拖拉機(jī)駕駛室噪聲控制研究

摘 要：拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)的噪聲對(duì)操作環(huán)境、駕駛員的身心健康產(chǎn)生不良影響。本對(duì)駕駛室內(nèi)噪音產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析，指出了影響駕駛室內(nèi)固體聲、空氣聲和混響聲等3類噪聲大小的因素，并從4個(gè)方面給出了降噪措施：隔絕外部噪聲源、減小駕駛室振動(dòng)、吸收傳入駕駛室內(nèi)的噪聲和降低機(jī)罩振動(dòng)。通過有效的駕駛室降噪處理，提升拖拉機(jī)產(chǎn)品的品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)；駕駛室；噪聲

中圖分類號(hào)：S219 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732024

拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)的噪聲過大，影響著駕駛員的工作環(huán)境，降低駕駛員的工作效率，長(zhǎng)期處于這種環(huán)境，也不利于駕駛員的身體健康。降低拖拉機(jī)駕駛室噪聲已經(jīng)成為整車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是產(chǎn)品升級(jí)的一個(gè)重要途徑，世界各國(guó)均把其列為評(píng)價(jià)拖拉機(jī)性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一[1]。要有效地降低拖拉機(jī)駕駛室噪聲，就必須正確了解拖拉機(jī)駕駛室噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，從而對(duì)噪聲采取有效的措施，進(jìn)而提高拖拉機(jī)的舒適性，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 拖拉機(jī)駕駛室噪聲產(chǎn)生機(jī)理

從聲學(xué)的角度來講，拖拉機(jī)駕駛室本身具有一定的隔聲作用。但是駕駛室周圍的噪聲透過壁板傳入，駕駛室壁板的振動(dòng)，將向駕駛室內(nèi)輻射一定的噪聲，而駕駛室壁面主要是由金屬板和玻璃構(gòu)成，這些材料的吸聲系數(shù)很小，所以進(jìn)入駕駛室內(nèi)的噪聲將在里面被多次反射而形成混響聲，從而使總的聲壓級(jí)進(jìn)一步提高[2]。

綜合各種噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，駕駛室的內(nèi)部噪聲分為3種：固體聲、空氣聲和混響聲。

1.1 固體聲

駕駛室是一種框架結(jié)構(gòu)，壁面由大小不同的面板構(gòu)成。框架的剛度比較大，但壁面的面板剛度比較小，駕駛室各壁面比較容易受到拖拉機(jī)底盤振動(dòng)激發(fā)產(chǎn)生噪音，并向室內(nèi)輻射該噪聲，即固體聲。駕駛室壁面的振動(dòng)是影響固體聲大小的最重要因素，而壁面振動(dòng)又和振源、中間傳遞途徑、駕駛室本身的動(dòng)態(tài)特性以及駕駛室和底盤之間的聯(lián)接情況有關(guān)。

1.2 空氣聲

通過駕駛室壁面板或孔隙傳入駕駛室內(nèi)的噪聲，即空氣聲。空氣聲又分為空氣泄漏聲和空氣穿透聲，前者是外部噪聲通過孔縫“泄漏”傳入駕駛室內(nèi)的，駕駛室本身的密封性是影響其大小的重要因素，后者是外部噪聲“穿過”駕駛室壁板傳入室內(nèi)，駕駛室壁的隔聲能力是影響其大小的重要因素。

1.3 混響聲

固體聲和空氣聲在駕駛室內(nèi)產(chǎn)生的混響而增加的噪聲，即混響聲。由混響而增加的噪聲僅與駕駛室的混響特性有關(guān)。

2 拖拉機(jī)駕駛室噪聲控制措施

駕駛室內(nèi)部噪聲主要由空氣聲、固體聲和混響聲3部分組成。對(duì)于駕駛室內(nèi)3種噪聲，可以通過采取隔絕外部噪聲源、減小駕駛室振動(dòng)和吸收傳入駕駛室內(nèi)的噪聲等措施，降低駕駛室內(nèi)噪聲。

2.1 隔絕外部噪聲源

駕駛室的地板加工了一些孔隙，以方便拖拉機(jī)操縱桿件、電纜和線束安裝，外部噪聲可以這些孔隙傳遞到駕駛室內(nèi)。為了隔絕噪聲傳播，在變速桿穿過地板處，采用橡膠波紋套隔聲，在電纜和線束穿過地板處，采用橡膠過線套隔聲。

采用鋼板沖壓成型的底板，吸聲系數(shù)小，聲輻射效率高，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)和不平地面沖擊下，所產(chǎn)生的固體聲就成為新的噪聲源，并進(jìn)而與駕駛室內(nèi)的空氣聲組合成混合聲。對(duì)于這種固體聲噪聲，采用人造革與泡沫塑料制作的軟質(zhì)隔聲材料進(jìn)行隔聲處理，可以取得明顯的效果。

2.2 減小駕駛室振動(dòng)

拖拉機(jī)駕駛室采用的減振塊是彈性隔振器，其主要彈性元件是橡膠，這種減振塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，使用壽命長(zhǎng)。

但由于橡膠結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，這種隔振器的剛度和阻尼或同時(shí)設(shè)計(jì)的很大，或同時(shí)設(shè)計(jì)的很小。剛度和阻尼大對(duì)低頻是有利的，但是不利于高頻隔振。小的剛度和阻尼對(duì)防止低頻沖擊是不利的。

