浅析道路清扫车噪声产生机理及控制

吴新芳

WU Xin-fang

江苏悦达专用车 江苏盐城 224007

1 前言

随着现代城市的高速发展，多功能道路清扫车以其高效的工作以及功能的多元性，广泛地为各地环卫部门所配备。但是随之而来的清扫车噪声扰民问题也开始引起人们的关注，如何降低清扫车的噪声已成为清扫车生产企业的重要研究课题。

2 清扫车的结构

目前在用的道路清扫车主要是在标准二类底盘的基础上加装了清扫系统、高低压冲洗系统、液压系统及电器系统等部件， 其结构如图1所示。清扫系统由风机、扫刷机构及吸盘机构组成，高低压冲洗系统由高低压水泵和前中后喷水架组成。汽车底盘负责清扫、冲洗等行走作业，副发动机则是清扫车各专用工作装置的动力源，副发动机起动后，通过传动机构驱动风机系统、高低压水泵系统及液压系统工作，实现路面清扫、冲洗、垃圾污水回收、倾倒、喷雾降尘等保洁作业。

3 清扫车噪声来源

3.1 汽车底盘的噪声

汽车底盘的噪声主要分为：底盘发动机噪声、轮胎噪声、车身结构噪声。其中，底盘发动机噪声包括气动噪声、燃烧噪声、机械噪声等；轮胎噪声是指汽车在行驶过程中轮胎与地面的摩擦声、不平整路面导致的震动噪声，以及轮胎花纹间隙的空气流动和轮胎四周空气扰动构成的空气噪声；车身结构噪声是指由于底盘的车体大都是由金属钣金制成，车辆行驶过程中，振动源把振动传给金属车体，从而引起车体共振形成的噪声。

3.2 副发动机的噪声

副发动机产生的噪声是道路清扫车工作时最主要的噪声源，它包括气动噪声、燃烧噪声和机械噪声等，进排气噪声、风扇噪声都属于气动噪声。

3.2.1 气动噪声

进气系统由空气预滤器、空气滤清器总成、进气管、节气门和进气歧管等组成，如图2所示。进气系统噪声是发动机中主要噪声之一，主要受转速影响，若转速增加一倍，进气噪声可增加10～18 dB。进气系统噪声包括进气口气动噪声和结构辐射噪声。气动噪声是由节气门周期性开闭而引起进气管道内压力起伏变化形成的。节气门开启时，活塞做变速运动引起进气流脉动噪声，节气门关闭时进气管道中的空气柱共振噪声，而气流流经进气门环隙时又产生涡流噪声[1]。另外，进气系统一端部件安装在车架上，另一端进气管由增压胶管和发动机进气口相连，空滤总成及进气管等一般是由薄板材料制造的，刚度强度不足，清扫车工作时，车体和发动机的振动直接传递给进气系统，容易引起壳体振动而辐射噪声，而壳体的振动就会对气动噪声产生影响。

排气系统是指从发动机排气歧管到排气尾管各个部件的组合，发动机排出的废气属高温、高压气体，废气从排气门高速冲出，沿着排气歧管进入消声器，最后从尾管排入大气。图3是清扫车副发动机排气系统结构示意图，为最常用的单入口单出口形式。排气噪声是发动机的最主要噪声，与发动机的转速和负荷有关，其噪声一般比发动机整机噪声高出10～15 dB，排气系统噪声主要由气动噪声、冲击噪声、辐射噪声和气流摩擦噪声组成。

排气系统的气动噪声是发动机在运动中产生的压力波在排气管道中传播而形成的，与排气系统的结构有关。冲击噪声是排气管道中不稳定的气流对管道产生冲击波而形成的，比如在管道截面积突然变化的时候，就会产生冲击噪声。发动机排气口与排气系统直接相连，排气系统又通过吊耳与车体连接。一方面，清扫车工作时，汽车底盘慢速前进，主、副发动机工作，来自车体和发动机的振动就被传递给了排气系统，排气系统的大部分部件都是薄板结构，如这些薄板被激励，就会产生辐射噪声；另一方面，发动机的排气流量是与发动机转速和工作负荷有关联的，清扫车工作时，转速和工作负荷并不是一直稳定的，这样排出的稳定气流和不稳定气流交错出现冲击薄板部件，激起板的振动，产生辐射噪声。气流摩擦噪声是排气口高速冲出的废气传到尾管时对外发出的噪声，它随转速提高而增大[2]。

