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收稿日期:2018年11月
1研究背景
随着工程机械行业的迅速发展，人们对于工程机械舒适性和振动噪声控制的要求越来越严格。在A 声级作用下，人的主观听觉障碍阳性率如图1所示，可见，噪声的控制不仅关系到乘坐舒适性，而且关系到环境保护和身体健康。
进入21世纪后，为了实现可持续发展，人们提出了工程机械的环保技术和信息技术，使工程机械进入了新的发展阶段。欧美和日本市场对工程机械产品的噪声实施了更加严格的标准。为配合国际化战略，提升产品技术水平，进一步开拓国际市场，我国工程机械产品的下一步发展目标之一就是进行节能、环保、操作舒适性等技术的研究[1-2]。
2噪声标准
我国国家标准GB 16710—2010《土方机械噪声限值》规定了现阶段我国工程机械司机位置处的噪声限值，见表1。
3工程机械噪声种类及降噪措施
工程机械噪声的主要来源有空气动力系统、机械传动系统、液压系统三部分。其中，发动机及其相关件产生的噪声占二分之一以上，其次是液压系统噪声。可见，发动机、液压系统的减振和降噪成为工程机械噪声控制的关键[3]。
根据噪声产生和传播的机理，可以将噪声控制技
术分为三类：对噪声源的控制、对噪声传播途径的控制、对噪声接受者的保护。其中，对噪声源的控制是最根本、最直接的措施，但是对噪声源难以进行控制时，就需要在噪声的传播途径中采取措施，例如吸声、隔
工程机械降噪研究及新型迷宫腔消声器的设计与仿真分析
□
朱耿寅
□赵晓云
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金轲
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周
琦□
关祥龙
山推工程机械股份有限公司山东济宁
272000
摘
要：介绍了工程机械的噪声标准、分类及传统降噪措施，在此基础上，设计了一种新型迷宫腔消
声器。介绍了新型迷宫腔消声器的结构，对其进行有限元仿真分析，确认降噪效果。
关键词：工程机械噪声
消声器设计
中图分类号:TH39
文献标志码:A
文章编号:1000-4998(2019)04-0036-03
Abstract :The noise standard ,classification and traditional noise reduction measures of construction
machinery were introduced.On this basis ,a new type of labyrinth muffler was designed.The structure of the new labyrinth muffler was introduced ,and the finite element simulation analysis was carried out to confirm
the noise reduction effect.
Key Words :Construction Machinery
Noise
Muffler
Design
耳鸣兼耳聋耳聋耳鸣
表1工程机械司机位置处噪声限值降噪轮胎
机械类型声压级/dB(A)
履带式挖掘机
80轮胎式装载机、轮胎式推土机、铲运机、轮胎式吊管机、轮胎式挖掘机、压路机(非振动、非振荡)、轮胎式
挖掘装载机
86平地机85轮回式填压实机
88履带式推土机、履带式装载机、履带式挖掘装载机、挖
沟机、履带式吊管机
92压路机(振动、振荡)
87自卸车
82
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声、消声、减振及隔振等[4]。3.1
发动机降噪措施
降低发动机噪声是工程机械噪声控制的重点。降低发动机本体噪声，需要改造振源和声源，包括用有限元等方法分析设计发动机，选用柔和的燃烧工作过程，提高机体的结构刚度，采用严密的配合间隙，降低汽缸盖噪声。例如，在油底壳上增设加强筋和横隔板，可以提高油底壳的刚度，减少振动噪声。另外，实际应用中，发动机主要采用吸声和隔声的方法降低噪声。吸声、隔声原理如图2所示，具体措施包括在发动机的机罩上装设一层隔声棉、为发动机涂阻尼材料等[5]  3.2液压系统降噪措施
液压系统是工程机械的重要噪声源，仅次于发动机噪声。由于工程机械在向高速、高压和大马力的方向发展，因此噪声也必然会相应增高[6]噪声源是液压泵及马达，为了降低噪声，可以在结构设计时消除一些机械冲击和压力冲击，或者可以消除由几何空间变化不均匀所造成的流量脉动。
工程机械的行走液压系统一般采用柱塞泵，对于柱塞泵可设置预压腔，其吸油、排油过程分别如图3、图4所示。在低压的吸入区D 与高压的排出区H 之间设置一个压力居中的预压腔Z ，活塞刚离开吸油区时，先与预压腔相通，压力适当升高，再与高压腔相通时，吸入的油液就不如柱塞泵多，最大可降低50%流量脉动，进而降低泵的噪声。
工程机械的工作液压系统一般采用直齿外齿轮泵，对此可以采用圆弧斜齿外齿轮泵降噪，如图5所示。斜齿轮啮合如图6所示。经试验可知，采用圆弧斜齿外齿轮泵,
流量脉冲幅度降低75%，频率降低35%，噪声降低11dB [7-8]。
4新型迷宫腔消声器的设计
在整个工程机械系统中，就机械结构本身而言，无论是发动机还是液压系统，在降噪处理时都有一定的局限性，很难从声源处很好地降噪，这就需要在声源处、传播途径及工作环境上进行有效降噪、消声。随着人们对噪声领域的不断探索，消声器由简单的片式或管式结构向盘式、弯头、螺旋式、环形结构发展，消声器的设计系统渐趋成熟[9]。
迷宫腔消声器在消声通道中设置若干个消声栅
板，栅板具有一定的厚度和结构，内部布置合适的吸声材料，从而利用结构和材料共同作用来消声。笔者设计的迷宫腔消声器，消声栅板采用泡沫铝板，这样在声传播的过程中，既可以消声，又可以吸声，使降噪的效果达到最好。新型迷宫腔消声器可以设置在发动机机罩内，也可以设置在机架内液压系统管道集中区域，还可以设置在驾驶室内，在降低噪声的同时不影响气流的正常流通。
新型迷宫腔消声器结构如图7所示。消声器左侧为空气的入口，右侧为空气的出口。消声器截面一般为矩
声波入射
声波反射
声波吸收
D
D
H
H
Z
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消声栅板卡槽吸声材料
形，可根据具体机型结构和空间更改消声器截面形状与大小等。
5仿真分析
新型迷宫腔消声器应用三维软件建模[10]，并在有
限元分析软件中划分网格，导入SYSNOISE 声学仿真软件进行计算。网格划分如图8所示。
消声器的传递损失仿真结果如图9所示，可以看出，在主要消声频率174Hz 处，噪声可以降低10dB 。在二倍频率348Hz 处，噪声可以降低7dB 。新型迷宫腔消声器实物如图10所示。
6结束语
新型迷宫腔消声器利用扩张式消声器的成熟理论进行设计，内部有吸声材料。设计时，利用SYSNOISE 软件进行仿真分析。仿真结果表明，新型迷宫腔消声器达到了设计目标。
工程机械涉及的机型种类较多，如推土机、挖掘机、压路机等，可以根据要设置消声器的位置及安装尺寸来确定迷宫腔消声器的截面形状，这样能更好地降低工程机械噪声，提高作业环境质量。
参考文献
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法的裂纹声发射信号降噪研究[J ].机械制造,2017,55(3):
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[10]NEFSKE D J ,SUNG S H ,DUNCAN A E.Application of
Finite Element Methods to Vehicle Interior Acoustic Design [C ].5th International Exposition on Vehicular Structural Mechanics ,Detroit ,1984.
作者简介院朱耿寅（1987—），男，工程师，主要研究方向为工程机械设
计。
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岚）0
100200300
400500600700800900
174Hz
348Hz
522Hz
696Hz
870Hz
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