農(nóng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及其控制措施

崔勇 朱永 陶德清

摘要 農(nóng)業(yè)機(jī)械在使用過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲不僅影響環(huán)境，更危害農(nóng)機(jī)操作手的身心健康。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)農(nóng)機(jī)舒適度也提出了更高的要求。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是農(nóng)機(jī)的主要噪聲源，農(nóng)機(jī)噪聲控制首先要解決發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲控制。本文介紹了農(nóng)機(jī)噪聲的來(lái)源、危害，分析了農(nóng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的特性，并提出了控制農(nóng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的有關(guān)技術(shù)措施，以期為農(nóng)機(jī)噪聲的控制提供參考。

關(guān)鍵詞 農(nóng)機(jī)；柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；噪聲；來(lái)源；危害；特性；控制措施

中圖分類號(hào) S220 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）17-0166-01

隨著規(guī)模化種植的發(fā)展，越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)作業(yè)由各種農(nóng)業(yè)機(jī)械來(lái)完成。農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。但是，在農(nóng)機(jī)使用過(guò)程中造成的污染問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)。農(nóng)機(jī)污染主要分為兩大類，一類是噪聲污染，一類是排放污染。其中，噪聲污染對(duì)于農(nóng)機(jī)操作手的聽(tīng)力和健康有著一定的危害，影響著操作手的情緒，降低了工作效率。

1 農(nóng)機(jī)噪聲的來(lái)源與分類

農(nóng)業(yè)機(jī)械在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪聲，這種噪聲不僅打破了田園的寧?kù)o，更影響著農(nóng)機(jī)手的情緒和健康，降低工作效率。據(jù)測(cè)試，新拖拉機(jī)的噪音為100 dB，使用一段時(shí)間后噪音超過(guò)120 dB，即使有駕駛艙，拖拉機(jī)工作時(shí)的噪音也能達(dá)到90 dB，聯(lián)合收割機(jī)的噪聲在80～105 dB之間。

農(nóng)機(jī)的噪聲來(lái)源主要有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、傳動(dòng)部件噪聲、液壓系統(tǒng)噪聲、作業(yè)機(jī)械工作時(shí)的噪聲等，其中發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲占比超過(guò)了60%，是農(nóng)業(yè)機(jī)械噪聲的主要來(lái)源，因而控制噪聲應(yīng)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲為主要目標(biāo)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)主要為柴油機(jī)，其產(chǎn)生的噪聲可分為燃燒噪聲、機(jī)械噪聲、進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲[1]。

2 農(nóng)機(jī)噪聲的危害

對(duì)于農(nóng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的環(huán)境污染，研究關(guān)注點(diǎn)往往是廢氣污染和油料污染，而忽視了噪聲污染及其危害。農(nóng)機(jī)噪聲不僅污染了環(huán)境，也對(duì)農(nóng)機(jī)操作者的身心造成了傷害。研究表明，每年有5～9個(gè)月操作收割機(jī)和拖拉機(jī)的農(nóng)機(jī)手在隨后的聽(tīng)力檢查中雙耳均出現(xiàn)4 000 Hz頻段聽(tīng)力損傷，6 000 Hz頻段聽(tīng)力損失更大，并且隨著年齡的逐漸增長(zhǎng)呈現(xiàn)嚴(yán)重的趨勢(shì)。

噪聲污染在損傷聽(tīng)力的同時(shí)，更會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)損傷和精神緊張，癥狀嚴(yán)重時(shí)將降低農(nóng)業(yè)工作效率，導(dǎo)致工傷。因此，除了在日常農(nóng)機(jī)操作中注意佩戴耳罩、耳塞等降噪工具之外，對(duì)農(nóng)機(jī)本身的噪聲特別是發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲也要加強(qiáng)控制。

3 農(nóng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲特性

3.1 燃燒噪聲

柴油機(jī)燃燒過(guò)程有4個(gè)階段，即滯燃期、速燃期、緩燃期和補(bǔ)燃期。其中，對(duì)燃燒噪聲影響較大的為速燃期，緩燃期次之。燃燒噪聲的產(chǎn)生主要體現(xiàn)在燃燒做功時(shí)，缸內(nèi)的氣體壓力急劇變化引起的振動(dòng)和噪聲。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的不正常燃燒也會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，比如爆震。

3.2 機(jī)械噪聲

農(nóng)機(jī)柴油機(jī)的機(jī)械噪聲主要有活塞敲擊噪聲、配氣機(jī)構(gòu)噪聲[2]。

（1）活塞敲擊噪聲。活塞敲擊噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲中最大的噪聲來(lái)源。活塞在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的4個(gè)沖程中上下運(yùn)動(dòng)，其與氣缸壁之間存在一定的間隙，并承受一定的側(cè)向力，在活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，該側(cè)向力會(huì)產(chǎn)生突變，造成活塞對(duì)氣缸壁的敲擊噪聲。

