筑路機(jī)械減振與降噪技術(shù)的研究

李文正

（甘肅圓隴路橋機(jī)械化公路工程有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 筑路機(jī)械減振技術(shù)的研究

1.1 筑路機(jī)械對(duì)振動(dòng)的應(yīng)用

1.1.1 熨平板

將道路路面材料攤鋪成型、有效預(yù)壓實(shí)的重要部件就是熨平板。在熨平板上方，設(shè)有2套振動(dòng)裝置，即振動(dòng)裝置、振搗裝置。通過相關(guān)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際工作過程中，振動(dòng)和振搗裝置是互相進(jìn)行耦合的，當(dāng)振搗沖程比較高或者振搗頻率高于15 Hz時(shí)，振搗裝置的慣性力矩和不平衡慣性力便會(huì)變大。在熨平板中因振搗而形成的加速度值比振動(dòng)形成的加速度值高時(shí)，熨平板便會(huì)處于非常不規(guī)則的振動(dòng)狀態(tài)。與此同時(shí)，因振動(dòng)器而出現(xiàn)的加速度值，在橫向方向中的分布并不均勻，同時(shí)在熨平板各段中出現(xiàn)較為顯著的振動(dòng)相位滯后、振動(dòng)相位不同步現(xiàn)象，導(dǎo)致攤鋪路面的平整度遭受嚴(yán)重影響。針對(duì)以上現(xiàn)象，通過有效調(diào)整不同段的熨平板振搗梁之間的相位關(guān)系，能夠促使不同振搗梁進(jìn)行上下的交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，可以對(duì)不同振搗梁之間形成的慣性力進(jìn)行有效抵消，能夠?qū)Σ黄胶獾膽T性力起到較好的抑制作用。

1.1.2 振動(dòng)壓路機(jī)

駕駛?cè)藛T在振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)作用影響下，其自身的身心健康常常會(huì)遭受嚴(yán)重影響，與此同時(shí)，振動(dòng)壓路機(jī)施工作業(yè)周邊的建筑物也會(huì)遭受一定影響，出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)現(xiàn)象，建筑物的多處位置常常會(huì)遭受不同程度的破壞。深入研究道路振動(dòng)壓實(shí)對(duì)環(huán)境造成的影響，實(shí)際上就是對(duì)因在振動(dòng)壓路機(jī)作用下所產(chǎn)生的和振動(dòng)有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，科學(xué)統(tǒng)計(jì)振動(dòng)壓路機(jī)在施工過程中出現(xiàn)的地面振動(dòng)衰減的規(guī)律，對(duì)建筑物地面允許限值進(jìn)行有效結(jié)合和考慮，對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)的隔振措施、安全工作距離進(jìn)行探討，以促使在對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)環(huán)境造成的影響進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)時(shí)具有可靠的依據(jù)。同時(shí)有助于更為合理的設(shè)計(jì)、運(yùn)用振動(dòng)壓路機(jī)。通過科學(xué)統(tǒng)計(jì)、擬合測(cè)試獲取的數(shù)據(jù)，能夠獲取距離和地面振動(dòng)加速度之間的變化關(guān)系。

1.2 筑路機(jī)械的減振

本文以雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)減振系統(tǒng)作為研究對(duì)象，以深入研究筑路機(jī)械的減振現(xiàn)象。筑路機(jī)械的減振系統(tǒng)常常會(huì)影響到舒適性，主要通過機(jī)架振動(dòng)烈度的高低反映出來，對(duì)操作的舒適性、駕駛室的減振效果具有直接的影響作用。

1.2.1 雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)減振效果的影響因素

關(guān)于雙鋼鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的減振效果，存在很多的影響因素，包括單個(gè)減振系統(tǒng)、振動(dòng)輪、整車等。

