工程機械噪聲原理與控制要點分析

摘要：工程機械噪聲的存在不僅會造成部分機械部件的早期疲勞損壞，降低工程機械的使用壽命，而且會對人體造成很大的危害，如聽力下降、注意力分散、失眠、神經緊張等，因此做好工程機械噪音的控制是非常必要的。文章從工程機械噪聲的發聲原理出發，對其控制要點進行了分析和探討。

關鍵詞：工程機械噪聲；噪聲原理；噪聲控制要點；發聲原理；結構振動噪聲；空氣動力噪聲 文獻標識碼：A

中圖分類號：TB533 文章編號：1009-2374（2015）16-0094-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.045

從物理學方面分析，噪聲是指發聲體做無規則振動時發出的聲音；從生物學方面分析，凡是妨礙人們正常休息、學習和工作的聲音以及對人們想要聽到的聲音產生干擾的聲音都屬于噪聲，因此噪聲的來源是非常廣泛的。而在工程機械領域，噪聲可能會引起操作者疲勞，導致事故的發生，所以噪聲是對工程機械性能進行評價的重要指標，需要相關技術人員的重視。

1 工程機械噪聲的危害

在當前工業化社會，噪聲危害已經成為影響人們身心健康的重要危害之一，受到了社會各界的廣泛關注。而對于工程機械噪聲而言，其危害主要表現在三個方面：（1）對于人體健康的危害。對于正常人而言，如果周邊環境長期存在著強烈的噪聲，則其聽力系統必然會受到影響，造成聽力下降甚至耳聾等問題。同時，噪聲的存在還可能損害人體的其他技能，導致血壓升高、注意力分散、神經緊張、失眠等癥狀；（2）會導致駕駛員迅速疲勞，影響工程機械的作業安全；（3）對于工程機械而言，噪聲大都是由振動現象引發的，振動的存在可能會導致機械內部相關部件的損壞，降低工程機械的使用壽命。因此，做好工程機械的噪聲控制，直接影響著工程機械產品工作的安全性、平順性和耐久性，需要相關人員的重視，做好噪聲的控制工作。

2 工程機械噪聲的發聲原理

工程機械噪聲的發生原理源于振動，包括結構振動噪聲、空氣動力噪聲等，這里對其分別進行分析。

2.1 結構振動噪聲

工程機械發動機的結構振動噪聲主要是發動機在工作狀態下，內部燃燒過程及相關結構件振動所引發的噪聲，這些噪聲可以經發動機連接件向周邊輻射，從而被人體接收。按照噪聲的發聲原理，可以將結構振動噪聲分為以下兩種：（1）機械噪聲：多是發動機在運轉過程中，零部件之間相互碰撞所產生的噪聲，也包括曲軸周期性運動過程中，交變力會在零部件上產生相應的彈性變形所引發的噪聲，其中最大的機械噪聲源是活塞敲擊氣缸壁產生的噪聲；（2）燃燒噪聲：發動機運轉過程中，燃料的燃燒會導致發動機活塞缸內部的氣體壓力升高率會在極端的時間內迅速增大，從而對相關結構件，如氣缸蓋、曲軸、活塞等產生相應的沖擊性荷載，發結構振動而導致的噪聲。對于柴油發動機而言，燃燒噪聲是主要噪聲源，噪聲多為中高頻成分。

2.2 空氣動力噪聲

工程機械中的空氣動力噪聲一般分為兩種，即發動機的進氣噪聲和排氣噪聲，不過這只是針對一般發動機而言，如果是風冷式發動機，則空氣動力噪聲還應該包括冷卻風扇的工作噪聲；如果機械中裝備有渦輪增壓器，還包括了增壓器工作時的輻射噪聲。一般來講，空氣動力噪聲的來源主要有以下三個方面：（1）在進排氣管中，流動的氣流壓力脈動所產生的中低頻噪聲；（2）進排氣流高速流經管路截面時，會形成相應的渦流，進而產生高頻渦流噪聲；（3）氣缸內部氣體的擾動以及進排氣門的快速關閉和開啟，會在進排氣系統中產生相應的動力振動，產生相應的噪聲。

