农业机械发动机噪声控制及测试技术

廖 青

（湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉 430068）

农业机械设备产生噪声的本质原因是机械设备振动，而振动过程能够导致机械设备内部很多的零部件出现疲劳损伤的问题，影响零部件的使用率及使用年限。同时噪声过高还会对周围环境产生影响，如影响作业者语言沟通、造成驾驶者身体疲劳等，给农业生产过程造成一定的安全威胁[1]。总而言之，噪声控制效果会影响农业机械设备的使用率、使用寿命及作业安全性。实际生活中农业机械噪声的产生源较多，可能是发动机、液压系统、电器设备等，其中发动机是最主要的噪声源，因此需要重视机械发动机的噪声控制。在控制前需要认识到噪声产生的原因及做好噪声源辨别等，方便有针对性地进行控制。

1 农业机械发动机噪声的产生机理

农业机械设备具有一定的复杂性，内部系统可以划分为多个区域，也有多个噪声源存在。而对主要噪声源产生噪声的研究表明，发动机噪声根据其产生机理的不同，且分为两个类别，即空气动力噪声和结构振动噪声[2]。其中空气动力噪声是指由发动机直接向空气传播的噪声，而结构振动噪声是由发动机通过机器表面向外部辐射的噪声。

1.1 空气动力噪声

空气动力噪声是因为噪声源通过空气等气体传播噪声，具体的传播过程属于气体振动，这个过程中传播的噪声直接辐射到周围环境中，并未经过机械设备部件。空气动力噪声又可以分为进气噪声、排气噪声及风扇噪声。进气噪声指的是机械设备进气时，进气管道中的压力波动引发的基频噪声和各次谐波噪声，同时还包括气流高速通过气阀通道截面时引发的涡流噪声；排气噪声主要是指排气门打开后，压力较高的气体从缝隙中流出产生的噪声，具有频谱复杂、能量高的特点，是发动机上的最强噪声之一；风扇噪声，顾名思义，是由机械设备内部旋转的各类风扇引起的风扇周围空气涡流旋转而产生的噪声[3]。

1.2 结构振动噪声

结构振动噪声即表面辐射噪声，这类噪声主要来自农业机械设备的燃烧噪声和机械噪声。燃烧噪声的产生原因是机械设备燃料燃烧过程中造成气缸内压力急剧上升，引发动载荷和冲击波，致使气缸激烈震动的情况出现，进而发出噪声；而机械噪声的产生原因是发动机内部部件碰撞、变形、敲击等情况引发发动机表面振动，进而发出噪声。机械噪声又可以分为活塞敲击噪声、配气机构噪声、齿轮噪声和喷油泵、轴承噪声等。其中活塞敲击噪声在发动机机械噪声中占比最大，是最主要的机械噪声源。这类噪声多是因为活塞运动产生敲击引发的。配气机构噪声产生的主要原因则是配气机构内部零部件较多，且绝大部分部件刚度差，这些零部件间容易碰撞发生振动和噪声。配气机构噪声又可以分为低速配气机构噪声和高速配气机构噪声。低速配气机构噪声往往是由气门开关过程中发生撞击、内部从动件摩擦及其他部件摩擦产生的；高速配气机构噪声主要是因为气门不规则运动导致的。齿轮噪声的产生是因为齿轮中存在交变载荷作用，使得啮合传动过程中齿轮间出现摩擦和碰撞，导致轴变形的问题发生，同时还会出现轴承动负荷加重的问题[4]，这个过程中出现的动负荷是可以传给发动机壳体及齿轮室壳体，使这些壳体发出噪声。最后，喷油泵、轴承噪声主要的诱发原因是喷油泵振动、轴承振动及高压油管系统振动等。

2 农业机械发动机噪声控制方法

由上文可知，引发农业机械发动机噪声出现的原因基本是振动，而振动过程的三要素又包括声源、传声途径和接受者，因此在实际的农业机械设备发动机噪声管控时，可以从这三个因素着手开展工作，具体操作如下：1）采取措施控制噪声声源；2）采取措施对噪声传播途径进行控制；3）采取隔离措施对噪声接受者进行保护。

