輪式拖拉機(jī)駕駛位置降噪措施

秦永輝

摘要：降低噪聲和有效地阻止噪聲向外（或駕駛室）擴(kuò)散，是控制和降低拖拉機(jī)噪聲的主要途徑。詳細(xì)介紹輪式拖拉機(jī)駕駛位置主動(dòng)降噪和被動(dòng)降噪的原理、計(jì)算方法及具體措施，為降低輪式拖拉機(jī)駕駛位置噪聲提供理論參考。

關(guān)鍵詞：降噪；駕駛室；輪式拖拉機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)

中圖分類號(hào)：S219.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）05-0057-03

拖拉機(jī)駕駛位置噪聲主要來源于發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、底盤噪聲等。前者包括空濾處進(jìn)氣噪聲、消聲器排氣噪聲、齒輪室噪聲等。底盤部分的噪聲源主要為傳動(dòng)系齒輪傳動(dòng)噪聲。有效降低駕駛員耳旁噪聲的主要途徑是降低噪聲源產(chǎn)生的噪聲和阻止噪聲源產(chǎn)生的噪聲向外（或駕駛室）擴(kuò)散，即控制拖拉機(jī)噪聲產(chǎn)生和噪聲傳播。

1 輪式拖拉機(jī)駕駛位置主動(dòng)降噪措施

通過改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)附件、拖拉機(jī)消聲器結(jié)構(gòu)等手段，對(duì)噪聲源采用主動(dòng)方式降噪，達(dá)到降噪目的。

1.1 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)附件

1.1.1 更換硅油離合器風(fēng)扇及護(hù)風(fēng)圈 影響風(fēng)扇噪聲的因素主要有風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)、風(fēng)扇材料和護(hù)風(fēng)圈等。風(fēng)扇噪聲主要分量為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是旋轉(zhuǎn)葉片周期性切割空氣引起壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的，其基頻為nZ/60（n為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，Z為葉片數(shù)）。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使周圍空氣產(chǎn)生渦流，渦流黏度力作用又分裂為一個(gè)個(gè)分立小渦流。渦流分裂使空氣發(fā)生擾動(dòng)，產(chǎn)生渦流噪聲。一般寬頻帶噪聲主要峰值頻率為：

式中：k為常數(shù)，一般為0.15～0.22；v為風(fēng)扇圓周速度；d為葉片在氣流入射方向的厚度。

可以得出，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n對(duì)噪聲影響很大：轉(zhuǎn)速提高1倍時(shí)，聲壓級(jí)可增加11～17 dB（A）。因此，適當(dāng)降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，可以有效降低風(fēng)扇噪聲。

硅油離合器風(fēng)扇是以特種硅油作為傳遞扭矩介質(zhì)，利用雙金屬熱傳感器傳感控制離合器分離結(jié)合的一種變轉(zhuǎn)速風(fēng)扇。它可以有效降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，且滿足發(fā)動(dòng)機(jī)降溫需求。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大、水溫升高時(shí)，高黏度硅油充滿工作腔，離合器結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減?。凰疁亟档蜁r(shí)，工作腔內(nèi)的硅油甩回儲(chǔ)油腔，離合器分離，從而達(dá)到控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的目的。同時(shí)，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失。

葉片材質(zhì)也影響噪聲大小，振動(dòng)阻尼越大的噪聲越小。有機(jī)合成材料（玻璃鋼、尼龍66）等比金屬材質(zhì)振動(dòng)阻尼大，葉片噪聲相對(duì)小。同樣，護(hù)風(fēng)圈材料對(duì)噪聲也有一定影響，金屬護(hù)風(fēng)圈振動(dòng)大，玻璃鋼材料振動(dòng)相對(duì)較小。根據(jù)以上原則，安裝硅油離合器風(fēng)扇、改換尼龍風(fēng)扇、改換玻璃鋼護(hù)風(fēng)罩等，都是有效降低嗓聲的措施。

