农机柴油发动机噪声及其控制措施

2018-10-13崔勇朱永陶德清

现代农业科技 2018年17期

崔勇朱永陶德清

摘要农业机械在使用过程中产生的噪声不仅影响环境，更危害农机操作手的身心健康。随着经济发展，人们对农机舒适度也提出了更高的要求。柴油发动机噪声是农机的主要噪声源，农机噪声控制首先要解决发动机的噪声控制。本文介绍了农机噪声的来源、危害，分析了农机柴油发动机噪声的特性，并提出了控制农机柴油发动机噪声的有关技术措施，以期为农机噪声的控制提供参考。

关键词农机；柴油发动机；噪声；来源；危害；特性；控制措施

中图分类号 S220 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）17-0166-01

随着规模化种植的发展，越来越多的农业作业由各种农业机械来完成。农业机械在农业生产中发挥了重要作用。但是，在农机使用过程中造成的污染问题也逐渐显现。农机污染主要分为两大类，一类是噪声污染，一类是排放污染。其中，噪声污染对于农机操作手的听力和健康有着一定的危害，影响着操作手的情绪，降低了工作效率。

1 农机噪声的来源与分类

农业机械在使用过程中会产生噪声，这种噪声不仅打破了田园的宁静，更影响着农机手的情绪和健康，降低工作效率。据测试，新拖拉机的噪音为100 dB，使用一段时间后噪音超过120 dB，即使有驾驶舱，拖拉机工作时的噪音也能达到90 dB，联合收割机的噪声在80～105 dB之间。

农机的噪声来源主要有发动机噪声、传动部件噪声、液压系统噪声、作业机械工作时的噪声等，其中发动机产生的噪声占比超过了60%，是农业机械噪声的主要来源，因而控制噪声应以控制发动机噪声为主要目标。农业生产中使用的发动机主要为柴油机，其产生的噪声可分为燃烧噪声、机械噪声、进气噪声、排气噪声和风扇噪声[1]。

2 农机噪声的危害

对于农机运转中产生的环境污染，研究关注点往往是废气污染和油料污染，而忽视了噪声污染及其危害。农机噪声不仅污染了环境，也对农机操作者的身心造成了伤害。研究表明，每年有5～9个月操作收割机和拖拉机的农机手在随后的听力检查中双耳均出现4 000 Hz频段听力损伤，6 000 Hz频段听力损失更大，并且随着年龄的逐渐增长呈现严重的趋势。

噪声污染在损伤听力的同时，更会造成神经系统损伤和精神紧张，症状严重时将降低农业工作效率，导致工伤。因此，除了在日常农机操作中注意佩戴耳罩、耳塞等降噪工具之外，对农机本身的噪声特别是发动机的噪声也要加强控制。

3 农机柴油发动机噪声特性

3.1 燃烧噪声

柴油机燃烧过程有4个阶段，即滞燃期、速燃期、缓燃期和补燃期。其中，对燃烧噪声影响较大的为速燃期，缓燃期次之。燃烧噪声的产生主要体现在燃烧做功时，缸内的气体压力急剧变化引起的振动和噪声。另外，发动机的不正常燃烧也会产生较大的噪声，比如爆震。

3.2 机械噪声

农机柴油机的机械噪声主要有活塞敲击噪声、配气机构噪声[2]。

（1）活塞敲击噪声。活塞敲击噪声是发动机机械噪声中最大的噪声来源。活塞在发动机工作的4个冲程中上下运动，其与气缸壁之间存在一定的间隙，并承受一定的侧向力，在活塞上下往复运动时，该侧向力会产生突变，造成活塞对气缸壁的敲击噪声。

（2）配气机构噪声。配气机构的部件较多，零部件之间的摩擦、气门打开和关闭的不规则运动，以及摇臂与气门座和挺杆的撞击等，均会造成一定的噪音。

3.3 进、排气噪声

进气系统噪声，是由于柴油发动机进气过程中气体流入引起进气管路和中压力的起伏产生的噪音，随着进气门的打开和关闭周期变化。排气系统的噪声较进气系统的噪声大，为柴油发动机主要噪声源之一，其噪声大小与发动机的功率、排量等成正比。

