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摘 要: 從客車車內噪聲產生機理入手, 闡述在客車結構設計中綜合運用吸聲、隔聲和阻尼減振技術控制車內噪聲的基本思路和具體方法。
關鍵詞: 吸聲; 隔聲; 阻尼; 控制
客車車內噪聲極易使駕駛員和乘客感到疲勞, 對客車乘坐舒適性具有重要影響。因此, 在結構設計中綜合采取一定的措施, 有效地控制車內噪聲顯得很重要。
1 車內噪聲的產生機理
車內噪聲產生機理如圖1 所示。從聲源來看, 車內噪聲的來源主要有: 發動機噪聲、進排氣噪聲、冷卻風扇噪聲等。車外噪聲向車內傳播的具體途徑主要有兩個: 一是通過車身壁板及門窗上所有的孔、縫直接傳入車內; 二是車外噪聲聲波作用于車身壁板, 激發壁板振動, 并向車內輻射噪聲。從振動源來看, 主要有兩個方面: 發動機、底盤工作時產生的振動和路面激勵產生的振動。后者頻率較低, 對激發噪聲影響較小。車身壁板主要由金屬板和玻璃構成, 這些材料都具有很強的聲反射性能。在車室門窗均關閉的條件下, 上述傳入車內的空氣聲和壁板振動輻射的固體聲, 都會在密閉空間內多次反射, 相互疊加成為車內噪聲。
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從上述可知, 發動機、底盤、路面作為聲源和振源均可激發車內噪聲, 其傳播途徑可分為空氣傳聲和固體傳聲兩種, 其中由空氣傳播的噪聲主要為發動機表面輻射噪聲和氣體流動噪聲, 而固體傳播的噪聲主要為發動機、輪胎、路面及氣流等引起車身振動而向車內輻射的噪聲。
2 控制措施
車內噪聲控制是一項比較復雜的工作, 達到控制目的的途徑也是多種多樣的, 但歸結起來主要有三點: 減弱聲源強度; 隔絕傳播途徑; 吸聲處理。
(1) 減弱聲源強度是控制車內噪聲的根本。客車聲源主要為發動機噪聲、進排氣噪聲、冷卻風扇噪聲、傳動系噪聲等, 尤其是發動機噪聲和傳動系噪聲。減弱這些聲源強度途徑有兩條: 一是采用新技術, 改進結構, 提高其部件的加工精度和裝配質量; 二是采用吸聲、隔聲、減振、隔振等技術, 以及安裝消聲器等, 以控制聲源的噪聲輻射。目前國內大多數客車制造廠所用發動機和三類底盤屬外購件, 選用振動小、噪聲低的發動機和底盤是解決車內噪聲問題最簡單的方法, 但由于目前我國大功率柴油機和大型客車專用底盤性能相對落后, 進口產品價格又太昂貴, 對發動機和底盤提出過高的要求是不現實的, 因此實際中常利用后一種措施來減弱來自聲源的噪聲強度。
(2) 隔絕傳播途徑是行之有效、最常用的降噪途徑。常用的措施有: 隔振、隔聲、提高車室密封性。對于大型客車, 合理選擇和在適當位置布置隔振器來支承發動機, 可以使車內噪聲降低3～ 8 dB (A )。另外, 對于變速器、傳動系等運動部件的支承, 盡量引入彈性阻尼環節, 可避免引起客車結構的強烈振動。車室隔聲對高頻噪聲較有效, 對低頻噪聲效果較差。為確保低頻隔聲的效果, 應選用面密度和阻尼均大的隔聲材料。車室壁板上的縫隙與孔道, 可使噪聲直接傳入車內, 使壁板的隔聲能力大大降低, 因此, 提高車室密封性也非常重要。
(3) 吸聲處理也是降低噪聲強度的常用方法。通常在噪聲源周圍布置一些吸收聲能的多孔材料, 當聲波進入材料孔隙時, 引起孔隙中的空氣和材料的細小纖維波動, 由于摩擦和粘滯阻尼的作用, 將傳播中的噪聲聲能轉變為熱能, 降低聲能的反射量, 起到降噪的目的。多孔吸聲材料的吸聲系數與入射聲波的頻率有密切關系, 當聲波處于低頻時, 吸聲材料孔隙中的空氣在單位時間內的振動次數比較少, 對聲波的衰減作用不大, 吸聲系數很低, 隨著聲波頻率的提高, 吸聲材料孔隙中的空氣在單位時間內的振動次數逐漸增大, 對聲波的衰減作用也比較明顯, 吸聲系數逐漸增大。增加吸聲材料的厚度, 可以提高低、中頻的吸聲效果, 但厚度增加到一定程度, 吸聲系數增加就不明顯了。另外, 在吸聲材料的背后附加空氣層也可以提高中、低頻噪聲的吸收效果。在實際的吸聲處理中, 為有效吸收低頻噪聲, 通常采用較厚的吸聲材料, 并在吸聲材料背后附加空氣層。
3 結構上的實際應用
在不改變發動機、底盤及車身基本骨架和蒙皮材料的前提下, 降低車內噪聲的主要途徑是控制噪聲的傳播和抑制車身蒙皮的振動。可在車身的結構設計中應用吸聲、隔聲和阻尼減振技術, 實現車廂內降噪目標。