以進氣噪聲為例，其可以細分為渦流噪聲、氣缸共振噪聲、周期性壓力脈動噪聲以及進氣管氣柱共振噪聲，不同的噪聲產生的機理也各不相同。渦流噪聲主要是高速氣流流經氣門流通截面時，形成的渦流引發的高頻噪聲；氣缸共振噪聲是氣缸內氣壓壓力波所激發的共振引起的，與氣缸的容積、進氣管直徑及長度有著密切的聯系；周期性壓力脈動噪聲則是由于新鮮空氣進入進氣管后，氣門在開閉過程中會產生周期性的壓力脈動，由空氣密度變化引起的噪聲。

3 工程機械噪聲的控制要點

針對工程機械噪聲的發聲原理及危害，相關技術人員應該充分重視起來，加強對于噪聲的控制，保證工程機械工作的安全性和穩定性。

3.1 對發動機噪聲的控制

相關統計分析表明，在現代化工程機械中，發動機是主要噪聲源，做好發動機噪聲的控制是非常關鍵的。在2010年，我國實施的新的工程機械噪聲國標《土方機械噪聲限值》（GB 16710-2010），明確了工程機械噪聲控制的相關標準，可以以此作為參考，做好發動機噪聲的控制。

首先，應該對發動機進行合理設置。通過合理配置發動機與機架連接位置減震塊的阻尼和剛度，可以有效減少發動機在工作中產生的振動，通過車架向駕駛室和外殼板件的傳遞，能夠減少駕駛室的振動，防止駕駛室二次振動產生的輻射噪聲。同時，可以在保證發動機散熱性能的前提下，使用耐熱吸音材料，對其進行密封，將噪聲限制在發動機罩殼內，降低噪聲源的輻

射性。

其次，對于排氣噪聲，可以配置相應的消聲器，對輻射產生的噪音進行削減，這也是降低排氣噪聲最為簡單、最為有效的方法。如果技術條件和資金條件允許，也可以對進排氣噪聲通道進行相應的改善和優化，保證管道內壁的光滑通暢，從而有效降低進排氣噪聲。

最后，對于燃燒噪聲，結合其產生機理可知，控制噪聲的主要手段是對氣缸內氣體壓力升高率的控制。工程機械在工作過程中，如果轉速升高，活塞的散熱損失和漏氣損失減少，則氣缸內的壓力和溫度會迅速增加，噴油壓力提升，燃燒室內部的空氣劇烈擾動，快速形成混合氣體，在著火延遲期內，形成的可燃混合氣的數量也會增大，可能會形成多個著火點，從而使得發動機工作粗暴，產生噪聲。對此，應該對噴油提前角進行合理設置，對噴油規律進行有效控制，進而控制速燃期內氣體壓力的升高率，減少著火延遲期內可燃混合氣的數量，實現對于燃燒噪聲的削減和控制。

3.2 對駕駛室噪聲的控制

對于存在駕駛室的工程機械，如果不能對駕駛室內部的噪聲進行有效控制，則可能會在相對密閉的環境中形成混響聲場，不僅會影響操作人員的身心健康，還會降低其注意力，導致駕駛員迅速疲勞，影響作業質量和作業安全。針對駕駛室與發動機的相對位置，一般來講，對于駕駛室噪聲的控制，主要包括吸聲隔音、密封處理、結構設計等。例如，可以在駕駛室底板的縫隙處嵌入彈性良好的吸聲隔音材料，如聚氨酯泡沫塑料等，對其進行密封處理；可以在駕駛室下方發動機位置的地板上，設置相應的吸聲材料；可以在駕駛室與車架之間設置相應的減震器；可以對駕駛室的板件尺寸、質量、剛度等參數進行調整和改進，在安裝過程中，加強板件疊加處的剛度，減少由于振動造成的二次輻射聲援，從而對駕駛室內部的噪聲進行有效控制。

4 結語

總而言之，在科技發展的帶動下，工程機械在各個領域都得到了非常廣泛的應用，作為評價工程機械性能的重要指標。噪聲所產生的危害是非常巨大的，需要相關技術人員加以重視，從噪聲發聲原理出發，切實做好噪聲的控制工作，推動工程機械產品的穩定健康發展。

參考文獻

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作者簡介：曾慶釗，男，湖南衡南人，中國中鐵四局集團第五工程有限公司工程師，研究方向：機械設計制造及其自動化。

（責任編輯：黃銀芳）