梁成奇，尚兵兵，霍雷

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊261205）

50裝載機(jī)用柴油機(jī)降噪技術(shù)應(yīng)用

梁成奇，尚兵兵，霍雷

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊261205）

柴油機(jī)是裝載機(jī)的主要噪聲源，對裝載機(jī)整機(jī)噪聲指標(biāo)起決定性作用。50裝載機(jī)用某柴油機(jī)本身零部件及其配附件的噪聲優(yōu)化技術(shù)，通過消聲室及整機(jī)試驗(yàn)對比分析，確定主要噪聲源，并給出降噪措施。

裝載機(jī)；柴油機(jī)；噪聲；風(fēng)扇

0 前言

裝載機(jī)與其他工程機(jī)械相比，噪聲對環(huán)境的污染尤為突出。50裝載機(jī)在所有裝載機(jī)類產(chǎn)品里所占比重大，國內(nèi)某10 L柴油機(jī)在50裝載機(jī)的配套動力中占比＞80%。柴油機(jī)是裝載機(jī)的主要噪聲源，針對50裝載機(jī)用柴油機(jī)的降噪技術(shù)，是整機(jī)能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。

國內(nèi)某型號50裝載機(jī)，整機(jī)機(jī)外輻射噪聲117.5 dB，按GB 16710—2010規(guī)定的噪聲限值要求（表1）可算出50裝載機(jī)輻射噪聲限值為112.5 dB，圓整后為113 dB，該機(jī)型發(fā)射噪聲超出標(biāo)準(zhǔn)4.5 dB。

柴油機(jī)噪聲包括燃燒噪聲、機(jī)械噪聲及空氣動力噪聲。針對噪聲特性，降低噪聲的方法有：①降低柴油機(jī)本身的直接噪聲源，但在柴油機(jī)平臺開發(fā)設(shè)計(jì)完成后，很難再降低其本身的噪聲。②在傳遞路徑上降低輻射噪聲傳播。

表1 GB16710—2010噪聲限值及實(shí)施階段

1 發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)

該型發(fā)動機(jī)為直列、增壓、水冷、4沖程，額定功率154 kW，轉(zhuǎn)速2200 r/min，最大扭矩/轉(zhuǎn)速860 N·m/1500（r/min），排量9.7 L，缸數(shù)-缸徑×行程6-126×130 mm，壓縮比17∶1，噪聲111.3 dB，排放要求為非道路Ⅱ階段。

2 降噪措施

2.1 活塞銷偏置

活塞銷偏置是為了減輕活塞在受氣體壓力較大的壓縮上止點(diǎn)換向時(shí)對氣缸的敲擊聲。經(jīng)試驗(yàn)對比（圖1），活塞銷偏置后，整機(jī)輻射噪聲下降明顯，各轉(zhuǎn)速下噪聲平均降低0.8 dB，標(biāo)定工況整機(jī)輻射噪聲下降0.96 dB。

圖1 活塞銷偏置與原機(jī)的輻射噪聲對比

2.2 中間齒輪傳動間隙優(yōu)化

優(yōu)化中間傳動齒輪結(jié)構(gòu)，將齒輪中間分開，采用2個(gè)彈性支撐銷連接（圖2），使動力輸入齒和動力輸出齒在和其他齒輪嚙合時(shí)減小嚙合沖擊，降低噪聲。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的齒輪被稱為剪切齒輪。

經(jīng)試驗(yàn)對比（圖3），中間齒輪采用剪切齒輪后，在中高轉(zhuǎn)速范圍，整機(jī)噪聲可降低1.5 dB，在低轉(zhuǎn)速范圍，剪切齒輪噪聲略有優(yōu)勢。

圖2 優(yōu)化后的中間齒輪結(jié)構(gòu)

2.3 風(fēng)扇及匹配優(yōu)化

（1）降低風(fēng)扇速比。風(fēng)扇噪聲聲壓級Lp與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為Lp∝lgn，風(fēng)扇速比由0.9降至0.8，額定點(diǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低220 r/min，對應(yīng)風(fēng)扇噪聲可降低1.5～2 dB。

（2）風(fēng)扇優(yōu)化選型。保持風(fēng)扇外徑不變，均為780 mm，采用原機(jī)6葉鐵風(fēng)扇、5葉鐵風(fēng)扇、6葉雙扭曲塑料風(fēng)扇、5葉雙扭曲塑料風(fēng)扇、吸風(fēng)5葉雙扭曲塑料風(fēng)扇等5種風(fēng)扇對比試驗(yàn)，風(fēng)扇結(jié)構(gòu)外觀對比見圖4，參數(shù)對比見表2。選取風(fēng)量大、功耗低、噪聲低的風(fēng)扇用于最終試驗(yàn)。

圖3 剪切齒輪與原機(jī)的輻射噪聲對比

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：①從風(fēng)扇性能看，雙扭曲塑料風(fēng)扇的風(fēng)量和靜壓效率都優(yōu)于鐵風(fēng)扇。②同材料的5葉風(fēng)扇要比6葉風(fēng)扇的噪聲低。③雙扭曲塑料風(fēng)扇比鐵風(fēng)扇的噪聲低。④吸風(fēng)扇比吹風(fēng)扇的噪聲低。

