轮式装载机驾驶室内噪声源分析及其降噪设计

2007-08-16 23:28:02

轮式装载机驾驶室内噪声源分析及其降噪设计
摘要：徐工对现有Ｇ系列轮式装载机驾驶室内噪声的研究和试验结果，论述了降噪型驾驶室结构设计中综合运用隔声、吸声、阻尼减振和隔振等技术，控制驾驶室内噪声的基本思路和具体方案。
关键词：轮式装载机　降噪型驾驶室　噪声控制
轮式装载机的噪声分机外辐射噪声和司机位置处噪声，机外辐射噪声主要造成环境公害，干扰机器附近人们的正常工作与休息；驾驶室内噪声影响驾驶员操作舒适性，增加驾驶员的疲劳感。为此，ＧＢｌ６７１０．１－１９９６《工程机械噪声限值》中规定了司机位置处噪声值不大于９２ｄＢ（Ａ），该限值与欧盟ＥＣ指令要求司机位置处噪声值在８５ｄＢ（Ａ）以内有较大的差距，成为影响国产装载机参与市场竞争、出口创汇的不可忽略的因素之一。
１　噪声源分析
轮式装载机驾驶室内的噪声源主要有动力传动系统的振动噪声，发动机的振动、进排气噪声，车架振动和驾驶室地板及蒙皮振动噪声，这些噪声能经空气和固体传入车内，并可能产生空腔共鸣现象，并以司机位置处噪声为测量值。其中经由空气传播的噪声主要有发动机的表面辐射噪声、进排气噪声、风扇噪声等中、高频气体流动噪声，而固体传播的噪声主要是动力传动系统的振动经车架、驾驶室地板及蒙皮产生的低、中频振动噪声。选用振动小、噪声低的发动机是解决驾驶室内噪声问题最简单的方法，但由于目前我国工程机械用柴油机性能相对落后，进口产品价格昂贵，所以对发动机提出过高的要求是不现实的。如果在驾驶室的内部结构及连接安装部位设计合理的降噪结构，实现车内噪声控制既是必须的，也是现实可行的。为此，本文针对现有的Ｇ系列轮式装载机的驾驶室，论述了降噪型驾驶室结构设计的基本思路和方法。
２现有驾驶室结构和安装方式
Ｇ系列轮式装载机的驾驶室采用整体复合式结构，即驾驶室钢骨架及地板连成一体，主要有顶部蒙皮、背部蒙皮、左右侧蒙皮、左右侧门、“韩国绿＂防紫外线玻璃组件、驾驶室钢骨架及地板所构成，驾驶室内部采用环保型非织布进行表面装饰。驾驶室钢骨架通过螺栓与装载机后车架连接，通过橡胶垫在垂直方向上隔振降噪（安装方式见图１）。按照国家相关标准ＧＢ／Ｔ１６７１０．３－１９９６和ＧＢ／Ｔ１６７１０．５－１９９６测试，结果表明司机位置处噪声值在８８～９０ｄＢ（Ａ），其中包含０．５～１ｄＢ（Ａ）的空调噪声。
３　降噪原理和结构设计
在不改变发动机、车架、驾驶室钢骨架、地板和驾驶室蒙皮材料的前提下，降低驾驶室内噪声的主要途径是控制噪声的传播和抑制驾驶室及蒙皮的振动。根据现有驾驶室的结构特点及其连接安装方式，可在降噪型驾驶室的结构设计中应用吸声、隔声、阻尼减振和隔振等技术，实现司机位置处特定的降噪目标。
３．１提高驾驶室的密封性能，减少或隔绝噪声的空气传播途径
实践证明，提高驾驶室的密封性、堵塞缝隙和孔道是阻止噪声传入的有效方法之一。空气传播进入驾驶室内的噪声通道，主要有左右侧门的缝隙、驾驶室地板的线和管孔、各种操纵杆孔、空调蒸发器进出管孔、制动踏板、油门踏板等外连接孔。针对上述孔道和缝隙，采取如下降噪措施：采用优质密封条，提高侧门的制造精度，进而减小左右侧门的缝隙；地板内侧粘贴一层复合橡胶地板，并对开口处采取相应的密封处理；外侧粘贴自粘沥青阻尼型吸声毛粘，既提高了驾驶室的密封性，有效地隔绝噪声的传播途径，又有效地抑制了驾驶室地板的共振噪声，同时对驾驶室内的附属装置如仪表台架、操纵箱、空调蒸发器等有一定的减振效果。
３．２蒙皮阻尼减振及内部吸声结构设计
薄板振动时有若干个固有频率，当入射声波的频率与薄板振动某一固有频率一致时，薄板发生共振，振幅很大，而且又作为新的噪声源辐射噪声。由于外部干扰力的频率难以控制，抑制共振就只能应用阻尼减振技术。因此，对于薄板型驾驶室蒙皮，可在其内侧粘贴自粘沥青阻尼型吸声毛粘，并采用环保型非织布进行表面装饰。上述结构使原弹性薄板构件变成自由阻尼层结构，有效地控制了共振振幅，抑制了薄板的声发射；同时毛毡具有一定的吸声效果，既降低了噪声，又抑制了驾驶室内的空腔共鸣现象。
３．３驾驶室安装连接处隔振器设计
根据上述司机位置处噪声源分析，降低驾驶室的整体振动，是控制固体传播噪声的有效途径之一。降噪型驾驶室采用橡胶隔振器，根据驾驶室质心位置，建立数学模型，将相关数据输入Ｈａｒｍｏｎｙ进行动力学分析，得到驾驶室纵向、横向及垂直方向的前三阶固有频率，据此设计三向隔振器，而不仅仅在垂直方向隔振（见图２）。
４　结论
①按照上述国家标准测试，实施３．１及３．２两项降噪措施，司机位置处的噪声值稳定在８４～８５ｄＢ（Ａ）；综合实施上述三项降噪措施后，司机位置处的噪声值稳定在８１～８２ｄＢ（Ａ），降噪效果明显，表明该结构设计方案的可行性及前述噪声源分析的正确性。
②在不改变整机配置的前提下，通过对驾驶室内部结构及安装方式的相关改进设计，即可取得显著的降噪效果，施工工艺简单，整机成本略有增加，技术上及经济上具有可行性，为降噪方案的技术移植奠定了基础。

原作者：徐工研究院　王振　殷琳　赵向阳
来源：徐州工程机械杂志