（1）單個(gè)減振系統(tǒng)。通過有效組合若干個(gè)減震器，將其有效布置在振動(dòng)輪的兩側(cè)，能夠?qū)嚰芷鸬接行У闹巫饔?，同時(shí)能夠?qū)︿撦喌恼駝?dòng)效果進(jìn)行有效減小，以上一組減震器，即為壓路機(jī)的單個(gè)減振系統(tǒng)。其中，單個(gè)減振系統(tǒng)性能的影響因素，包括安裝減振系統(tǒng)過程中前后鋼輪軸線的垂直度和平行度、減振塊的預(yù)壓處理、減振塊的布置方式、減振塊的個(gè)數(shù)等。在安裝單個(gè)減振系統(tǒng)時(shí)，一定要進(jìn)行預(yù)壓處理，保證在初始狀態(tài)時(shí)減振塊就受到一定的預(yù)壓力。在安裝單個(gè)減振系統(tǒng)時(shí)，一定要對(duì)前后軸線的垂直度、平行度進(jìn)行有效保證。一旦前后鋼輪軸線的垂直度、平行度比較差，則后輪驅(qū)動(dòng)力、前輪驅(qū)動(dòng)力之間非常容易產(chǎn)生極附加轉(zhuǎn)矩，造成減振系統(tǒng)無法均勻受力，減振器遭受一定程度的破壞，同時(shí)導(dǎo)致振動(dòng)壓路機(jī)滾動(dòng)阻力的提高，同時(shí)振動(dòng)壓路機(jī)還會(huì)出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，甚至?xí)?duì)道路路面的壓實(shí)質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

（2）振動(dòng)輪。壓路機(jī)的振源就是振動(dòng)輪。振動(dòng)輪激振力作用中心和振動(dòng)輪質(zhì)心互相重合，能夠有效避免鋼輪在振動(dòng)過程中出現(xiàn)偏振現(xiàn)象。要想確保鋼輪兩邊的減振系統(tǒng)均衡受力，必須要保證振動(dòng)鋼輪不會(huì)出現(xiàn)偏振現(xiàn)象。

（3）整車。根據(jù)我國(guó)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，筑路機(jī)械減振性能的好壞，其主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為車架的振動(dòng)烈度。減振系統(tǒng)性能能夠得以充分發(fā)揮，深受整車參數(shù)設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響。

第一，上車和下車的質(zhì)量比。下車，即為和減振器進(jìn)行連接的振動(dòng)鋼輪；上車，即為和減振器進(jìn)行連接的機(jī)架。振動(dòng)傳遞率與上車和下車的質(zhì)量比呈正比關(guān)系。所以，在振動(dòng)壓實(shí)效果不會(huì)遭受影響的基礎(chǔ)和前提下，對(duì)上車和下車的質(zhì)量比進(jìn)行適當(dāng)提高，可以對(duì)減振效果進(jìn)行有效提高。

第二，機(jī)架質(zhì)心的位置。車架鋼輪的質(zhì)心、激振力作用中心一定要和前后車各自的質(zhì)心互相重合，同時(shí)確保在縱向垂直面、橫向垂直面均為重合，以便能夠有效避免車架因左右偏振、前后擺振而發(fā)生劇烈振動(dòng)的現(xiàn)象。

第三，拍振動(dòng)和雙振源耦合。雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)非常復(fù)雜，雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)中包括2套單個(gè)減振系統(tǒng)、2個(gè)激振源。只有確保2個(gè)鋼輪具有相同的振動(dòng)特性，具有相同的頻率和振幅，同時(shí)合理設(shè)置鋼輪左右兩側(cè)的減振系統(tǒng)，才能夠?qū)?個(gè)激振源引發(fā)的振動(dòng)在上車架的交互影響進(jìn)行有效抑制。此外，在對(duì)2個(gè)互相獨(dú)立的振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，假如前鋼輪振動(dòng)系統(tǒng)和后鋼輪振動(dòng)系統(tǒng)分別引發(fā)的激擾力的頻率、振幅是不同的，在機(jī)架上會(huì)出現(xiàn)拍振現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)器的振動(dòng)變得更為劇烈，大大降低路面的壓實(shí)質(zhì)量。

1.2.2 減振對(duì)路面壓實(shí)質(zhì)量造成的影響

減振對(duì)路面壓實(shí)質(zhì)量造成的影響，表現(xiàn)在多個(gè)不同的方面，如對(duì)路面壓實(shí)度及其均勻性、振幅均勻性等。筑路機(jī)械減振系統(tǒng)性能的好壞，大大影響振幅的大小。如果筑路機(jī)械減振系統(tǒng)的性能不夠好，鋼輪兩側(cè)的振幅偏差便會(huì)隨之變大，路面壓實(shí)的均勻性和路面平整度變差。

