某重型叉車風扇降噪方法研究及應用

0 引言

在現代工業領域，重型內燃機叉車作為重要的物料搬運設備，被廣泛應用于港口、倉庫、工廠等場所。然而，其在運行過程中產生的噪聲問題，已經成為不可忽視的環境污染源。噪聲不僅影響操作人員的工作環境，可能導致聽力損傷和工作效率降低，還會對周圍居民的生活質量產生負面影響。因此如何有效降低重型內燃機叉車的噪聲，已成為當前研究的重要課題。

內燃機叉車的主要噪聲源有發動機噪聲、液壓系統噪聲、散熱系統風扇噪聲、傳動系統噪聲、輪胎噪聲等。當密封措施不足或散熱系統風扇設置不合理時，容易導致整車噪聲水平超標。本文針對某重型內燃叉車噪聲過大問題，對整車的噪聲源和噪聲傳播路徑進行機理分析，進而采取合理有效的密封措施與結構設計，設置恰當的散熱系統參數，以改善其聲振性能[1]。

1叉車噪聲源分類與特征

散熱系統風扇噪聲可以分為機械噪聲和氣動噪聲。其中，機械噪聲主要由結構振動和零件間互相接觸產生，而氣動噪聲則由氣體間或氣體與固體的相互作用產生。氣動噪聲是運行的風扇設備主要的噪聲來源，可進一步分為寬頻噪聲和離散噪聲[2]。

寬頻噪聲隨機分布在一定范圍內，降噪存在一定難度。離散噪聲即旋轉噪聲，具有多階諧波，其頻率為扇葉每秒切割空氣次數，其計算公式為：

式中： f 為風扇旋轉噪聲頻率，單位為 Hz ·N 為風

扇轉速，單位為r/min；b為風扇葉片數；i為諧波序號（i=1，2，3，…） ，當i=1時，表示風扇基頻。

2叉車噪聲過大原因排查

2.1整車噪聲測試與頻譜分析

針對某重型內燃叉車噪聲超標、聲音刺耳及駕駛員體驗差等問題，根據GB/T27693—2011《工業車輛安全噪聲輻射的測量方法》，分別對其起升工況、怠速工況及運行工況下的輻射聲壓級進行測試。通過分析整車噪聲頻譜圖，結合相關部件運行特征頻率，確定整車運行時

的主要噪聲源。某叉車整機噪聲頻譜圖如圖1所示。從圖1可以看出，頻譜圖中分別在 116Hz 和 254Hz 出現噪聲峰值，分別對應發動機基頻和風扇基頻。

圖1模型試驗傳感器布置

2.2風扇噪聲能量占比驗證

為確定風扇噪聲是否為整個頻譜圖中的關鍵頻段，需要計算其聲能占比情況。通過停止風扇獲得非風扇噪聲聲壓級，利用式（2）和式（3）計算風扇噪聲能量占比：

式中： SPL₁ 為停風扇噪聲的聲壓級， SPL₂ 為整機噪聲聲壓級， I 為聲強， η 為風扇噪聲在整機噪聲中的能量占比。

在原機和停風扇的工況下，測試重型叉車車外及司機位置噪聲，并對對比分析2種工況的頻譜。重型叉車機外及司機位置噪聲如表1所示，停風扇與原機司機耳邊頻譜對比如圖2所示。根據表1可知，停風扇時機外噪聲為106.8dB（A），原機噪聲為112.4dB（A），利用式（2）和式（3）計算可得風扇噪聲能量占比約為 72.5% 。從圖2中的1/3倍頻程圖中可見，中心頻率

250Hz 為噪聲主要由風扇貢獻，證實風扇噪聲為該重型叉車機外和司機耳旁的主要噪聲來源。

表1重型叉車機外及司機位置噪聲

圖2停風扇與原機司機耳邊頻譜對比

3整改方案分析與選取

本文基于重型叉車散熱系統的噪聲源（風扇）及傳播途徑分析，分別針對聲源和傳播途徑導致的超標噪聲問題提出解決方案，以降低機外噪聲和司機耳邊噪聲。

3.1風扇結構優化降噪措施

風扇的結構設計及控制方案對其噪聲水平具有顯著影響，主要影響因素包括葉片形狀、安裝角、葉片數量、葉片間距、輪轂比、葉頂間隙、轉速以及葉片角度等[3-7]。其中，葉片數量、轉速及葉片角度對風扇噪聲影響較為明顯。基于樣機總體結構布局，本文提出更易于后期改善的3種方案，并對原機初始設計進行對比測試，風扇降噪方案測試結果如表2所示。

