設(shè)計研究[D].浙江大學,2008.

[2] 楊衛(wèi)農(nóng),戴關(guān)林.汽車排氣系統(tǒng)噪音與振動的控制[J].輕型汽車技術(shù),2007(7/8):34-36.

[3] 馬國華.王芳.胡桂蘭.滾動軸承的噪聲及產(chǎn)生機理[J].軸承,2001(9):35-36.

[4] 續(xù)魁昌.風機手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999.