减振降噪研究的发展历程及现状

此外，关于工程机械减振还有一些前沿研究，包括将机 械振动理论和控制理论结合，综合应用机械工程技术和计算 机技术的主动减振系统等。相信随着我国工程机械行业的发 展，这些前沿技术将得到更多的应用。
降噪、消声与配套件升级
振动研究与减振方法的开拓为噪声研究提供了一些思 路，在噪声的控制和治理方面，就与振动的控制和治理有相 似之处。一般来说，声学系统是由声源、传声途径和接受者这 3 个基本环节组成的。因此降噪研究可以从 3 个方面入手：在 声源处抑制噪声，根据噪声发生机理，采取措施消除或者减 少它的产生条件，降低声源辐射的声能；在传声途径中控制 噪声，由于条件限制，从声源上降低噪声仍无法达到要求时， 可以通过全部或部分隔绝噪声源的办法，达到降噪的目的； 在不可能采取以上两种措施，或采取以上措施后，仍不能达 到允许的噪声限值时，应考虑对噪声接受者采取保护措施。 由于在工程机械的噪声控制中，很难对噪声接受者即工程机 械驾驶员采取措施，因此只能从声源和传声途径上加以控制。
经过探索实践，许多工程机械噪声控制技术已被研发出 来，总体可归结为吸声法、隔声法和消声法三大类。任何有限 空间内，噪声都是由直达声和反射声两部分组成的，这是吸 声法的科学基础之一。如果在噪声源周围的有限空间内布置 一些吸收声能的装置，就可降低声源周围壁面反射回来的声 能，达到降噪目的。采用吸声手段改善噪声环境时，通常有两 种处理方法：一是采用吸声材料，二是采用吸声结构。目前，主 要应用的是多孔吸声材料，包括玻璃棉、棉麻植物纤维、泡沫 铝以及陶土吸声砖等。多孔吸声材料主要吸收中高频噪声， 对低频声的吸声性能一般较差。因此很多情况下，往往采用 共振吸声结构解决低频声的吸收问题。较为常用的吸声结构 有空气层吸声结构、薄膜共振吸声结构和板共振吸声结构等。
首先来看振动。作为一种常见现象，工程机械中的振动不 仅容易破坏工程机械结构的强度，引起结构噪声，还会恶化操 作人员的工作环境，使人易疲劳、注意力减弱，容易出现误动 作，引起技术事故。因此对工程机械进行振动分析，找出工程 机械中振动的来源并提出相应的整改措施显得尤为重要。
我国工程机械的振动源及传递途径研究是伴随着行业 市场化的发展而逐步深入的。根据目前的研究成果，一般工 程机械振动源及传递途径如下：
具体到工程机械设备本身，噪声主要制造系统包括发动 机、液压系统、传动系统以及车体等，可综合应用吸声、隔声、 消声等伴随着各个配套件的全面升级。工程机械设备的发 动机是主要噪声源，在对其进行控制的过程中，就需要应用 许多减振方法。针对发动机本体，可以采用有限元法分析设 计，选用柔和燃烧工作过程，并通过加强机体刚度等减小扰 动，加入阻尼措施降低共振。作为发动机的主要噪声源之一， 进气与排气系统噪声会随发动机转速的提高而增强，成为提 高发动机动力的阻碍。对此，综合运用消声法和吸声法配置 复合型的消声器，配合具有减振功能的空气滤清器，可以达 到很好的效果。目前，一些针对消声器进行的声学有限元法 和声学边界元法优化设计已经展开。
目前，隔振技术已经得到较为成熟的应用，橡胶隔振垫 作为重要的隔振手段之一，更是被广泛安装在各类工程机械 的减振系统中。橡胶隔振垫具有很多优点：隔振效果显著；形 状不受限制，各方向的刚度可以在一定的范围内自由选择， 具有空间弹簧特性，能承受多向载荷；利用内摩擦产生的阻 尼，能较好地吸收振动和冲击能量，所以兼有弹簧和阻尼器 两种作用；容易与金属牢固的黏结在一起，大大简化了固定 和支撑结构；此外，橡胶隔振垫结构简单，价格低廉，适合成 批生产。
2011.07
发动机激励及传递途径：
发动机 车体
踏板 双脚及双腿 发动机罩 座椅 人体 方向盘 手-臂体系 操纵杆 手-臂体系
路面激励及传递途径：
路面 车轮 车体
踏板 双脚及双腿 发动机罩 座椅 人体 方向盘 手-臂体系 操纵杆 手-臂体系
针对工程机械基本的振动源和传递途径，目前不少行之 有效的减小和控制振动的方法已被掌握，大致可归为三大 类：减小扰动—— —减小或消除振动源的激励，如改善内部平 衡，改进和提高制造质量，对具有较大辐射表面的薄壁结构 采取必要的阻尼措施等；防止共振—— —防止或减小设备、结 构对振动的响应，如改变振动系统的固有频率，改变振动系 统的扰动频率，装设辅助性的质量弹簧系统，增加阻尼以增 加能量逸散，降低共振振幅等；采取隔振措施—— —减小或隔 离振动的传递，涉及到对结构振动传递特性的分析和改进， 使之对振动噪声具有明显的衰减作用，如采用质量阻尼减振 器、共振腔消声器等。
从振动源研究到液压隔振