表2風扇降噪方案測試結果

3.2噪聲傳播路徑阻斷措施

本文通過系統性分析噪聲傳播路徑，針對性提出6項密封與隔離改進方案，改進方案示意圖如圖3所示。

圖3重裝叉車改進方案示意

3.2.1動力總成及散熱風扇密封

加強對整機后罩縫隙的密封，以減少風扇噪聲及發動機噪聲向外輻射，減弱機外及司機耳邊噪聲的影響，該方案與原機頻譜對比如圖4所示。從圖4可以看出，該方案使整個頻段的噪聲幅值均有衰減，大大減少整個動力艙通過空氣聲向外輻射噪聲。

圖4方案a與原機頻譜對比

3.2.2排氣管包裹及后罩導流

采用隔熱隔音材料包裹排氣管，減少表面聲輻射；優化后罩出風口百葉窗導流結構，減弱風扇直達聲對司機位置的噪聲影響。

3.2.3 散熱器出口流場優化

通過優化散熱器出口結構，抑制渦流產生，進而降低散熱系統氣動噪聲，該方案與原機頻譜對比如圖5所示。從圖5可知，此方案降噪效果相對有限。

3.2.4駕駛室底板密封及加吸音棉

在駕駛室底板進行密封，并加裝吸音棉，減少駕駛室底部噪聲源，同時進一步隔離空氣傳遞至司機耳邊噪聲。

3.2.5駕駛室后方增設塑料板

在駕駛室后方增加塑料板，模擬量產駕駛室后方隔聲玻璃，利用被動降噪原理隔離噪聲。在被受體進行聲音的隔離，大大減少整機后方風扇噪聲中高頻噪聲的輻射，該方案與原機頻譜對比如圖6所示。從圖6可以看出，該方案對高頻噪聲抑制效果顯著，在各方案中司機耳邊降噪效果最為突出。

3.2.6駕駛室前下方密封

加強駕駛室前下方密封，降低整機主要噪聲源對外輻射強度。

3.3多工況降噪效果驗證

對比原機與改進方案在起升、怠速及運行工況下的噪聲數據，結果表明各方案均有效降低噪聲。起升工況、怠速工況及運行工況下的噪聲數據如表3所示。

表3起升工況、怠速工況及運行工況下的噪聲數據

在叉車起升工況下，通過分析實施密封及在駕駛室后方增加玻璃前后司機左耳、右耳的 1/3 頻程圖，可以更直觀了解降噪效果。司機左耳 1/3 倍頻程圖如圖7所示和右耳1/3倍頻程圖如圖8所示。由圖7和8可知，密封后左右耳的平均聲壓級均有下降，降噪效果顯著。

4改進后試驗驗證與分析

將風扇降噪方案中聲壓級最低的方案與密封方案相結合，形成綜合降噪措施。在噪聲源控制方面，對噪聲部件進行密封處理，減少噪聲向外輻射；在傳播途徑控制方面，通過密封隔離阻斷噪聲向駕駛室的傳播。基于該整合方案，隨機選取5臺改進樣機進行噪聲測試，并與原機測試結果對比驗證。改進后整機噪聲水平如表4所示。

表4改進后整機噪聲水平

5結束語

針對某重型內燃叉車噪聲超標、聲音刺耳及駕駛員體驗差等問題，本文通過實驗測試采集了起升、怠速及運行工況的噪聲數據，并結合噪聲源頻譜圖分析確定了主要噪聲源。

基于分析結果，提出了從噪聲源控制和傳播途徑阻斷的兩種降噪方案，通過對比研究篩選出最優方案。試驗結果表明，該方案使整機噪聲水平（聲功率）顯著降低，司機位置噪聲下降達8.1dB（A），有效提升了駕駛舒適性。本文提出的分析方法和解決方案，可為同類型的重型內燃叉車噪聲過大的問題提供理論依據和實踐指導。

參考文獻

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