3.1 前置發動機客車
由于結構上的限制, 噪聲難以控制, 我公司主要采取以下措施:
(1) 提高發動機罩的隔振、降噪的性能, 罩體普遍采用玻璃鋼材料, 提高剛度, 減小路面不平引起的罩體振動; 罩體內噴附防聲阻尼材料(硬質聚氨酯發泡塑料) , 利用其獨特的粘彈性能, 將吸收發動機振動的一部分振動能, 以“熱”的形式釋放出去, 達到減弱振動、抑制噪聲的目的。
(2) 在發動機罩的下邊沿固定龍骨膠條, 使罩體與罩框的接觸成為彈性接觸, 能有效衰減兩者的撞擊, 避免噪聲的產生。
(3) 在發動機四周的地板骨架上焊接的一層薄鋼板, 在發動機振動激勵下, 極易發生共振, 為此在鋼板上粘貼3 mm 厚自粘型阻尼瀝青片, 使原彈性薄板構件變成為自由阻尼層結構, 成功控制了共振。
3.2 后置發動機客車
如圖2 所示, 對車廂內部而言, 發動機艙內混響聲場是一外部噪聲源, 若能降低其噪聲級必將有助于降低車內噪聲。將發動機艙設計成一個吸音室, 在發動機艙的艙壁上粘貼高吸音系數的玻璃棉, 可顯著降低噪聲的輻射。對于隔墻, 盡量采用雙層結構, 在隔聲墻骨架兩側分別覆蓋厚為2 mm 和1 mm 的薄板, 中間形成50 mm 厚空氣夾心層。由于空氣夾心層的作用, 這一結構的隔聲效果突破了隔聲“質量定律”的限制, 其隔聲量估算經驗公式為:
R= 18 lg (mA + mB ) + 12 lgf- 25+ $R
式中 mA、mB ——各層板的面密度; f——入射聲波的頻率; $R ——附加隔聲量。
 | 兩薄板間空氣層厚度為50 mm , 經查表計算其附加隔聲量超過5 dB (A ) , 該結構隔聲量相當于6 mm 厚單層鋼板隔聲量。顯然它有利于提高隔聲效果, 且能節省材料。為拓寬其隔聲頻率范圍, 在兩板間再填以50 mm 厚的玻璃棉, 可取得更佳的效果。在實際設計中, 目前我公司采用這種雙層結構, 在相應部位粘貼玻璃絲綿吸聲隔熱板, 大大降低了車內噪聲。
3.3 減少部件尤其是板件的振動
結合實際, 主要采取以下措施:
(1) 頂蒙皮和側圍蒙皮采用預應力張拉工藝處理, 能有效提高蒙皮與骨架的貼合度, 避免客車在顛簸路面行駛產生鼓動噪聲; 在頂蒙皮和側圍蒙皮的內側粘貼隔聲阻尼材料(如異型自粘海綿) , 使板件成為自由阻尼層結構, 減小共振。
(2) 大頂內飾板下墜(尤其是三合板) , 在崎嶇路面上行駛容易鼓動, 為此在大頂骨架中線兩側合理布置縱梁位置, 于中線兩側固定兩列螺絲或鉚釘。
(3) 在車內安裝體積較大的箱體時, 盡量提高箱體壁板的剛度, 如增加壁板的厚度或在壁板內面粘貼阻尼材料, 減少路面不平引起的鼓動噪聲。
(4) 在車內附件設計中盡量減少難以鎖止緊固的部件(如推拉門) , 以減少路面不平帶來的振動。
(5) 安裝電視機、飲水機等大件電器時, 在底座上增加橡膠座墊, 緩沖振動。
(6) 在艙門止口上卡壓龍骨膠條, 在艙門兩邊增加緩沖塊, 艙門鎖止緊固, 無曠動, 盡量避免產生噪聲。
(7) 車內各部件固定牢固, 避免行駛中因振動產生噪聲。
3.4 提高車身密封性
車身密封性應從以下方面加以控制:
(1) 車窗密封嚴實, 減少車外噪聲的傳入; 高檔客車采用全封閉車窗, 可避免車外噪聲從車窗的傳入。
(2) 加強車門的密閉性, 在結合縫隙處采用彈性密封膠條(雙泡龍骨膠條) 進行密封, 尤其是折疊門上方的密封, 應在滑道內部增加成型膠條, 無論折疊門關閉還是橫向滑動都與其緊密貼合, 外擺門的密閉性大大優于普通的折疊門, 目前在中高檔客車上全部采用外擺門。
(3) 對于操縱桿、踏板等活動件, 安裝橡膠護套等彈性件, 加強密封, 減少車外噪聲的直接傳入。
(4) 對于管線過孔處, 頂置蒸發器、頂風窗等與外部相連的接觸處, 密封嚴密, 防止車外噪聲的直接傳入。
(5) 地板對接嚴密, 即在地板固定后, 在地板對接處, 地板與側圍等接觸處, 進行打膠處理。
4 結束語
控制車內噪聲的方法雖然很多, 但要做到有效控制車內噪聲, 必須根據實際情況, 綜合運用車內噪聲控制方法, 才能營造一個高質量、舒適的駕乘環境。
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