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轮式拖拉机驾驶位置降噪措施

2016-08-15秦永辉

农业科技与装备 2016年5期
关键词:降噪驾驶室发动机

秦永辉

摘要:降低噪声和有效地阻止噪声向外(或驾驶室)扩散,是控制和降低拖拉机噪声的主要途径。详细介绍轮式拖拉机驾驶位置主动降噪和被动降噪的原理、计算方法及具体措施,为降低轮式拖拉机驾驶位置噪声提供理论参考。

关键词:降噪;驾驶室;轮式拖拉机;发动机

中图分类号:S219.02 文献标识码:A 文章编号:1674-1161(2016)05-0057-03

拖拉机驾驶位置噪声主要来源于发动机噪声、底盘噪声等。前者包括空滤处进气噪声、消声器排气噪声、齿轮室噪声等。底盘部分的噪声源主要为传动系齿轮传动噪声。有效降低驾驶员耳旁噪声的主要途径是降低噪声源产生的噪声和阻止噪声源产生的噪声向外(或驾驶室)扩散,即控制拖拉机噪声产生和噪声传播。

1 轮式拖拉机驾驶位置主动降噪措施

通过改进发动机附件、拖拉机消声器结构等手段,对噪声源采用主动方式降噪,达到降噪目的。

1.1 优化发动机附件

1.1.1 更换硅油离合器风扇及护风圈 影响风扇噪声的因素主要有风扇转速、叶片数、风扇材料和护风圈等。风扇噪声主要分量为旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是旋转叶片周期性切割空气引起压力脉动而产生的,其基频为nZ/60(n为风扇转速,Z为叶片数)。风扇转动时使周围空气产生涡流,涡流黏度力作用又分裂为一个个分立小涡流。涡流分裂使空气发生扰动,产生涡流噪声。一般宽频带噪声主要峰值频率为:

式中:k为常数,一般为0.15~0.22;v为风扇圆周速度;d为叶片在气流入射方向的厚度。

可以得出,风扇转速n对噪声影响很大:转速提高1倍时,声压级可增加11~17 dB(A)。因此,适当降低风扇转速,可以有效降低风扇噪声。

硅油离合器风扇是以特种硅油作为传递扭矩介质,利用双金属热传感器传感控制离合器分离结合的一种变转速风扇。它可以有效降低风扇转速,且满足发动机降温需求。当发动机负荷增大、水温升高时,高黏度硅油充满工作腔,离合器结合,发动机负荷减小;水温降低时,工作腔内的硅油甩回储油腔,离合器分离,从而达到控制风扇转速的目的。同时,可降低发动机功率损失。

叶片材质也影响噪声大小,振动阻尼越大的噪声越小。有机合成材料(玻璃钢、尼龙66)等比金属材质振动阻尼大,叶片噪声相对小。同样,护风圈材料对噪声也有一定影响,金属护风圈振动大,玻璃钢材料振动相对较小。根据以上原则,安装硅油离合器风扇、改换尼龙风扇、改换玻璃钢护风罩等,都是有效降低嗓声的措施。

1.1.2 改进消声器 消声器的主要功能是消除降低噪声,其性能评价指标为传递损失TL(Transmission Loss)和插入损失IL(Insert Loss)。TL是指消声器进出口处声功率级差,主要反映消声器本身的传递特性,不受声源管道系统和消声器尾管的影响,与声源和消声器出口端的声阻抗无关。IT是指排气口同一测点处安装装消声器前后的声压级差,与声源和出口端的声阻抗由有关。两者在数值上略有差别。由于传递损失测试比较复杂,检测成本较高,一般检测判定采用插入损失作为消声器消声性能评价指标。其优点是检测简单、成本低、结果准确。

式中:νh为发动机排量;n为发动机转速;N为发动机汽缸数;k为常数,农业拖拉机k=5 000。

一般来说,拖拉机发动机排气消声器大多由2~4腔组成。在满足消声量条件下,腔数越少越好。扩张比m是指消声器外壳截面积与入口截面积比。扩张比越大,消声器的消声量大,一般取9~16。穿孔管、穿孔板能降低流经它的高频排气噪声,其降噪效果和穿孔管、穿孔板孔径、穿孔率、穿孔板数量有关。消声器的消声效果与穿孔直径、穿孔率越小成反比,与穿孔板数目成正比。穿孔直径和穿孔率过小,隔板过多,会增加消声器功率损失,导致拖拉机发动机动力性和经济性变差。按经验设计,穿孔直径一般选3~8 mm,穿孔元件总流通面积与进气管面积之比选取1.2~1.5,由此确定穿孔率。也可以根据消音器上述特性开发新型消声器。

