邢志茹

摘要：针对液压挖掘机某种工况下发动机最常见的噪音声音，本文从理论上分析了液压挖掘机发动机产生噪音的原因，利用多方面、多角度的不同方案，有效降低发动机的噪音。在确保挖掘机性能又容易实现的情况下，让该液压挖掘机发动机的噪音有效减小。

关键词：挖掘机;发动机;降噪;改善措施

前言：随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，环境保护意识大大加强，噪声危害越来越引起人们的重视，噪声污染同空气污染、水污染一起被认为当代三大污染。在操作挖掘机作业过程中，驾驶员长时间处于噪音环境中。研究表明，噪音对人体的危害是全身性的，不仅可以引起听觉系统的变化，也可以对人体的神经系统、内分泌系统等各方面造成影响。早在我国2010年全国土方机械标准化技术委员会对《土方机械噪声极值》强制性国家标准进行了修订，新标准大幅降低了司机耳旁噪声极限值。能否满足国家法令法规要求，决定着挖掘机能否在市场上销售，因此，研究和分析液压挖掘机噪声产生机理，识别与定位主噪声源，有的放矢地降低其辐射噪声，改善环境，是挖掘机制造企业的一项十分重要的任务。工程机械行业经过十几年的快速发展，整体技术水平得到了巨大提升，各大生产厂商的同吨位产品在比拼效率、油耗等性能参数的同时，也对驾驶员舒适性提出了更高要求。

1噪音现状及方案设计验证

液压挖掘机噪声主要是由发动机所产生的。同时，在挖掘机工作过程中，由于负载的不断变化，液压系统泵的压力和流量随着负载不断变化，压力和流量的变化形成压力脉动，引起振动，产生噪声。主控阀的噪声是液压系统另一个噪声源。液压挖掘工作过程中，主控的阀各个阀芯不断开启和关闭，开启和关闭过程中会产生液压冲击，引起振动，产生噪声。某液压挖掘机所配发动机，在特定的转速下会出现明显的噪音，且噪音的分贝较大。对于该噪音优化的途径大体上有两个方向：第一方面：主动降噪，减小或者消除噪音源（发动机由于性能问题造成的噪音）;第二方面：被动降噪，合理进行噪音传递路径匹配，阻断噪音传播路径。在主动降噪方面要涉及发动机本体的喷油器及其组件或标定程序的更改。但是由于挖掘机发动机的开发周期长且成本高，且可靠性还需要长期验证，改进的话需要极大的经济成本，并且发动机及配套附件一旦选定，很难对其做出优化。因此为了低成本的解决该噪音问题，本文将从传递路径入手，采用被动降噪的方法，利用PUR发泡等声学材料对噪音进行吸收和隔离。由于噪音的声音主要是通过发动机上盖处进行传播的，可以将声学材料制作成发动机PUR吸音罩盖进行降低噪音。首先是在整车上展开测试，测试在中低转速下驾驶室内的耳旁噪音，同步在台架测试发动机本体噪音。实验采集了发动机转速在2000转的状态下的驾驶室内耳旁噪音和台架噪音并进行对比测试，根据单一变量原则，分3种状态进行测试：（1）不采用声学材料，原始数据;（2）采用PUR发泡材料将发动机上表面按照实际可实现的包裹方案，包裹厚度约20～50毫米，根据实际边界进行包裹;（3）采用PUR发泡材料将发动机上表面完全包裹，包裹厚度約30～50毫米，采用胶粘固定贴紧。采用相关整车的测试标准，在空载状态下测试。选择环境空旷周围无其他噪音影响的地点（环境噪音50分贝以下），开启空调至2/3挡，旋转旋钮控制发动机转速在2000转的情况下进行测试，通过测试仪器实时读取司机耳旁噪音的数据。[1]依据实验数据可以得出结论，采用PUR发泡材料将发动机上表面完全包裹，有着较为显著的效果：无论机外辐射噪音还是驾驶室内的司机耳旁噪音改进效果都很明显，尤其驾驶室内的司机耳旁噪音能够降低2～3分贝，驾驶室内主观基本感觉不到明显的噪音，极大提高了人的舒适程度，达到了降低噪音和提高车辆品质的目的。

2噪声源

2.1噪音源分析

随着国家出台相关规定，到2022年12月1日起将禁止生产、进口和销售国三排放标准的工程机械，目前国内的研发及技术储备重点是满足四阶段排放标准的产品。本次测试的产品为我公司生产的满足国四排放标准的6吨液压挖掘机。对该6吨液压挖掘机进行噪声分析，可发现主要噪声源为：发动机风扇引起的噪声、液压系统噪声、进气系统噪声等几部分。[2]设定挖掘机处于工作状态下，空调开启到中速挡位，进行噪声测试。经测试，当发动机转速较高时（转速>700r/min），发动机风扇引起的噪声对整机噪声的影响最大，为主要噪声源，泵阀及管路等液压系统对挖掘机噪声的影响较小，当发动机转速较低时（转速<700r/min）液压系统噪声对整机噪声的影响最大。由于挖掘机工作时，发动机转速大多处于高速状态，液压系统对噪声影响不大。