3.4 风扇噪声

农机柴油机的风扇一般设置在散热器与发动机之间，其噪声包括风扇转动时产生的旋转噪声和带动周围气体产生涡流而形成的涡流噪声[3]。

4 农机柴油发动机噪声控制技术

4.1 燃烧噪声

（1）增大发动机的喷油提前角。喷油提前角的大小会影响发动机的燃烧特性和动力输出，过大或过小均不可。可以通过适当减小喷油提前角，使着火延遲期变短，降低燃烧噪声[4]。

（2）改进燃烧室结构。一般而言，球形和斜置圆桶形的燃烧室燃烧噪声最小，ω形燃烧室和浅盆形燃烧室的燃烧噪声最大。对于涡流室式燃烧室，喷油嘴的喷油方向愈偏离涡流室中心，附着于燃烧室壁面的燃料就愈多，燃烧噪声也就越小[5-6]。

（3）采用涡轮增压。增加涡轮增压器后，进入到柴油机燃烧室中的空气量增加，柴油燃烧更充分，着火延迟期缩短，噪音降低。

4.2 机械噪声

4.2.1 活塞敲击噪声的控制。一是减小活塞与气缸壁之间的间隙。减小两者之间的间隙可以减小活塞上下往复运动时横向方向运动的位移，降低机械冲击。二是改变活塞裙部表层材料。在活塞裙部受侧压力方向上的部分表层覆盖可塑性材料，增大表层的阻尼，缓解冲击，降低噪声[7-8]。

4.2.2 配气机构噪声的控制。一是减小气门间隙。在性能满足的前提下，适当减小进、排气门的气门间隙，降低因间隙存在而产生的撞击噪声[9]。二是提高部件刚度。提高配气机构部件的刚度，增高固有频率，减小振动，实现降噪。三是减轻驱动元件的重量。在相同的发动机转速下，减轻驱动元件的重量就减小了其惯性力，降低了配气机构所激发的振动和噪声[10]。

4.3 进、排气噪声

（1）进气系统噪声的控制技术。对于进气系统噪声的控制采取的措施主要有安装空气滤清器和增设进气消声器，对于空气滤清器大多数柴油发动机都有安装，进气消声器可以在不影响发动机进气效率的前提下布置[3]。

（2）排气系统噪声的控制技术。采用排气消声器是降低发动机排气噪声的最常规做法，在此前提下，可以采用多级消声器、改进排气歧管布置、优化设计各排气歧管长度、增大管路连接处的过渡圆角、减小断面突变等措施进一步降低噪声。

4.4 风扇噪声

（1）优化风扇与散热器之间的距离。风扇与散热器之间的距离一般选取50～150 mm，另外可以通过布置风扇护风罩引导气流。

（2）优化风扇叶片形状。流线型的风扇形状和合适的弯曲角度可以降低风扇周围形成气体涡流的强度，有效控制噪声。

（3）增加风扇离合器。在农机柴油发动机冷却系统中布置风扇离合器，适时断开风扇的动力源，在提高发动机工作性能和降低能量损耗的同时，起到降低噪声的作用。

5 结语

随着对农机操作舒适度要求的提高和排放法规的日益严格，农机噪声控制也逐渐被重视。对于农机本身特别是发动机的噪声，在农机开发设计时就可以采取相应的技术措施进行控制。综合来看，随着经济的发展，农机噪声控制技术必将得到进一步研究和推广。

6 参考文献

[1] 李兆文.柴油机燃烧噪声影响机理及控制研究[D].天津：天津大学，2009.

[2] 柯丽君.农用运输车噪声产生及控制途径分析[J].福建农机，2006（3）：60-61.