50裝載機用柴油機降噪技術(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）

50裝載機用柴油機降噪技術(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）

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

裝載機；柴油機；噪聲；風(fēng)扇

0 前言

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

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

柴油機噪聲包括燃燒噪聲、機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降低柴油機本身的直接噪聲源，但在柴油機平臺開發(fā)設(shè)計完成后，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噪聲限值及實施階段

1 發(fā)動機技術(shù)參數(shù)

該型發(fā)動機為直列、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換向時對氣缸的敲擊聲。經(jīng)試驗對比（圖1），活塞銷偏置后，整機輻射噪聲下降明顯，各轉(zhuǎn)速下噪聲平均降低0.8 dB，標(biāo)定工況整機輻射噪聲下降0.96 dB。

圖1 活塞銷偏置與原機的輻射噪聲對比

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，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。

圖3 剪切齒輪與原機的輻射噪聲對比

試驗數(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，整機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。試驗對比數(shù)據(jù)（圖6）顯示，新結(jié)構(gòu)消聲器在各個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

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

圖7 優(yōu)化后減振器與原機輻射噪聲對比

3 在50 裝載機上的試驗對比

結(jié)合臺架試驗結(jié)果，選取部分降噪措施在50裝載機上進行試驗對比驗證。試驗車輛見圖8。

在50裝載機上做風(fēng)扇對比試驗。因風(fēng)扇影響冷卻效果，同時測試散熱器后的風(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)速測點分布圖，整機輻射噪聲測試結(jié)果見表4。拆除風(fēng)扇，整機輻射噪聲109 dB。

圖8 試驗用50裝載機

經(jīng)過活塞銷孔偏置、齒輪優(yōu)化、油底殼及減振器整機對比試驗，結(jié)果表明對整機輻射噪聲影響不大。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、剪切齒輪對整機輻射噪聲影響不大，可作為柴油機性能品質(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）此項研究基于直列機械泵柴油機，非道路Ⅲ排放升級后，使用電控柴油機，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)扇在裝載機上安裝圖

圖10 散熱器上風(fēng)扇測點分布圖

表4 整機輻射噪聲測試結(jié)果

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

［2］許維達(dá).柴油機動力裝置匹配［M］.北京：機械工業(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土方機械噪聲限值［S］.

［5］GB/T 1859—2000往復(fù)式內(nèi)燃機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.柴油機降噪措施及其評價［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