（2）配氣機(jī)構(gòu)噪聲。配氣機(jī)構(gòu)的部件較多，零部件之間的摩擦、氣門打開(kāi)和關(guān)閉的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，以及搖臂與氣門座和挺桿的撞擊等，均會(huì)造成一定的噪音。

3.3 進(jìn)、排氣噪聲

進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲，是由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過(guò)程中氣體流入引起進(jìn)氣管路和中壓力的起伏產(chǎn)生的噪音，隨著進(jìn)氣門的打開(kāi)和關(guān)閉周期變化。排氣系統(tǒng)的噪聲較進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲大，為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要噪聲源之一，其噪聲大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、排量等成正比。

3.4 風(fēng)扇噪聲

農(nóng)機(jī)柴油機(jī)的風(fēng)扇一般設(shè)置在散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間，其噪聲包括風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和帶動(dòng)周圍氣體產(chǎn)生渦流而形成的渦流噪聲[3]。

4 農(nóng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲控制技術(shù)

4.1 燃燒噪聲

（1）增大發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油提前角。噴油提前角的大小會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性和動(dòng)力輸出，過(guò)大或過(guò)小均不可。可以通過(guò)適當(dāng)減小噴油提前角，使著火延遲期變短，降低燃燒噪聲[4]。

（2）改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)。一般而言，球形和斜置圓桶形的燃燒室燃燒噪聲最小，ω形燃燒室和淺盆形燃燒室的燃燒噪聲最大。對(duì)于渦流室式燃燒室，噴油嘴的噴油方向愈偏離渦流室中心，附著于燃燒室壁面的燃料就愈多，燃燒噪聲也就越小[5-6]。

（3）采用渦輪增壓。增加渦輪增壓器后，進(jìn)入到柴油機(jī)燃燒室中的空氣量增加，柴油燃燒更充分，著火延遲期縮短，噪音降低。

4.2 機(jī)械噪聲

4.2.1 活塞敲擊噪聲的控制。一是減小活塞與氣缸壁之間的間隙。減小兩者之間的間隙可以減小活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)橫向方向運(yùn)動(dòng)的位移，降低機(jī)械沖擊。二是改變活塞裙部表層材料。在活塞裙部受側(cè)壓力方向上的部分表層覆蓋可塑性材料，增大表層的阻尼，緩解沖擊，降低噪聲[7-8]。

4.2.2 配氣機(jī)構(gòu)噪聲的控制。一是減小氣門間隙。在性能滿足的前提下，適當(dāng)減小進(jìn)、排氣門的氣門間隙，降低因間隙存在而產(chǎn)生的撞擊噪聲[9]。二是提高部件剛度。提高配氣機(jī)構(gòu)部件的剛度，增高固有頻率，減小振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)降噪。三是減輕驅(qū)動(dòng)元件的重量。在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，減輕驅(qū)動(dòng)元件的重量就減小了其慣性力，降低了配氣機(jī)構(gòu)所激發(fā)的振動(dòng)和噪聲[10]。

4.3 進(jìn)、排氣噪聲

（1）進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲的控制技術(shù)。對(duì)于進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲的控制采取的措施主要有安裝空氣濾清器和增設(shè)進(jìn)氣消聲器，對(duì)于空氣濾清器大多數(shù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都有安裝，進(jìn)氣消聲器可以在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣效率的前提下布置[3]。

（2）排氣系統(tǒng)噪聲的控制技術(shù)。采用排氣消聲器是降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的最常規(guī)做法，在此前提下，可以采用多級(jí)消聲器、改進(jìn)排氣歧管布置、優(yōu)化設(shè)計(jì)各排氣歧管長(zhǎng)度、增大管路連接處的過(guò)渡圓角、減小斷面突變等措施進(jìn)一步降低噪聲。

4.4 風(fēng)扇噪聲

（1）優(yōu)化風(fēng)扇與散熱器之間的距離。風(fēng)扇與散熱器之間的距離一般選取50～150 mm，另外可以通過(guò)布置風(fēng)扇護(hù)風(fēng)罩引導(dǎo)氣流。

（2）優(yōu)化風(fēng)扇葉片形狀。流線型的風(fēng)扇形狀和合適的彎曲角度可以降低風(fēng)扇周圍形成氣體渦流的強(qiáng)度，有效控制噪聲。

（3）增加風(fēng)扇離合器。在農(nóng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中布置風(fēng)扇離合器，適時(shí)斷開(kāi)風(fēng)扇的動(dòng)力源，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能和降低能量損耗的同時(shí)，起到降低噪聲的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著對(duì)農(nóng)機(jī)操作舒適度要求的提高和排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，農(nóng)機(jī)噪聲控制也逐漸被重視。對(duì)于農(nóng)機(jī)本身特別是發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，在農(nóng)機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)就可以采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行控制。綜合來(lái)看，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)機(jī)噪聲控制技術(shù)必將得到進(jìn)一步研究和推廣。

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