2.2影响因素

风扇转速高低直接影响风扇引起的噪声大小，降低风扇的工作转速可以明显降低风扇引起的噪声。目前国外挖掘机产品已经开始采用的做法有2种，一种是采用大扭矩低转速的设计方案，在保证发动机输出功率不变的情况下，大幅提升使发动机的输出扭矩，降低发动机的工作转速，从而降低风扇噪声。另一种是采用独立散热系统，对风扇的转速进行独立控制，在满足散热要求的前提下，降低风扇的转速。风扇叶片的形状和数量也会对噪声产生较大影响。现有挖掘机风扇的叶片形状，数量为9片，将叶片的数量改为8片和6片，并相应增加单个叶片的宽度，通过软件模拟发现，叶片数量由9片改为8片对发动机的散热影响较小，但可以降低噪声。[3]合理设计发动机散热器的进排气孔布局，现有进排气孔布局，使用软件进行模拟，可以看出圆圈区域内，风扇排出的空气在此处聚集形成涡流，很容易产生轰鸣及其他异响。经分析，造成这种情况的原因是排气面积远小于进气面积，且开孔位置不利于空气排出，若要改善，需要增加散热器排气孔的数量，尤其是在靠近散热器的位置吸音材料的运用在发动机和风扇周围的封板、发动机罩和驾驶室底板等位置粘贴吸引海绵，阻隔噪音的传递。驾驶室底板隔音结构的设计，尽量减少在封板上开大孔，有时候为了穿过液压接头和电气插接件，必须开大孔的，也要进行密封处理。

3隔声处理

挖掘机的主要噪声源是发动机、风扇和液压系统、液压系统噪声主要是液压泵和马达的旋转所产生的峰值噪声和主阀的节流噪声，液流的冲击振动和共轭振动。为降低噪声直接向外辐射，可采用隔声的方法，同时必须在保证足够的散热效果基础上进行一定的隔声。

（1）发动机四周形成一个封闭的隔仓，但在挖掘机的顶罩，必须留有一定的散热孔，便于风扇吸进的气流流经散热器后冷却发动机机体，形成一个气流通道。

（2）液压泵四周在满足散热的条件下，形成一个密封的隔仓，可有效降低泵的噪声向外辐射。在炎热环境下，可在泵下部的封板上开一些散热孔。

（3）在左右侧门上增加橡胶密封条，在整机运行时可降低门和框架的冲击，另一方面增加隔仓的密封效果。

（4）为增强散热效果，风扇侧门上一般采用冲孔或开百叶窗的形式，增加空气进气量·降低空气阻力，但对风扇的隔声效果较差。在改进时加强散热器与发动机隔仓的密封处理，防止热风的回流，护罩顶部保留足够的通流面积，取消侧门开孔，从而改善了风扇的隔声效果。

（5）为降低驾驶室司机耳旁噪声，底板架四周与转台之间采用海绵密封·底板架上尽量取消开孔，穿过线束和液压管路时采用内置海绵垫或在孔的四周用海绵密封;底板架与驾驶室之间也采用海绵密封。[4]通过一系列的隔声处理，有效地加强了整体和局部的隔声效果，通过检测，整机噪声大约下降2分贝。

結语：本文利用试验分析的技术对发动机噪音的各种处理方式，进行了声学方案设计来解决驾驶室内扰人的发动机的噪音，并对整车效果进行了验证，取得了较好的效果，对降低驾驶室内噪音、提高声学品质和舒适性具有一定的参考意义。经过上述措施的改进，驾驶室内的噪音能够有效降低。当然想要更加深入的降低噪音值，还需对声学材料做更精细的研究。后续在项目应用过程中，同步完善声学数据的积累，形成数字化选型匹配，能够更好的实现整车噪音的降低。

参考文献

[1]仝振，陈彦兵，陈诚贵.液压挖掘机噪声分析与降噪处理[J].商品与质量·建筑与发展，2013，000（007）：473-473.

[2]张群，卫海桥，舒歌群，梁兴雨，王养军，刘岳文.高压共轨发动机降噪及其性能对噪音的影响[J].机械工程学报，2009，11.

[3]刘跟生， 巩泉泉， 窦丹丹，等. 某液压挖掘机项目噪声危害及防护分析[J]. 中国科技投资， 2019， 000（029）：200，254.

[4]顾晓军;刘利军;殷学文，朱蓓丽;多自由度波导抑振器平面阵列的吸声性能研究[J];噪声与振动控制;2008年01期.