輪式拖拉機駕駛位置降噪措施

秦永輝

摘要：降低噪聲和有效地阻止噪聲向外（或駕駛室）擴散，是控制和降低拖拉機噪聲的主要途徑。詳細介紹輪式拖拉機駕駛位置主動降噪和被動降噪的原理、計算方法及具體措施，為降低輪式拖拉機駕駛位置噪聲提供理論參考。

關鍵詞：降噪；駕駛室；輪式拖拉機；發動機

中圖分類號：S219.02 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）05-0057-03

拖拉機駕駛位置噪聲主要來源于發動機噪聲、底盤噪聲等。前者包括空濾處進氣噪聲、消聲器排氣噪聲、齒輪室噪聲等。底盤部分的噪聲源主要為傳動系齒輪傳動噪聲。有效降低駕駛員耳旁噪聲的主要途徑是降低噪聲源產生的噪聲和阻止噪聲源產生的噪聲向外（或駕駛室）擴散，即控制拖拉機噪聲產生和噪聲傳播。

1 輪式拖拉機駕駛位置主動降噪措施

通過改進發動機附件、拖拉機消聲器結構等手段，對噪聲源采用主動方式降噪，達到降噪目的。

1.1 優化發動機附件

1.1.1 更換硅油離合器風扇及護風圈 影響風扇噪聲的因素主要有風扇轉速、葉片數、風扇材料和護風圈等。風扇噪聲主要分量為旋轉噪聲和渦流噪聲。旋轉噪聲是旋轉葉片周期性切割空氣引起壓力脈動而產生的，其基頻為nZ/60（n為風扇轉速，Z為葉片數）。風扇轉動時使周圍空氣產生渦流，渦流黏度力作用又分裂為一個個分立小渦流。渦流分裂使空氣發生擾動，產生渦流噪聲。一般寬頻帶噪聲主要峰值頻率為：

式中：k為常數，一般為0.15～0.22；v為風扇圓周速度；d為葉片在氣流入射方向的厚度。

可以得出，風扇轉速n對噪聲影響很大：轉速提高1倍時，聲壓級可增加11～17 dB（A）。因此，適當降低風扇轉速，可以有效降低風扇噪聲。

硅油離合器風扇是以特種硅油作為傳遞扭矩介質，利用雙金屬熱傳感器傳感控制離合器分離結合的一種變轉速風扇。它可以有效降低風扇轉速，且滿足發動機降溫需求。當發動機負荷增大、水溫升高時，高黏度硅油充滿工作腔，離合器結合，發動機負荷減小；水溫降低時，工作腔內的硅油甩回儲油腔，離合器分離，從而達到控制風扇轉速的目的。同時，可降低發動機功率損失。

葉片材質也影響噪聲大小，振動阻尼越大的噪聲越小。有機合成材料（玻璃鋼、尼龍66）等比金屬材質振動阻尼大，葉片噪聲相對小。同樣，護風圈材料對噪聲也有一定影響，金屬護風圈振動大，玻璃鋼材料振動相對較小。根據以上原則，安裝硅油離合器風扇、改換尼龍風扇、改換玻璃鋼護風罩等，都是有效降低嗓聲的措施。

1.1.2 改進消聲器 消聲器的主要功能是消除降低噪聲，其性能評價指標為傳遞損失TL（Transmission Loss）和插入損失IL（Insert Loss）。TL是指消聲器進出口處聲功率級差，主要反映消聲器本身的傳遞特性，不受聲源管道系統和消聲器尾管的影響，與聲源和消聲器出口端的聲阻抗無關。IT是指排氣口同一測點處安裝裝消聲器前后的聲壓級差，與聲源和出口端的聲阻抗由有關。兩者在數值上略有差別。由于傳遞損失測試比較復雜，檢測成本較高，一般檢測判定采用插入損失作為消聲器消聲性能評價指標。其優點是檢測簡單、成本低、結果準確。

式中：νh為發動機排量；n為發動機轉速；N為發動機汽缸數；k為常數，農業拖拉機k=5 000。

一般來說，拖拉機發動機排氣消聲器大多由2～4腔組成。在滿足消聲量條件下，腔數越少越好。擴張比m是指消聲器外殼截面積與入口截面積比。擴張比越大，消聲器的消聲量大，一般取9～16。穿孔管、穿孔板能降低流經它的高頻排氣噪聲，其降噪效果和穿孔管、穿孔板孔徑、穿孔率、穿孔板數量有關。消聲器的消聲效果與穿孔直徑、穿孔率越小成反比，與穿孔板數目成正比。穿孔直徑和穿孔率過小，隔板過多，會增加消聲器功率損失，導致拖拉機發動機動力性和經濟性變差。按經驗設計，穿孔直徑一般選3～8 mm，穿孔元件總流通面積與進氣管面積之比選取1.2～1.5，由此確定穿孔率。也可以根據消音器上述特性開發新型消聲器。

