液壓挖掘機噪聲問題分析與改進

馬 鑫，徐立明，姜 毅

（徐州徐工挖掘機械有限公司，江蘇 徐州 221004）

在操作挖掘機作業(yè)過程中，駕駛員長時間處于噪音環(huán)境中。研究表明，噪音對人體的危害是全身性的，不僅可以引起聽覺系統(tǒng)的變化，也可以對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等各方面造成影響。2010年全國土方機械標準化技術委員會對《土方機械噪聲極值》(GB16710-1996)強制性國家標準進行了修訂，新標準（GB 16710-2010）大幅降低了司機位置處噪聲極限值。工程機械行業(yè)經(jīng)過十幾年的快速發(fā)展，整體技術水平得到了巨大提升，各大生產(chǎn)廠商的同噸位產(chǎn)品在比拼效率、油耗等性能參數(shù)的同時，也對駕駛員舒適性提出了更高要求。

1 噪聲源分析

隨著國家出臺相關規(guī)定，到2020年左右將禁止生產(chǎn)和銷售國三排放標準的工程機械，目前國內(nèi)的研發(fā)及技術儲備重點是滿足四階段排放標準的產(chǎn)品。由于專門針對國四階段排放開發(fā)的產(chǎn)品還沒有推出，本次測試的產(chǎn)品為我公司生產(chǎn)的滿足歐四排放標準的21t液壓挖掘機。

對該21t液壓挖掘機進行噪聲分析，可發(fā)現(xiàn)主要噪聲源為：發(fā)動機風扇引起的噪聲、液壓系統(tǒng)噪聲、尾氣排放噪聲、空調(diào)系統(tǒng)噪聲、行走裝置產(chǎn)生的噪聲等幾部分。設定挖掘機處于工作狀態(tài)下，空調(diào)開啟到中速擋位，進行噪聲測試。經(jīng)測試，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時（轉(zhuǎn)速＞700r/min），發(fā)動機風扇引起的噪聲對整機噪聲的影響最大，為主要噪聲源，泵閥及管路等液壓系統(tǒng)對挖掘機噪聲的影響較小，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時（轉(zhuǎn)速＜700r/min）液壓系統(tǒng)噪聲對整機噪聲的影響最大。由于挖掘機工作時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速大多處于高速狀態(tài)，液壓系統(tǒng)對噪聲影響不大，因此本文主要討論發(fā)動機風扇噪聲的改進方法。

2 影響因素及改進方法

風扇轉(zhuǎn)速高低直接影響風扇引起的噪聲大小，降低風扇的工作轉(zhuǎn)速可以明顯降低風扇引起的噪聲。目前國外挖掘機產(chǎn)品已經(jīng)開始采用的做法有2種，一種是采用大扭矩低轉(zhuǎn)速的設計方案，在保證發(fā)動機輸出功率不變的情況下，大幅提升使發(fā)動機的輸出扭矩，降低發(fā)動機的工作轉(zhuǎn)速，從而降低風扇噪聲。另一種是采用獨立散熱系統(tǒng)，對風扇的轉(zhuǎn)速進行獨立控制，在滿足散熱要求的前提下，降低風扇的轉(zhuǎn)速。

風扇葉片的形狀和數(shù)量也會對噪聲產(chǎn)生較大影響。現(xiàn)有挖掘機風扇的葉片形狀如圖1所示，數(shù)量為9片，將葉片的數(shù)量改為8片和6片，并相應增加單個葉片的寬度，通過軟件模擬發(fā)現(xiàn)，葉片數(shù)量由9片改為8片對發(fā)動機的散熱影響較小，但可以降低噪聲2～3dB。

合理設計發(fā)動機散熱器的進排氣孔布局，現(xiàn)有進排氣孔布局如圖2所示，使用軟件進行模擬，可以看出圓圈區(qū)域內(nèi)，風扇排出的空氣在此處聚集形成渦流，很容易產(chǎn)生轟鳴及其他異響。經(jīng)分析，造成這種情況的原因是排氣面積遠小于進氣面積，且開孔位置不利于空氣排出，若要改善，需要增加散熱器排氣孔的數(shù)量，尤其是在靠近散熱器的位置。

圖1 現(xiàn)在挖掘機風扇葉片

圖2 現(xiàn)有進排氣孔布局

圖3 風場模擬圖

吸音材料的運用（圖4）。在發(fā)動機和風扇周圍的封板、發(fā)動機罩和駕駛室底板等位置粘貼吸引海綿，阻隔噪音的傳遞。

圖4 駕駛室底板

隔音結構的設計，盡量減少在封板上開大孔，有時候為了穿過液壓接頭和電氣插接件，必須開大孔的，也要進行密封處理（圖5）。

圖5 液壓管路孔密封電氣線束密封

3 結 語

隨著社會的發(fā)展和技術的進步，對工程機械的舒適性要求越來越高，挖掘機駕駛室內(nèi)噪聲大小，直接影響駕駛員的舒適感。通過對21t液壓挖掘機的噪聲分析，找出對噪聲值貢獻較大的因素，并對其進行分析和改進，極大改善了挖掘機駕駛室的噪聲情況。