道路清扫车辆降噪途径研究

刘伟

石家庄煤矿机械有限责任公司 河北石家庄 051431

1 前言

随着国家对环境污染的越来越重视，大气污染已通过各种措施进行治理。而噪声污染也是环境污染的一种，尤其在环卫部门对道路的清扫保洁机械化程度越来越高的情况下，道路清扫车的作业噪声逐渐进入人们的视野，因为有些凌晨作业的环卫车产生的噪声已经扰民。本文从现场噪声测试入手，对现阶段国内道路清扫车作业噪声进行分析并对降噪途径进行研究。

2 道路清扫车工作原理

目前国内的道路清扫车主要包含扫路车、洗扫车及吸尘车等，其作业方式主要以吸为主、以扫为辅，清扫效果和清扫质量明显提升。虽然不同的车型又有具体不同的作业模式，但其结构中均含有传动机构及风机。传动装置是动力的传递转换结构，可将从动力源处接收的扭矩及功率传递给风机、油泵以及水泵等执行元件，同时传动装置也是清扫车噪声源的一种。而风机不仅是清扫车的核心部件，更是产生噪声的最大噪声源。

道路清扫车在运行过程中，通过风机的抽吸作用，使清扫车的垃圾箱形成负压，进而使得清扫车吸嘴处的垃圾全部进入垃圾箱，但要使路面垃圾进入垃圾箱需要大量的动能，这就需要风机能长时间提供较高的风量风压，如此，高速运转的风机就会产生较大的噪声。如果不能及时地进行降噪处理，长时间的噪声作业会对驾驶清扫车的环卫工人的身体健康造成较大的伤害。

随着科技的不断发展，技术水平的逐渐提高以及人们对噪声污染的重视，迫切需要对道路清扫车的结构进行优化，进行主动降噪技术的研究，从而有效控制噪声污染。

3 道路清扫车噪音测量及噪声源分析

首先，根据近场测量法对某新型研制的单发洗扫车各部位噪声进行测量，测量点布置如图1所示。

图1 传声器和传感器布置图

图1中序1、2、3、4、6、11、12处为传声器，序5、7、8、9、10、13处为传感器。再者，依据QC/T 957-2013洗扫车标准要求，对该洗扫车按图2的方法测量。

图2 清扫车测量位置示意图

根据上述两种测量方法，进行数据汇总统计。汇总统计测量结果如表1所示。

表1 3种工况下清扫车各部位噪声测量值汇总表 单位：dB（A）

通过上述测量结果，根据分步转运法原理公式Lp1=10lg(100.1Lp－100.1Lp2)分析得出，影响洗扫车作业噪声的主要因素为传动机构机械噪音以及风机产生的噪声。而在风机停止状态下，其他部件的噪音最高可达82 dB，其中主要噪声为传动机构产生噪音。从实际情况来看，凌晨作业的道路清扫车的噪声主要为风机产生的噪音。因此若对道路清扫车进行降噪处理，主要通过风机及传动机构降噪为主，其他噪声以吸收、隔音为辅。

4 道路清扫车降噪措施研究

根据上述噪声测量结果，针对道路清扫车主要通过风机降噪、传动机构降噪、消音器降噪和密闭腔体结构降噪这4措施进行降噪。

4.1 风机降噪

目前国内道路清扫车的风机多采用发动机或电动机通过传动机构进行驱动。风机主要通过风流进行工作，风机在使用时风流中会夹杂尘土、沙粒、水雾以及其他一些杂质颗粒。清扫车风机主要由风机叶轮、蜗壳、传动机构、风机带轮、进气室和出气室等部分构成。

清扫车风机噪声的形成主要为机械噪声、气固耦合噪声以及气动噪声。机械噪声主要取决于叶轮和轴承以及皮带轮等机械部件的安装情况；气固耦合噪声主要形成于不均匀的气流作用于壳体面上；气动噪声是风机由于高速旋转噪声和涡旋噪声叠加而成，是风机的最主要噪声。

目前有两种方式降低风机噪声：一是设计风机时采用气动声学原理进行初始降噪设计；二是利用吸声、消声以及隔声等措施进行噪声后处理。前者是因为受目前技术水平所限难以大幅度降低风机初始噪声，后者则是利用噪声的有源控制和无源控制两种方式进行噪声后期处理。

噪声有源控制主要是使用噪声吸收、噪声削弱以及噪声的互相干涉削减等，从而达到指定区域内噪声降低或消除的目标。因为有源控制技术具备优良的低频特性,使其成为降低风机低频噪声问题的有效降噪方式。