1.2 降低機罩振動

機罩振動是噪聲產生來源之一，降低振動可有效降低噪音水平。機罩振動除與機罩自身剛度有關外，還跟機罩固定方式、機罩鉸鏈和機罩支架剛度有關。在鉸鏈和軸之間增加橡膠墊，可降低鉸鏈軸軸向竄動。同時，提高機罩支架的剛度，將原有鋼板拼焊支架改為鋼管焊接支架。機罩前部增加機罩鎖，加厚機罩下部密封發泡膠條。

2 輪式拖拉機駕駛位置被動降噪措施

通過采取改進機罩覆蓋件結構和材質、隔絕外部噪聲源噪聲傳入等措施，對噪聲來源采取被動方式降噪，達到降噪目的。

2.1 改進機罩覆蓋件結構和材質

拖拉機機罩由多塊薄鋼板沖壓后焊接而成，鋼板厚度在0.7～1.0 mm之間，發動機工作時產生的沖擊力直接或間接傳導至機罩覆蓋件，引起機罩覆蓋件本體振動，產生噪聲。噪聲大小與聲輻射系數σ有關，函數關系為：

式中：分子是聲強I的面積積分，表示輻射聲能；V2表示平板振動速度的多點平均值；ρc為空氣聲特性阻抗。

減小結構傳播噪聲的有效途徑是控制聲輻射效率高的結構板振動，而減少聲輻射效率高薄板件振動的有效方法是在其上附加阻尼。拖拉機機罩覆蓋件的固有阻尼較小，增大其阻尼可以衰減振動能量，減弱共振頻率附近振動。當本體結構發生彎曲振動時，阻尼材料能夠吸附振動能量，引起阻尼材料內部摩擦和相互錯動，使能量部分轉化為熱能傳導耗散出去，降低結構振動噪聲輻射。

拖拉機覆蓋件為薄板件，擬采用噴涂阻尼減振膠來有效控制結構振動和噪聲。阻尼膠中的高分子材料粘彈性強，可大幅轉化振動機械能為熱能，減小振幅，降低噪聲。根據以上原則，選擇某廠生產的F-205型阻尼減振膠。該產品在20 ℃時復合損耗因數η=0.169，10 ℃時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動產生的噪聲。同時，為隔絕發動機噪聲，在發動機機罩下方增加左右覆蓋板。

2.2 減少駕駛室噪聲傳入

駕駛室內部噪聲主要有空氣聲、內部振動聲、混響聲。外部傳導聲音主要通過2個途徑產生：一是透過縫隙通過空氣傳入駕駛室內的外部噪聲；二是外部噪聲通過駕駛室本體傳導。內部振動聲音主要來自于駕駛室本體或內部部件振動。混響聲是外部傳導聲音和內部振動聲音在駕駛室空間內通過混響而增加的噪聲。

2.2.1 隔絕外部噪聲源 檢查拖拉機操縱桿件、電纜和線束與地板之間的縫隙。底板采用鋼板沖壓成型，吸聲系數小，阻尼小，聲輻射效率高，與發動機、傳動箱運轉產生振動干涉。駕駛室振動會形成噪聲源，增加駕駛室內混響聲。

為防止上述情況發生，可采用軟質隔聲特性材料，其中人造革、泡沫塑料等密封性能好，無再生噪聲，還具有一定吸聲作用。在變速桿與地板連接處增加橡膠波紋套，在電纜和線束與地板之間增加橡膠過線套，可有效防止外部噪聲傳入。

2.2.2 吸收傳入內部的噪聲 駕駛室內部混響可由下列公式計算：

式中：j為第j個頻段上的平均吸聲系數；Si為駕駛室內某種材料的表面積；αjj為第j個頻段上和Si相對應材料表面吸聲系數；△Lpj為第j個頻段上由混響增加的噪聲值。

原駕駛室內主要由玻璃、鋼板和人造革蒙皮組成，通過各種材料的吸聲系數計算出由混響增加的噪聲值為5.78～13.7 dB（A），見表1。

駕駛室內所用的吸聲材料以多孔式為主，具有較高的吸聲系和較寬的頻率范圍。目前，拖拉機的內飾頂通常采用麻氈，面料采用厚無紡布，內、外頂之間局部填充聚胺脂軟發泡基料。兩側擋泥板及后壁板采用外層為帶孔人造革，內層為軟發泡。同時，在地板下部局部粘接平靜隔音吸音棉。

平靜阻尼隔聲吸聲棉結構分為3層：第一層是阻尼膠粘止振層，丁基橡膠材質，通過靠緊密貼合鈑金部位減弱金屬部件彎曲振動，有效抑制振動噪聲產生；第二層是隔聲層，用閉孔發泡結構實現噪聲阻隔，聲波在穿過隔聲吸聲棉的過程中，聲波與禁閉在吸聲材質和后壁之間的空氣形成共振，加強空氣磨擦，將聲能變成熱能；第三層是異型吸音槽表面，可高效抑制混響。

參考文獻

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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