1.1.2 改進(jìn)消聲器 消聲器的主要功能是消除降低噪聲，其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為傳遞損失TL（Transmission Loss）和插入損失IL（Insert Loss）。TL是指消聲器進(jìn)出口處聲功率級(jí)差，主要反映消聲器本身的傳遞特性，不受聲源管道系統(tǒng)和消聲器尾管的影響，與聲源和消聲器出口端的聲阻抗無關(guān)。IT是指排氣口同一測(cè)點(diǎn)處安裝裝消聲器前后的聲壓級(jí)差，與聲源和出口端的聲阻抗由有關(guān)。兩者在數(shù)值上略有差別。由于傳遞損失測(cè)試比較復(fù)雜，檢測(cè)成本較高，一般檢測(cè)判定采用插入損失作為消聲器消聲性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)果準(zhǔn)確。

式中：νh為發(fā)動(dòng)機(jī)排量；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；N為發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸數(shù)；k為常數(shù)，農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)k=5 000。

一般來說，拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣消聲器大多由2～4腔組成。在滿足消聲量條件下，腔數(shù)越少越好。擴(kuò)張比m是指消聲器外殼截面積與入口截面積比。擴(kuò)張比越大，消聲器的消聲量大，一般取9～16。穿孔管、穿孔板能降低流經(jīng)它的高頻排氣噪聲，其降噪效果和穿孔管、穿孔板孔徑、穿孔率、穿孔板數(shù)量有關(guān)。消聲器的消聲效果與穿孔直徑、穿孔率越小成反比，與穿孔板數(shù)目成正比。穿孔直徑和穿孔率過小，隔板過多，會(huì)增加消聲器功率損失，導(dǎo)致拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性變差。按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，穿孔直徑一般選3～8 mm，穿孔元件總流通面積與進(jìn)氣管面積之比選取1.2～1.5，由此確定穿孔率。也可以根據(jù)消音器上述特性開發(fā)新型消聲器。

1.2 降低機(jī)罩振動(dòng)

機(jī)罩振動(dòng)是噪聲產(chǎn)生來源之一，降低振動(dòng)可有效降低噪音水平。機(jī)罩振動(dòng)除與機(jī)罩自身剛度有關(guān)外，還跟機(jī)罩固定方式、機(jī)罩鉸鏈和機(jī)罩支架剛度有關(guān)。在鉸鏈和軸之間增加橡膠墊，可降低鉸鏈軸軸向竄動(dòng)。同時(shí)，提高機(jī)罩支架的剛度，將原有鋼板拼焊支架改為鋼管焊接支架。機(jī)罩前部增加機(jī)罩鎖，加厚機(jī)罩下部密封發(fā)泡膠條。

2 輪式拖拉機(jī)駕駛位置被動(dòng)降噪措施

通過采取改進(jìn)機(jī)罩覆蓋件結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、隔絕外部噪聲源噪聲傳入等措施，對(duì)噪聲來源采取被動(dòng)方式降噪，達(dá)到降噪目的。

2.1 改進(jìn)機(jī)罩覆蓋件結(jié)構(gòu)和材質(zhì)

拖拉機(jī)機(jī)罩由多塊薄鋼板沖壓后焊接而成，鋼板厚度在0.7～1.0 mm之間，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的沖擊力直接或間接傳導(dǎo)至機(jī)罩覆蓋件，引起機(jī)罩覆蓋件本體振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。噪聲大小與聲輻射系數(shù)σ有關(guān)，函數(shù)關(guān)系為：

式中：分子是聲強(qiáng)I的面積積分，表示輻射聲能；V2表示平板振動(dòng)速度的多點(diǎn)平均值；ρc為空氣聲特性阻抗。

減小結(jié)構(gòu)傳播噪聲的有效途徑是控制聲輻射效率高的結(jié)構(gòu)板振動(dòng)，而減少聲輻射效率高薄板件振動(dòng)的有效方法是在其上附加阻尼。拖拉機(jī)機(jī)罩覆蓋件的固有阻尼較小，增大其阻尼可以衰減振動(dòng)能量，減弱共振頻率附近振動(dòng)。當(dāng)本體結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲振動(dòng)時(shí)，阻尼材料能夠吸附振動(dòng)能量，引起阻尼材料內(nèi)部摩擦和相互錯(cuò)動(dòng)，使能量部分轉(zhuǎn)化為熱能傳導(dǎo)耗散出去，降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲輻射。