2 筑路機(jī)械降噪技術(shù)的研究

和其他類型的車輛相比，工程類的機(jī)械由于功率偏大，作業(yè)工況變化多端且復(fù)雜，導(dǎo)致筑路機(jī)械在實(shí)際工作中常常會(huì)出現(xiàn)較高的噪聲，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境、駕駛?cè)说纳硇慕】?。目前，和?guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的噪聲限值相比，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工程機(jī)械噪聲限值要高3～8 dB（A），大大降低我國(guó)國(guó)產(chǎn)工程機(jī)械整機(jī)性能的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文以國(guó)產(chǎn)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)為例，測(cè)試和分析了雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的頻譜、聲壓、聲強(qiáng)，主要噪聲源包括振動(dòng)輪、排氣筒、發(fā)動(dòng)機(jī)、冷卻風(fēng)扇等。振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪屬于工作裝置，振動(dòng)輪的噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)等相比較，它的地位是次要的。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)部位是雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)噪聲防治的重點(diǎn)對(duì)象。

2.1 駕駛室隔聲降噪的處理

為實(shí)現(xiàn)駕駛室的隔聲降噪，常常采用對(duì)空氣傳播途徑進(jìn)行隔絕的方法，通過密封駕駛室，能夠有效減少聲音經(jīng)過壁板向駕駛室中的穿透。對(duì)駕駛室中的混響聲進(jìn)行減弱或者消除，這是駕駛室吸聲設(shè)計(jì)的主要目的。要想對(duì)混響聲進(jìn)行有效地消除和減弱，應(yīng)選用吸聲能力較高的吸聲材料和表面較大的吸聲結(jié)構(gòu)。

2.2 風(fēng)扇噪聲的降低

風(fēng)扇噪聲存在很多的影響因素，包括風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、靜壓、風(fēng)扇風(fēng)量、風(fēng)扇直徑等。其中，散熱器和風(fēng)扇之間的導(dǎo)風(fēng)段，即為護(hù)風(fēng)圈。散熱器和護(hù)風(fēng)圈之間的連接空隙不能過大。當(dāng)普通護(hù)風(fēng)圈被用帶排風(fēng)擴(kuò)散口的護(hù)風(fēng)圈取代時(shí)，能夠獲取較好的噪聲特性，即：在同等轉(zhuǎn)速條件下，降低聲壓級(jí)，在轉(zhuǎn)速下降至維持原風(fēng)量時(shí)，能夠獲取約13dB（A）的總減聲量。此外，護(hù)風(fēng)圈和風(fēng)扇的相對(duì)位置非常重要。對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行適當(dāng)布設(shè)，獲取最大的風(fēng)量，能夠有效降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而能夠有效降低功率消耗和噪聲。

2.3 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行降噪

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中，會(huì)出現(xiàn)多種噪聲，包括風(fēng)扇、進(jìn)氣、排氣、燃燒、機(jī)械等噪聲。實(shí)際上，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和以上噪聲的關(guān)系非常緊密。一般來說，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，柴油機(jī)的噪聲會(huì)隨之上升。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源，就是燃燒噪聲。壓力增長(zhǎng)率、最大爆發(fā)壓力、燃燒噪聲隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而變大。將吸聲材料安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩內(nèi)側(cè)，或者選用具有隔聲作用的材料制作出來的機(jī)罩，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行有效地減弱和消除。針對(duì)風(fēng)扇吸風(fēng)口，通過選用柵格的形式，能夠有效避免噪聲直線傳播的現(xiàn)象，保證進(jìn)風(fēng)的順利進(jìn)行，獲取比較好的降噪效果。

2.4 排氣噪聲的降低

在對(duì)消聲器進(jìn)行更換之前，排氣噪聲的結(jié)果為112 dB（A），在對(duì)原消聲器更換為進(jìn)口消聲器之后，排氣噪聲結(jié)果為85.4dB（A）。采用有效的改進(jìn)措施后，樣機(jī)不同工況的噪聲均得到一定降低。根據(jù)對(duì)噪聲源的識(shí)別結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，整機(jī)的主要噪聲源依然是駕駛室下方的發(fā)動(dòng)機(jī)。在改進(jìn)之后，盡管樣機(jī)的整體噪聲獲得不同程度的下降，不過發(fā)動(dòng)機(jī)處產(chǎn)生的噪聲依然屬于高噪聲區(qū)域，主要原因是位于左側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇會(huì)輻射出較為嚴(yán)重的空氣動(dòng)力性噪聲，要想有效降低噪聲，僅僅采用白葉窗結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)。盡管選用以上降噪措施能夠獲取一定的降噪效果，不過并未達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。