在工程机械领域，振动与噪声息息相关，机械振动往往 被看作是噪声的重要来源之一。在汽车等工业行业中，有关 振动和噪声的研究往往也是同时进行的，国际通称“NHV”就 由此而来。具体来讲，NHV 是指 Noise（噪声）、Harshness（声振 粗糙度）和 Vibration（振动），按其引申观点，汽车被看做一个 由激励源（发动机、变速器等）、振动传递器（由悬挂系统和连 接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统，这一系统模型 成为其他机械设备尤其是工程机械振动与噪声研究的科学 基础之一。
对于液压装置来说，高噪声无疑将严重影响作业效率， 甚至会降低设备性能，缩短元件寿命。因此，随着高压液压设 备高速发展，相应的降噪研究也越来越深入。液压噪声的形 成较为复杂，很难借助外部降噪系统予以控制，需要通过对 设计和工艺的优化来完成降噪任务。目前，我国在此研究领 域还有很大上升空间。传动系统的噪声来源于变速齿轮啮合 引起的振动和传动轴旋转振动。除对变速器和传动轴的设计 进行改进外，还可在底盘、发动机、变速器与减速器间配置橡 胶隔振垫，完成柔性连接。在车体噪声的控制中，应用最多的 是隔声与隔振方法，在车体设计中综合运用隔声板、隔声罩 和隔振器，可以很好地降低工程机械在进行复杂作业时产 生的噪声。
大视界
专题
减振降噪研究的发展历程及现状
张宸维 1，宋明见 2 （１ ．合肥工业大学噪声与振动研究所；２．安徽星马汽车股份有限公司）
与节能、再制造、混合动力和不断更新的排放标准相比， 减振降噪似乎算不上行业热衷的词汇。在我国工程机械领 域，关于振动与噪声问题的研究历程与进展也不像其他热门 技术一样备受瞩目。然而，减振降噪研究的技术含量和重要 程度并不亚于其他任何一项研究。未来，随着我国工程机械 国际化步伐的加快以及行业新标准的陆续出台，减振降噪研 究必将得到越来越多的重视。
隔声法是现代噪声控制工程中常用的技术之一。声音在 空气中传播时，使声能在传播途径中受到阻挡而不能直接通 过的措施，称为隔声。许多实际情况下，由于各种条件的限 制，很难从噪声源上进行处理，这时可在噪声传播途径上采 取措施来降低噪声。根据形状的不同，隔声构件可以分为隔
声墙与隔声罩等，其中隔声罩是工程机械应用较多的配置， 常用于发动机和驾驶室的噪声隔离，它通常是兼有隔声、吸 声、阻尼、隔振和通风、消声等功能的综合结构体。
除了以上控制方法，工程机械的降噪也与减振一样可以 引入主动控制，利用电子消声系统制造与噪声相位相反的声 波，以声消声，使二者引起的空气振动相互抵消，完成主动、 智能降噪。
作为环保大方向下的转型路径之一，减振降噪研究具有 非常广阔的发展空间，其理想状态是在拥有一套独立研发体 系的同时，深入到配套件和整机设计的各个环节中去，运用 发散思维，引入多学科研究方法，综合各种手段完成研发、应 用与实践。面对新标准的出台，怀有建立大型跨国集团宏愿 的工程机械企业，也应抓紧拿起减振降噪研究这支重要的画 笔，及早勾勒出向国际先进技术迈进的蓝图。
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1962 年，Richard Rasmussen 获得了液压隔振器的专利， 从此液压隔振器开始在汽车上得到广泛应用。实践表明，液 压隔振器抗冲击能力强于橡胶隔振系统，能够大幅提高汽车 的舒适性。另外，液压隔振器的刚度比较容易调节。相比于橡 胶隔振系统，液压隔振器具有良好的动特性，它能满足汽车 不同的隔振降噪要求：在低频大振幅时有较大的阻尼，可有 效衰减汽车的振动；在高频小振幅时又具有较低的动刚度， 可以降低车内噪声。目前，汽车用液压隔振器的研究仍在不 断深入，其结构趋向复杂，生产技术逐渐成熟，应用范围日益 广泛，随着技术的完善和生产成本的进一步降低，液压隔振 器在工程机械上的应用前景也值得期待。
随着人们对工程机械操作舒适性和平顺性的要求越来 越高，纯橡胶块的结构已经不能满足要求。在此基础上，具有 附加质量的橡胶隔振器和液压隔振器被开发出来。附加质量 的橡胶隔振器是利用附加质量吸收发动机的振动，采用的是 动力吸振器原理；液压隔振器则是利用液压阻尼来增加隔振 器的阻尼。
2011.07
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消声法是通过某种降低气流噪声的装置，在允许气流顺 利通过的同时，有效阻止或减弱声能向外传播。因此，凡是以 气流噪声为主的噪声控制问题，均可在进、排气口安装消声 设备来降低噪声，这种消声设备通常称为消声器。消声器的 种类和结构形式多样，根据消声原理和结构的不同，常用的 消声器主要有阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合性消 声器。