1.2 降低机罩振动

机罩振动是噪声产生来源之一,降低振动可有效降低噪音水平。机罩振动除与机罩自身刚度有关外,还跟机罩固定方式、机罩铰链和机罩支架刚度有关。在铰链和轴之间增加橡胶垫,可降低铰链轴轴向窜动。同时,提高机罩支架的刚度,将原有钢板拼焊支架改为钢管焊接支架。机罩前部增加机罩锁,加厚机罩下部密封发泡胶条。

2 轮式拖拉机驾驶位置被动降噪措施

通过采取改进机罩覆盖件结构和材质、隔绝外部噪声源噪声传入等措施,对噪声来源采取被动方式降噪,达到降噪目的。

2.1 改进机罩覆盖件结构和材质

拖拉机机罩由多块薄钢板冲压后焊接而成,钢板厚度在0.7~1.0 mm之间,发动机工作时产生的冲击力直接或间接传导至机罩覆盖件,引起机罩覆盖件本体振动,产生噪声。噪声大小与声辐射系数σ有关,函数关系为:

式中:分子是声强I的面积积分,表示辐射声能;V2表示平板振动速度的多点平均值;ρc为空气声特性阻抗。

减小结构传播噪声的有效途径是控制声辐射效率高的结构板振动,而减少声辐射效率高薄板件振动的有效方法是在其上附加阻尼。拖拉机机罩覆盖件的固有阻尼较小,增大其阻尼可以衰减振动能量,减弱共振频率附近振动。当本体结构发生弯曲振动时,阻尼材料能够吸附振动能量,引起阻尼材料内部摩擦和相互错动,使能量部分转化为热能传导耗散出去,降低结构振动噪声辐射。

拖拉机覆盖件为薄板件,拟采用喷涂阻尼减振胶来有效控制结构振动和噪声。阻尼胶中的高分子材料粘弹性强,可大幅转化振动机械能为热能,减小振幅,降低噪声。根据以上原则,选择某厂生产的F-205型阻尼减振胶。该产品在20 ℃时复合损耗因数η=0.169,10 ℃时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动产生的噪声。同时,为隔绝发动机噪声,在发动机机罩下方增加左右覆盖板。

2.2 减少驾驶室噪声传入

驾驶室内部噪声主要有空气声、内部振动声、混响声。外部传导声音主要通过2个途径产生:一是透过缝隙通过空气传入驾驶室内的外部噪声;二是外部噪声通过驾驶室本体传导。内部振动声音主要来自于驾驶室本体或内部部件振动。混响声是外部传导声音和内部振动声音在驾驶室空间内通过混响而增加的噪声。

2.2.1 隔绝外部噪声源 检查拖拉机操纵杆件、电缆和线束与地板之间的缝隙。底板采用钢板冲压成型,吸声系数小,阻尼小,声辐射效率高,与发动机、传动箱运转产生振动干涉。驾驶室振动会形成噪声源,增加驾驶室内混响声。

为防止上述情况发生,可采用软质隔声特性材料,其中人造革、泡沫塑料等密封性能好,无再生噪声,还具有一定吸声作用。在变速杆与地板连接处增加橡胶波纹套,在电缆和线束与地板之间增加橡胶过线套,可有效防止外部噪声传入。

2.2.2 吸收传入内部的噪声 驾驶室内部混响可由下列公式计算:

式中:j为第j个频段上的平均吸声系数;Si为驾驶室内某种材料的表面积;αjj为第j个频段上和Si相对应材料表面吸声系数;△Lpj为第j个频段上由混响增加的噪声值。

原驾驶室内主要由玻璃、钢板和人造革蒙皮组成,通过各种材料的吸声系数计算出由混响增加的噪声值为5.78~13.7 dB(A),见表1。

驾驶室内所用的吸声材料以多孔式为主,具有较高的吸声系和较宽的频率范围。目前,拖拉机的内饰顶通常采用麻毡,面料采用厚无纺布,内、外顶之间局部填充聚胺脂软发泡基料。两侧挡泥板及后壁板采用外层为带孔人造革,内层为软发泡。同时,在地板下部局部粘接平静隔音吸音棉。

平静阻尼隔声吸声棉结构分为3层:第一层是阻尼胶粘止振层,丁基橡胶材质,通过靠紧密贴合钣金部位减弱金属部件弯曲振动,有效抑制振动噪声产生;第二层是隔声层,用闭孔发泡结构实现噪声阻隔,声波在穿过隔声吸声棉的过程中,声波与禁闭在吸声材质和后壁之间的空气形成共振,加强空气磨擦,将声能变成热能;第三层是异型吸音槽表面,可高效抑制混响。

参考文献

[1] 赵剡水,杨为民.农业拖拉机技术发展观察[J].农业机械学报,2010,41(6):42-47.

[2] 杨坤.关于拖拉机噪声及其控制措施思考[J].湖南农机,2013(5):156-157.

[3] 薛晶,侯占峰,闫建国,等.小型轮式拖拉机噪声控制研究[J].中国农机化学报,2015(5):212-214.

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

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