2.1 控制噪声声源

控制噪声声源也被称为噪声主动法，主要是针对噪声的声源进行控制，直接降低噪声产生量。声源是产生噪声的源头，对之进行控制是控制噪声的最根本、最直接的办法，也是噪声控制中最为重要的一个环节。而从农业机械的实际运行来看，发动机运行是产生噪声的主要根源，因此实际工作中最常采用的措施就是对农业机械发动机进行改造提升，具体操作如下：1）通过提升农业机械发动机的加工精度及增加润滑性等来减少发动机内部零部件间的摩擦，将各类零部件间的接触位置换成软材料或增强各部件接触时力的作用时间[5]，同时可以在发动机和车架间应用弹性元件来进行连接减震，提升发动机机体结构刚度或减少各部件间的间隙等；2）通过具体的策略实施来降低噪声辐射，如将实际应用中的大面积板件修改为开孔板或者金属网络，在板壳构件与激励力源之间建立一定的阻隔，起到隔离的作用，从而降低发动机运行过程中产生的噪声量，达到较好的噪声控制效果。

2.2 控制噪声传播

噪声传播途径控制也被称为被动法。具体的操作过程就是通过相应的措施来对噪声的传播途径进行控制，阻止噪声外传，从而实现对噪声的有效控制。噪声传播途径控制是噪声控制的主要步骤，在噪声控制中占有重要地位。常见的控制措施包括对传播过程中的噪声进行吸收、隔离、阻碍、消除、减弱及隔振等。具体的措施包括改变声源的位置，采用消声器等吸声及隔声设备进行消声处理，给发动机涂阻尼材料以降低各零件间的传振作用，提升零件的隔振功能，达到减振及隔振降噪的目的。

2.3 噪声防护管理

噪声防护管理就是采用隔离措施对噪声接受者进行保护，也被称为隔离法。这个措施是在噪声声源控制、噪声传播途径控制的基础上展开，也是噪声控制的最后一步。实际生活中，如果前两步达到了控制噪声的目的，则通常可以不采取防护措施；而如果在较为特殊的工作状态下，如产生的噪声量仍旧较大或长期处于噪声状态之下，则相关工作人员应采取必要的噪声防护管理措施。常见的防护措施包括通过减少噪声环境中工作者的作业时间来缩短噪声接受者接触噪声的时间，即减少噪声暴露时间，或者给噪声接触者配备符合国家及行业标准的耳塞、耳罩或防护头盔等隔音设备，防止噪声对接触者产生不良影响，还可以通过设置隔声控制室的方式来阻断接触者与噪声的接触。

3 农业机械发动机噪声测试技术

实际生活中的噪声不仅会影响周围人们的生活质量，严重的噪声还会对人体产生伤害，如引发噪声聋。因此国家对噪声进行了分级，并规定不同行业、区域的噪声值，方便各行业内部进行噪声控制及接触者防护。这时噪声测试就成为一个非常重要的技术手段，能实现对噪声数据的有效识别和分类，方便管控和采取措施。这对农业机械发动机噪声而言也不例外，必须应用噪声测试技术对噪声值进行准确测定。对此，我国也出台了专门的噪声测试标准，目前农业机械发动机噪声测试多以《往复式内燃机辐射的空气噪声测量工程法及简易法》为准。

目前常用的发动机噪声测量方法主要有声压测量法和声强测量法两种。声压测量法是通过测量获得包围发动机封闭测量面各点位的声压级，进而获得声功率级的方法。但是这种测量方法极易受到背景噪声和声反射等影响，对测量环境的要求比较高，所以需要在消声室或半消声室内部进行测量，一般测量时耗资较高。尤其是对于大型农机设备而言，构建测量环境所需的花费极大，因此一般大型设备不宜采用声压法测量。而声强测量法的优点是对测量环境的要求低，且测量结果也比较准确。声强本质上是描述声能流动所具有的大小和方向的指标。实际操作中需要先对发动机封闭测量面周围的各个点位的声强级别测定，然后根据测量结果来获得声功率级。声压测量法和声强测量法都属于较为常见的测量方法，在具体应用上需结合设备情况做出选择，以保证最终的测量效率和准确性。

4 结语

农业机械发动机噪声是农业机械噪声产生的一个主要方面，会对周围环境及接触人员造成伤害。因此作为农机制造或使用者，必须重视农业机械发动机噪声管控和测试技术的应用，减少农机发动机造成的影响。而从具体的噪声控制来看，主要可从声源、传声途径和接受者三个方面来达到降低噪声影响的目的。通过这三方面的综合性优化，通常能够将农业机械发动机噪声控制在较为理想的状态之下。