硅油減振器是一種由橡膠體、上腔室、下腔室、硅油和流通小孔構(gòu)成的非耦合液壓隔振器。上、下腔室中充滿了硅油，橡膠體支撐重量同時(shí)也構(gòu)成了上腔室壁。橡膠的彈性變形給硅油施加壓力，使得硅油通過流通小孔進(jìn)入下腔室，從而產(chǎn)生阻尼。2種減振器的阻尼和剛度比較如圖1和圖2所示。換裝新型硅油減振器，可以有效改善低頻沖擊的隔振效果。

2.3 吸收傳入內(nèi)部的噪聲

對(duì)于駕駛室內(nèi)部的混響可由下列公式計(jì)算：

（1）

（2）

式中：是頻段序號(hào)為 的平均吸聲系數(shù)， 是駕駛室內(nèi)某材質(zhì)表面積， 是頻段序號(hào)為 和該材質(zhì)表面積為 的材料表面吸聲系數(shù)，是在頻段序號(hào)為 由于混響而增加的噪聲值。

駕駛室的材質(zhì)主要由鋼板、玻璃和人造革等組成，在分析混響而增加的噪聲值時(shí)，可將頻段劃分為125Hz、250 Hz、500 Hz、1K Hz、2 K Hz和4 K Hz等6個(gè)頻段，測(cè)出各材質(zhì)在各頻段的表面吸聲系數(shù)和駕駛室所用的面積，就可由公式（1）計(jì)算出整個(gè)駕駛室在不同頻段的平均吸聲系數(shù)，進(jìn)而由公式（2）計(jì)算出在不同頻段增加的噪聲值。通過計(jì)算分析，對(duì)于駕駛室的噪聲，混響聲提供了5～15的噪聲值。

由公式（2）可知，增加的混響的噪聲值與駕駛室的材質(zhì)的平均吸聲系數(shù)成反比，由公式（1）可知，而平均吸聲系數(shù)大小與各頻段的表面吸聲系數(shù)大小相對(duì)應(yīng)。為降低駕駛室混響聲噪聲，采用的吸聲材料應(yīng)具有多孔、吸聲系數(shù)高和頻率范圍寬的特點(diǎn)。為降低噪聲，駕駛室有以下吸聲處理措施：用麻氈制作駕駛室內(nèi)飾頂，以聚胺脂軟發(fā)泡基料進(jìn)行內(nèi)、外頂間的空腔填充；對(duì)于后壁板和擋泥板，則以打孔的人造革為外層，軟發(fā)泡為內(nèi)層；把平靜阻尼隔音吸音棉局部粘接在地板下部[3]。

平靜阻尼隔聲吸聲棉的結(jié)構(gòu)有3層：最外層是丁基橡膠材質(zhì)的阻尼膠粘止振層，能夠抑制振動(dòng)，從根源上降低噪聲產(chǎn)生；第2層是閉孔發(fā)泡結(jié)構(gòu)的隔聲層，隔絕噪聲的傳播；第3層是異型吸音槽表面，能夠高效降低混響聲。

2.4 降低機(jī)罩振動(dòng)

影響機(jī)罩的振動(dòng)的因素有：機(jī)罩的自身剛度、機(jī)罩的固定方式、機(jī)罩鉸鏈和機(jī)罩支架的剛度。降低機(jī)罩振動(dòng)的措施有：增加機(jī)罩下部的密封發(fā)泡膠條的厚度，吸收機(jī)罩的振動(dòng)；機(jī)罩前部增加機(jī)罩鎖，加強(qiáng)機(jī)罩的固定；在鉸鏈和軸之間增加橡膠墊，防止鉸鏈軸軸向竄動(dòng)；機(jī)罩的支架摒棄鋼板焊接支架，采用剛度更強(qiáng)的鋼管焊接支架。

從機(jī)罩振動(dòng)的振源來看，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)是主要激勵(lì)振源，為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)，進(jìn)而消弱激勵(lì)振源，可以在以下方面加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：對(duì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的二階往復(fù)慣性力，增加平衡機(jī)構(gòu)；提高曲軸等旋轉(zhuǎn)零件的動(dòng)平衡精度和各缸工作運(yùn)行的均勻性。

3 總結(jié)

拖拉機(jī)駕駛室噪聲控制研究是整車研發(fā)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)之一，本文通過對(duì)駕駛室內(nèi)噪音產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，根據(jù)影響駕駛室內(nèi)的固體聲、空氣聲和混響聲等3類噪聲大小的因素，提出降低駕駛室內(nèi)噪聲的措施：隔絕外部噪聲源、減小駕駛室振動(dòng)、吸收傳入駕駛室內(nèi)的噪聲和降低機(jī)罩振動(dòng)，并對(duì)每種降噪措施進(jìn)行了具體闡述。為了取得最優(yōu)的結(jié)果，需要從多方面著手，綜合各種降噪措施，既要考慮每個(gè)降噪措施的效果，也要把它放在一個(gè)綜合的降噪方案里，考慮其技術(shù)的可行性。在考慮經(jīng)濟(jì)成本的前提下，通過有效的駕駛室降噪處理，在一定程度上提高駕駛員的舒適性，提高拖拉機(jī)的品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介：李紅（1979-），男，河南周口市人，碩士，助教，研究方向：現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)理論與方法。