2.4 油底殼

發(fā)動機(jī)主要是通過零部件的表面向外輻射噪聲，剛度差的薄壁零部件是輻射噪聲的主要通道。如油底殼，表面積大，薄板沖壓成型，且沒有加強(qiáng)筋，剛度差，最容易輻射噪聲。將油底殼更改為加筋結(jié)構(gòu)，結(jié)合模態(tài)計(jì)算及制造工藝，筋深6 mm（圖5），提高剛度，抑制輻射噪聲。在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)，整機(jī)輻射噪聲比原油底殼下降0.4 dB。

圖4 風(fēng)扇結(jié)構(gòu)外觀對比

表2 同等風(fēng)量條件下的風(fēng)扇性能參數(shù)對比

2.5 消聲器

降低排氣噪聲的最直接方式是采用性能優(yōu)良的消聲器。新結(jié)構(gòu)增大了消聲器容積、優(yōu)化共振腔結(jié)構(gòu)，降低排氣噪聲。試驗(yàn)對比數(shù)據(jù)（圖6）顯示，新結(jié)構(gòu)消聲器在各個(gè)頻段的降噪效果都優(yōu)于原結(jié)構(gòu)。

圖5 油底殼

圖6 消聲器優(yōu)化前后排氣噪聲對比

2.6 扭轉(zhuǎn)減振器

減小扭振同樣可以減小軸系振動對空氣做功，即降低噪聲。試驗(yàn)了3種不同性能的減振器，測試扭振性能對比見表3。

表3 扭振幅值

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，扭振幅值低的減振器對整機(jī)輻射噪聲有較大影響，2#減振器比原機(jī)減振器在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)噪聲下降0.88 dB，全轉(zhuǎn)速外特性工況下，整機(jī)輻射噪聲平均下降0.5 dB，見圖7。

圖7 優(yōu)化后減振器與原機(jī)輻射噪聲對比

3 在50 裝載機(jī)上的試驗(yàn)對比

結(jié)合臺架試驗(yàn)結(jié)果，選取部分降噪措施在50裝載機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)對比驗(yàn)證。試驗(yàn)車輛見圖8。

在50裝載機(jī)上做風(fēng)扇對比試驗(yàn)。因風(fēng)扇影響冷卻效果，同時(shí)測試散熱器后的風(fēng)速。圖9為更改后的塑料風(fēng)扇安裝圖，圖10為散熱器上風(fēng)速測點(diǎn)分布圖，整機(jī)輻射噪聲測試結(jié)果見表4。拆除風(fēng)扇，整機(jī)輻射噪聲109 dB。

圖8 試驗(yàn)用50裝載機(jī)

經(jīng)過活塞銷孔偏置、齒輪優(yōu)化、油底殼及減振器整機(jī)對比試驗(yàn)，結(jié)果表明對整機(jī)輻射噪聲影響不大。不同車型多次對比發(fā)現(xiàn)，消聲器僅對排氣噪聲為主要原因的整機(jī)有效果。

4 結(jié)語

（1）風(fēng)扇、活塞銷孔偏置、消音器、油底殼、剪切齒輪均可作為降噪應(yīng)用措施。但活塞銷孔偏置、減振器、油底殼、剪切齒輪對整機(jī)輻射噪聲影響不大，可作為柴油機(jī)性能品質(zhì)提升措施使用。

（2）雙扭曲風(fēng)扇是降低噪聲的有效措施。

（3）降低風(fēng)扇速比是降低噪聲的有效辦法，但需要與冷卻系統(tǒng)散熱匹配結(jié)合實(shí)施。

（4）消音器對降低排氣噪聲效果明顯。

（5）整車布置方面應(yīng)開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化或聲學(xué)包裝，來降低整車輻射噪聲。

（6）此項(xiàng)研究基于直列機(jī)械泵柴油機(jī)，非道路Ⅲ排放升級后，使用電控柴油機(jī)，可通過控制噴油規(guī)律、增加預(yù)噴次數(shù)等來降低噪聲。

圖9 塑料風(fēng)扇在裝載機(jī)上安裝圖

圖10 散熱器上風(fēng)扇測點(diǎn)分布圖

表4 整機(jī)輻射噪聲測試結(jié)果

［1］楊占敏，王智明，張春秋，等.輪式裝載機(jī)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：1-10.

［2］許維達(dá).柴油機(jī)動力裝置匹配［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：77-150.

［3］徐兀.汽車振動和噪聲控制［M］.北京：人民交通出版社，1987.

［4］GB 16710—2010土方機(jī)械噪聲限值［S］.

［5］GB/T 1859—2000往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)輻射的空氣噪聲測量工程法及簡易法［S］.

［6］舒歌群，梁興雨，陳昕巍.柴油機(jī)降噪措施及其評價(jià)［J］.現(xiàn)代車用動力，2006，（2）：32-35.

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.43