冷却风扇噪声由旋转噪声和涡流噪声组成，旋转噪声是由于风扇的叶片周期性地切割空气，引起空气的压力脉动产生的。涡流噪声是风扇旋转时使周围的空气产生涡流， 这些涡流由于粘滞力的作用又会分裂成一系列的小涡流， 这些涡流和涡流的分裂会使空气发生扰动，形成压力波动，从而激发出噪声。风扇噪声也与发动机转速有关，转速越高噪声越大，转速提高一倍噪声可增加10～15 dB以上。

3.2.2 燃烧噪声和机械噪声

燃烧噪声是指气缸燃烧燃油产生压力后，压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪音；机械噪声是在气体压力和惯性力的作用下，使发动机内部的运动部件产生冲击和振动而激发的噪声。清扫车副发动机一般是直喷式柴油发动机，当发动机低速运转或高速运转时，燃烧噪声都要高于机械噪声。

3.3 上装传动机构的噪声

清扫车是通过一系列传动机构将副发动机动力传递给清扫系统、高低压冲洗系统、风机系统等，图4是高压冲洗系统的动力传动机构示意图。皮带传动是一种依靠摩擦力来传递运动和动力的机械传动，皮带传动本身是可以缓和冲击和振动的，相对于其他传动噪声要低得多，但由于机构里有轴承、离合器、皮带轮、水泵、齿轮泵等众多零部件，这些零部件的配合一旦出现问题就会出现较高的噪声。

轴承噪声是传动机构中的一个重要噪声源，由以下几种噪声综合产生：

a. 滚道声，轴承旋转时产生的一种平稳且连续性的噪声，是轴承套圈受到载荷后振动所致，一般随转速增加而提高，当润滑良好时，噪声明显降低；

b. 保持架噪声，轴承旋转过程中保持架的自由振动以及它与滚动体或套圈相撞击发出的噪声；

c. 滚动噪声，滚动体相对于滚动面回转，或滑动、摩擦及撞击时产生的噪声，主要发生于滚动体进入和退出载荷区的时刻[3]；

d. 异常声，比如出现了嘎吱嘎吱声，是轴承工作面出现了伤痕或者有杂物进入了工作面造成的。

皮带噪声是当皮带使用一段时间后，由于是磨擦传动，皮带传动表面磨擦系数降低，就会出现打滑现象，皮带会发出吱吱响；皮带过松时，会看到皮带在轮上弹跳，发出类似于隆隆的声音；当皮带和皮带轮上有杂物时，皮带会出现长声尖叫或刺耳噪声。

电磁离合器正常工作时噪声并不大，但是当电磁离合器磁力线圈老化，通电后所产生的电磁力不足或离合器片磨损引起其间隙过大，或者负载过大远超出了离合器的额定负荷时，就会造成离合器打滑而发出尖叫声。

联轴器是高压水泵与驱动轴之间的连接机构，如果驱动轴和水泵轴同轴度不好以致联轴器偏斜，就会产生振动与噪声。

在清扫车传动机构里有高/低压水泵、液压齿轮泵及液压马达等，这些泵体内部结构复杂，工作时轴高速旋转，因零件加工制造误差、零部件配合不当、内部零件损坏等原因会造成泵体的振动和噪声，如流体中混入空气，还会出现气蚀噪声。

3.4 风机噪声

风机噪声是清扫车工作时的重要噪声源之一，是气动噪声、机械噪声、气体和固体弹性系统相互作用产生的气固耦合噪声三者叠加的结果，其中气动噪声是由旋转噪声和旋涡噪声相互叠加组成，旋转噪声的强度与叶轮出口圆周速度和气流速度有关；机械噪声与叶轮的动平衡性能、制造工艺、部件的刚度、连接件的紧固效果等有关；气固耦合噪声产生于不均匀的气流作用在固体壁面上随时间脉动，与气体的绕流、流动分离、涡流引起的压力脉动密切相关[4]。

4 噪声控制

众多噪声的合成，使清扫车工作时的噪声基本上都在90 dB左右，有时甚至超过了95 dB，给操作者和周围行人带来健康损害，故控制清扫车的噪声势在必行。

4.1 汽车底盘噪声控制

除了缩短或加长汽车底盘主梁长度以及在需要位置加孔外，原则上对发动机系统和车架不作改动。清扫车工作时，底盘前进速度较慢，发动机是底盘的主要噪声源，故主要在保养及使用发动机方面控制噪声：一是及时更换或清理空气滤清器滤芯，保证进气的通畅；二是及时更换发动机机油，选用清洁性能好和挥发性低的合成机油产品，机油牌号不可经常更换；三是定期更换机油滤芯。另外，还需经常检查底盘重要螺栓的紧固情况，发现有松动或缺损，应及时补齐拧紧，防止结构松动加大噪声。