噪声无源控制主要是从优化风机设计结构方面进行研究，例如改变风机风舌的曲率半径及风道结构、优化风机扇叶驱风方式等。据理论研究得知：加大风机风舌与风机叶轮之间的间隙δ可使基频和谐波降低，叶片与气流做相对运动时，叶片后缘的气流尾迹中，风速压力都小于主流区，使扇叶后的气流压力和速度散布皆不均匀。如果在动叶后部有静叶或风舌，则此类乱流与静叶或风舌相互作用会形成噪声。间隙愈小，噪声愈大；依据相关试验得知，当间隙s大到特定数值后，噪声不再下降，却使风机作业性能变差，如风量、风压均有所降低（如图3）。当风舌间隙与叶轮半径比值s/D2=0.25和风舌半径与叶轮半径r/D2=0.2时，具备最大风机效力和最小噪声比值。

图3 风机蜗舌结构图

在图3中，尖舌用于高效风机，深舌用于低转速风机，短舌用于高转速风机，平舌用于低效率风机。

因此，道路清扫车的风机在满足一定转速下的风量风压要求时，结构设计应尽可能优化叶轮以及风舌结构。具体可采取如下降噪方法。

a.改良叶轮结构：将风机叶片打孔减少涡轮噪音影响，采取燕尾式叶片降噪，采取前掠式叶片降噪、采取特殊翼型叶片降噪、叶片布置不等距降噪、软边处减少流量区噪音、加大叶片数削减原生场效应降噪等（如图4和图5）。

图4 风机叶轮结构图

图5 前掠式叶片图

b.削弱气流场内的涡旋：通过采取引入外界气流冲击来减少涡旋的增加，以改变结构形式来削弱通风道内的涡旋碰撞，从而降低气流的碰撞，实现有效降噪的目的。

c.减少气流冲击脉动：利用翼型叶片取代板型叶片；依据气源流动理论，将扇叶前缘向进气室方向延伸，避免脉冲逆流；更改翼型叶片进出口之间的弯度结构使频率降低，从而削减噪声传动。

4.2 传动机构降噪

传动机构的噪声主要为机械噪声。由于传动装置承担着从发动机或电动机为风机等执行元件传递扭矩及功率的桥梁作用，传动机构设计往往为一进多出的空间层次结构。机械结构件之间的衔接而引发的摩擦和传动轴的高速转动都将产生噪声。该处噪声主要为振动噪声，设计时应尽可能减少机械结构件之间的硬性连接，以及通过降低传动轴振动来降低噪声。具体方法可采取以下降噪途径：

a.将传动系之间的螺栓硬性连接传递动力更改为皮带传动，以降低机械噪声。

b.合理设计各个传动部件之间的速比，降低转速从而降低振动频率，以减少噪声。

c.增加连接法兰接触面的粗糙度等级，降低接触面之间的摩擦力，以减少噪声。

d.合理选择传动轴承的型号及种类，在满足使用要求的前提下便于润滑，以降低振动噪声。

e.合理设计传动轴尺寸，在满足传递扭矩及载荷的情况下，减少万向轴两传动轴的夹角，以降低振动噪声。

4.3 消音器降噪

风机出风口的气动噪声是风机噪声的主要来源，通过在风机口增加具有分层吸音装置的特殊消音器，将风机出口处的气流进行逐步引导，并将其产生的噪声进行吸收，以达到降噪目的。

4.4 密闭腔体结构降噪

密闭腔体结构降噪通过以下2种措施:

a.采用隔声原理：将传动机构下部完全密封，加上上部的传动机构护罩，以形成密闭隔音罩，使得风机及传动装置处于完全密闭的空间，将噪声控制在一定的范围内，使噪声在空气中的传播受阻而不能顺利传播到车辆外侧，实现降低车外噪声的目的。

b.采用吸声原理：首先，在传动装置护罩内壁上粘贴高密度隔热吸音棉，在吸音棉外侧固定有微穿孔吸声结构。传动机构及风机水泵等形成的噪音穿过微穿孔板时，将使多孔板材料中的无数小孔中的气体分子产生剧烈的运动，此中大部分声能用于克服摩擦阻力和黏滞阻力并转化成热能而消耗掉，从而可使风机形成的气体动力噪声降低，使低频噪声经过网孔薄板的共振来实现吸声降噪的目的。

5 试验验证

依据上述降噪措施，在研发该洗扫车时采用上述措施，以实现各部件降噪。样机完成后，进行噪声测试试验如表2所示。

表2 试验样车噪音测量结果及对比 单位：dB(A)

由表2测量数值可知，通过上述降噪措施，可使道路清扫车的作业噪声大大降低。

6 结语

道路清扫车的降噪对于环卫车司机身心健康以及环卫车环境治理、噪声污染治理都具有很重要的意义。通过对道路清扫车风机噪声降噪分析试验和对传动机构降噪处理以及增加消音、吸音、隔音等措施的实施，能大大降低道路清扫车的作业噪声。道路清扫车辆的降噪途径研究可为新型低噪音环保环卫车的发展提供指导意义。