農業機械發動機噪聲控制及測試技術

廖 青

（湖北工業大學機械工程學院，湖北 武漢 430068）

農業機械設備產生噪聲的本質原因是機械設備振動，而振動過程能夠導致機械設備內部很多的零部件出現疲勞損傷的問題，影響零部件的使用率及使用年限。同時噪聲過高還會對周圍環境產生影響，如影響作業者語言溝通、造成駕駛者身體疲勞等，給農業生產過程造成一定的安全威脅[1]。總而言之，噪聲控制效果會影響農業機械設備的使用率、使用壽命及作業安全性。實際生活中農業機械噪聲的產生源較多，可能是發動機、液壓系統、電器設備等，其中發動機是最主要的噪聲源，因此需要重視機械發動機的噪聲控制。在控制前需要認識到噪聲產生的原因及做好噪聲源辨別等，方便有針對性地進行控制。

1 農業機械發動機噪聲的產生機理

農業機械設備具有一定的復雜性，內部系統可以劃分為多個區域，也有多個噪聲源存在。而對主要噪聲源產生噪聲的研究表明，發動機噪聲根據其產生機理的不同，且分為兩個類別，即空氣動力噪聲和結構振動噪聲[2]。其中空氣動力噪聲是指由發動機直接向空氣傳播的噪聲，而結構振動噪聲是由發動機通過機器表面向外部輻射的噪聲。

1.1 空氣動力噪聲

空氣動力噪聲是因為噪聲源通過空氣等氣體傳播噪聲，具體的傳播過程屬于氣體振動，這個過程中傳播的噪聲直接輻射到周圍環境中，并未經過機械設備部件?？諝鈩恿υ肼曈挚梢苑譃檫M氣噪聲、排氣噪聲及風扇噪聲。進氣噪聲指的是機械設備進氣時，進氣管道中的壓力波動引發的基頻噪聲和各次諧波噪聲，同時還包括氣流高速通過氣閥通道截面時引發的渦流噪聲；排氣噪聲主要是指排氣門打開后，壓力較高的氣體從縫隙中流出產生的噪聲，具有頻譜復雜、能量高的特點，是發動機上的最強噪聲之一；風扇噪聲，顧名思義，是由機械設備內部旋轉的各類風扇引起的風扇周圍空氣渦流旋轉而產生的噪聲[3]。

1.2 結構振動噪聲

結構振動噪聲即表面輻射噪聲，這類噪聲主要來自農業機械設備的燃燒噪聲和機械噪聲。燃燒噪聲的產生原因是機械設備燃料燃燒過程中造成氣缸內壓力急劇上升，引發動載荷和沖擊波，致使氣缸激烈震動的情況出現，進而發出噪聲；而機械噪聲的產生原因是發動機內部部件碰撞、變形、敲擊等情況引發發動機表面振動，進而發出噪聲。機械噪聲又可以分為活塞敲擊噪聲、配氣機構噪聲、齒輪噪聲和噴油泵、軸承噪聲等。其中活塞敲擊噪聲在發動機機械噪聲中占比最大，是最主要的機械噪聲源。這類噪聲多是因為活塞運動產生敲擊引發的。配氣機構噪聲產生的主要原因則是配氣機構內部零部件較多，且絕大部分部件剛度差，這些零部件間容易碰撞發生振動和噪聲。配氣機構噪聲又可以分為低速配氣機構噪聲和高速配氣機構噪聲。低速配氣機構噪聲往往是由氣門開關過程中發生撞擊、內部從動件摩擦及其他部件摩擦產生的；高速配氣機構噪聲主要是因為氣門不規則運動導致的。齒輪噪聲的產生是因為齒輪中存在交變載荷作用，使得嚙合傳動過程中齒輪間出現摩擦和碰撞，導致軸變形的問題發生，同時還會出現軸承動負荷加重的問題[4]，這個過程中出現的動負荷是可以傳給發動機殼體及齒輪室殼體，使這些殼體發出噪聲。最后，噴油泵、軸承噪聲主要的誘發原因是噴油泵振動、軸承振動及高壓油管系統振動等。

2 農業機械發動機噪聲控制方法

由上文可知，引發農業機械發動機噪聲出現的原因基本是振動，而振動過程的三要素又包括聲源、傳聲途徑和接受者，因此在實際的農業機械設備發動機噪聲管控時，可以從這三個因素著手開展工作，具體操作如下：1）采取措施控制噪聲聲源；2）采取措施對噪聲傳播途徑進行控制；3）采取隔離措施對噪聲接受者進行保護。