拖拉機(jī)覆蓋件為薄板件，擬采用噴涂阻尼減振膠來有效控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲。阻尼膠中的高分子材料粘彈性強(qiáng)，可大幅轉(zhuǎn)化振動(dòng)機(jī)械能為熱能，減小振幅，降低噪聲。根據(jù)以上原則，選擇某廠生產(chǎn)的F-205型阻尼減振膠。該產(chǎn)品在20 ℃時(shí)復(fù)合損耗因數(shù)η=0.169，10 ℃時(shí)η=0.191，其阻尼性能是PVC的5倍左右，可有效降低薄板件因振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。同時(shí)，為隔絕發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩下方增加左右覆蓋板。

2.2 減少駕駛室噪聲傳入

駕駛室內(nèi)部噪聲主要有空氣聲、內(nèi)部振動(dòng)聲、混響聲。外部傳導(dǎo)聲音主要通過2個(gè)途徑產(chǎn)生：一是透過縫隙通過空氣傳入駕駛室內(nèi)的外部噪聲；二是外部噪聲通過駕駛室本體傳導(dǎo)。內(nèi)部振動(dòng)聲音主要來自于駕駛室本體或內(nèi)部部件振動(dòng)?；祉懧暿峭獠總鲗?dǎo)聲音和內(nèi)部振動(dòng)聲音在駕駛室空間內(nèi)通過混響而增加的噪聲。

2.2.1 隔絕外部噪聲源 檢查拖拉機(jī)操縱桿件、電纜和線束與地板之間的縫隙。底板采用鋼板沖壓成型，吸聲系數(shù)小，阻尼小，聲輻射效率高，與發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)干涉。駕駛室振動(dòng)會(huì)形成噪聲源，增加駕駛室內(nèi)混響聲。

為防止上述情況發(fā)生，可采用軟質(zhì)隔聲特性材料，其中人造革、泡沫塑料等密封性能好，無再生噪聲，還具有一定吸聲作用。在變速桿與地板連接處增加橡膠波紋套，在電纜和線束與地板之間增加橡膠過線套，可有效防止外部噪聲傳入。

2.2.2 吸收傳入內(nèi)部的噪聲 駕駛室內(nèi)部混響可由下列公式計(jì)算：

式中：j為第j個(gè)頻段上的平均吸聲系數(shù)；Si為駕駛室內(nèi)某種材料的表面積；αjj為第j個(gè)頻段上和Si相對(duì)應(yīng)材料表面吸聲系數(shù)；△Lpj為第j個(gè)頻段上由混響增加的噪聲值。

原駕駛室內(nèi)主要由玻璃、鋼板和人造革蒙皮組成，通過各種材料的吸聲系數(shù)計(jì)算出由混響增加的噪聲值為5.78～13.7 dB（A），見表1。

駕駛室內(nèi)所用的吸聲材料以多孔式為主，具有較高的吸聲系和較寬的頻率范圍。目前，拖拉機(jī)的內(nèi)飾頂通常采用麻氈，面料采用厚無紡布，內(nèi)、外頂之間局部填充聚胺脂軟發(fā)泡基料。兩側(cè)擋泥板及后壁板采用外層為帶孔人造革，內(nèi)層為軟發(fā)泡。同時(shí)，在地板下部局部粘接平靜隔音吸音棉。

平靜阻尼隔聲吸聲棉結(jié)構(gòu)分為3層：第一層是阻尼膠粘止振層，丁基橡膠材質(zhì)，通過靠緊密貼合鈑金部位減弱金屬部件彎曲振動(dòng)，有效抑制振動(dòng)噪聲產(chǎn)生；第二層是隔聲層，用閉孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)噪聲阻隔，聲波在穿過隔聲吸聲棉的過程中，聲波與禁閉在吸聲材質(zhì)和后壁之間的空氣形成共振，加強(qiáng)空氣磨擦，將聲能變成熱能；第三層是異型吸音槽表面，可高效抑制混響。

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Abstract： To reduce the noise and prevent the noise spreading outside（or the cab） efficiently is the main way to control and reduce the noise in the tractor. This paper introduced in detail the principle of active noise reduction and passive noise reduction， computing method and specific measures at driver position in roller tractor， providing theoretical reference for reducing the driver position noise in roller tractor.

Key words： noise reduction； cab； roller tractor； engine