4.2 副发动机噪声控制

控制进气噪声时，由于进气系统的核心消声元件就是空滤总成，故首先要合理设计选用空滤器，在安装许可的前提下，尽可能选择容量大、流量大的空滤器；其次要选择最佳的进气管直径，保证气流流速不大于30 m/s ，过高的流速会产生较大进气噪声。

控制排气噪声时，选用与副发动机相匹配的消音器，合理设计排气管直径，尽量避免直角弯头，且弯头要尽可能少，弯头不可避免时要加大过渡圆弧以降低冲击噪声；缩短尾管长度，避免气流直接往地面排放，可降低气流摩擦噪声；加长柔性连接管的长度，选用刚度好的吊耳，使用双减振垫，可有效降低结构辐射噪声。

控制风扇噪声时，应合理选择安装集风罩和加大散热器散热面积，安装时尽量保证风扇与集风罩的径向间隙在15～20 mm，风扇前端与散热器散热带后端的间隙应大于30 mm。注意：吸风型的风扇，其风扇叶片的2/3在集风罩里；吹风型的风扇，其风扇叶片的1/3在集风罩里。

另外，由于清扫车经常在灰尘较多、空气质量较差的路况区域工作，更要及时保养副发动机，空气滤芯、机油滤芯、机油等应及时更换，并定期清理进气管道里的灰尘，以避免发动机内部零件损坏，噪声加大。发动机各种噪声受转速的影响最大，设计时将发动机的工作转速定在2 000 r/min左右，既可保证发动机的最佳性能，又能使噪音控制在最小。

4.3 传动机构的噪声控制

轴承噪声的控制，首先应选择低噪声轴承或进口轴承，其次在设计结构时还要注意轴肩尺寸不可超出极限值，需根据轴承内圈或外圈旋转确定轴承座孔、轴和轴承内外圈的配合，防止过松或过紧导致噪声加大；安装时应使用合适的工具谨慎操作，防止损伤轴承加大噪声；保持轴承及轴承座清洁，使用清洁和性能好的润滑脂或油，防止杂质进入轴承而加剧其磨损出现异常噪声。

皮带噪声控制，首先要正确安装皮带轮，皮带轮的槽型和皮带要匹配，并时常检查调节皮带张紧情况，张紧度以拇指能下按2 cm为宜，由于清扫车工作环境的特定性，作业时要注意，皮带上如有油污或杂物要及时清理干净，防止打滑及产生异常噪声。

对于各类泵体的噪声控制，最好选择购买进口泵，选用过滤效果好的水或油过滤器并定期清理，如流体里混入空气时及时排尽防止气蚀噪声；在安装时保证泵轴和驱动轴的同轴度，泵体与车体的接触部位要安装减振垫。

离合器噪声控制，除了定期检查调节电磁离合器磨擦片间的间隙外，还应注意离合器的清洁，可在电磁离合器外加装方便拆卸的罩壳，既防水防油，又能降噪。

4.4 风机噪声控制

控制风机噪声首先要选择与吸扫系统匹配的风机，因为风压、风量越大，风机噪声也越大；合理设计进气管路，将进气管路设计成截面为长方形时阻力最小；适当加大蜗舌曲率半径，取其半径为叶轮半径的0.1倍，控制蜗舌和叶轮间距为叶轮半径的0.125倍，可将噪声降低2 dB；若要减少机械噪声就要加强叶轮的动平衡性能，提高制造工艺水平、及时坚固螺栓，在风机易磨损部位加强部件的刚度等。另外，风机、副发动机及各传动机构基本上都在发动机舱内，在舱四壁贴吸音海绵，降噪效果很好。

通过以上对道路清扫车一系列的隔音、减振、降噪等措施控制后，可将整车噪声控制在84 dB以下。

5 结语

道路清扫车结构复杂，噪声源众多，要控制噪声须从多方面入手，首先设计时就需综合考虑各部件的结构，选用最优方案则最利于噪声控制，生产时控制各零部件的制造工艺水平，装配时提高装配工艺水平，使道路清扫车在出厂前噪声就能得到有效控制；其次，用户的正确使用和保养也极为关键，用户在使用前应仔细阅读说明书，并按所介绍的方法操作及保养清扫车，能使清

[1] 贾维新.发动机结构噪声和进气噪声的数字化仿真及优化设计研究[D].浙江大学,2008.

[2] 杨卫农,戴关林.汽车排气系统噪音与振动的控制[J].轻型汽车技术,2007(7/8):34-36.

[3] 马国华.王芳.胡桂兰.滚动轴承的噪声及产生机理[J].轴承,2001(9):35-36.

[4] 续魁昌.风机手册[M].北京:机械工业出版社,1999.