2.1 控制噪聲聲源

控制噪聲聲源也被稱為噪聲主動法，主要是針對噪聲的聲源進行控制，直接降低噪聲產生量。聲源是產生噪聲的源頭，對之進行控制是控制噪聲的最根本、最直接的辦法，也是噪聲控制中最為重要的一個環節。而從農業機械的實際運行來看，發動機運行是產生噪聲的主要根源，因此實際工作中最常采用的措施就是對農業機械發動機進行改造提升，具體操作如下：1）通過提升農業機械發動機的加工精度及增加潤滑性等來減少發動機內部零部件間的摩擦，將各類零部件間的接觸位置換成軟材料或增強各部件接觸時力的作用時間[5]，同時可以在發動機和車架間應用彈性元件來進行連接減震，提升發動機機體結構剛度或減少各部件間的間隙等；2）通過具體的策略實施來降低噪聲輻射，如將實際應用中的大面積板件修改為開孔板或者金屬網絡，在板殼構件與激勵力源之間建立一定的阻隔，起到隔離的作用，從而降低發動機運行過程中產生的噪聲量，達到較好的噪聲控制效果。

2.2 控制噪聲傳播

噪聲傳播途徑控制也被稱為被動法。具體的操作過程就是通過相應的措施來對噪聲的傳播途徑進行控制，阻止噪聲外傳，從而實現對噪聲的有效控制。噪聲傳播途徑控制是噪聲控制的主要步驟，在噪聲控制中占有重要地位。常見的控制措施包括對傳播過程中的噪聲進行吸收、隔離、阻礙、消除、減弱及隔振等。具體的措施包括改變聲源的位置，采用消聲器等吸聲及隔聲設備進行消聲處理，給發動機涂阻尼材料以降低各零件間的傳振作用，提升零件的隔振功能，達到減振及隔振降噪的目的。

2.3 噪聲防護管理

噪聲防護管理就是采用隔離措施對噪聲接受者進行保護，也被稱為隔離法。這個措施是在噪聲聲源控制、噪聲傳播途徑控制的基礎上展開，也是噪聲控制的最后一步。實際生活中，如果前兩步達到了控制噪聲的目的，則通常可以不采取防護措施；而如果在較為特殊的工作狀態下，如產生的噪聲量仍舊較大或長期處于噪聲狀態之下，則相關工作人員應采取必要的噪聲防護管理措施。常見的防護措施包括通過減少噪聲環境中工作者的作業時間來縮短噪聲接受者接觸噪聲的時間，即減少噪聲暴露時間，或者給噪聲接觸者配備符合國家及行業標準的耳塞、耳罩或防護頭盔等隔音設備，防止噪聲對接觸者產生不良影響，還可以通過設置隔聲控制室的方式來阻斷接觸者與噪聲的接觸。

3 農業機械發動機噪聲測試技術

實際生活中的噪聲不僅會影響周圍人們的生活質量，嚴重的噪聲還會對人體產生傷害，如引發噪聲聾。因此國家對噪聲進行了分級，并規定不同行業、區域的噪聲值，方便各行業內部進行噪聲控制及接觸者防護。這時噪聲測試就成為一個非常重要的技術手段，能實現對噪聲數據的有效識別和分類，方便管控和采取措施。這對農業機械發動機噪聲而言也不例外，必須應用噪聲測試技術對噪聲值進行準確測定。對此，我國也出臺了專門的噪聲測試標準，目前農業機械發動機噪聲測試多以《往復式內燃機輻射的空氣噪聲測量工程法及簡易法》為準。

目前常用的發動機噪聲測量方法主要有聲壓測量法和聲強測量法兩種。聲壓測量法是通過測量獲得包圍發動機封閉測量面各點位的聲壓級，進而獲得聲功率級的方法。但是這種測量方法極易受到背景噪聲和聲反射等影響，對測量環境的要求比較高，所以需要在消聲室或半消聲室內部進行測量，一般測量時耗資較高。尤其是對于大型農機設備而言，構建測量環境所需的花費極大，因此一般大型設備不宜采用聲壓法測量。而聲強測量法的優點是對測量環境的要求低，且測量結果也比較準確。聲強本質上是描述聲能流動所具有的大小和方向的指標。實際操作中需要先對發動機封閉測量面周圍的各個點位的聲強級別測定，然后根據測量結果來獲得聲功率級。聲壓測量法和聲強測量法都屬于較為常見的測量方法，在具體應用上需結合設備情況做出選擇，以保證最終的測量效率和準確性。

4 結語

農業機械發動機噪聲是農業機械噪聲產生的一個主要方面，會對周圍環境及接觸人員造成傷害。因此作為農機制造或使用者，必須重視農業機械發動機噪聲管控和測試技術的應用，減少農機發動機造成的影響。而從具體的噪聲控制來看，主要可從聲源、傳聲途徑和接受者三個方面來達到降低噪聲影響的目的。通過這三方面的綜合性優化，通常能夠將農業機械發動機噪聲控制在較為理想的狀態之下。