挖掘机吸声降噪的专利技术

摘 要：本文从工程机械中吸声降噪技术着手，着重对各大生产商在挖掘机吸声降噪领域的发明专利进行统计和分析，并结合具体案例分析了工程机械吸声降噪技术的研究如何转化为专利产品。

关键词：工程机械；吸声；降噪；专利

1挖掘机吸声降噪技术原理

工程机械驾驶室具有多个噪声源、噪声成分复杂，包括机械传动、空气动力、和液压噪声等多种噪声，其中多种噪声会产生交叉耦合，形成噪声场。驾驶室的噪声具体包括发动机噪声、进排气噪声、传递部件噪声、液压噪声及工作装置噪声等，这些噪声通过空气和固体传播至驾驶室，噪声在工程机械驾驶室内部经壁面多次反射干涉后形成噪声场，进一步提高了驾驶室噪声级。

驾驶室噪声控制主要从三个方面进行，声源控制、振动传递路径控制及优化驾驶室结构。由于经济及成本因素的限制，从源上降低噪声及振动是难以达到的。所以，当噪声源难以控制时，经济可行的方法就是从降低空气传播及抑制固体振动传播两个方面入手对驾驶室噪声进行控制。

从具体的噪声控制方法角度考虑，驾驶室噪声控制可分为无源控制（被动控制）、有源控制（主动控制）及基于有限元分析的声场优化及结构动力学修改。被动控制中，吸声材料对高频噪声有较强的吸收衰减作用，较为广泛应用的方法为在振动传递路径上对振动进行有效地隔振和消振，以达到控制振动噪声的目的，被称为被动隔振。采用被动隔振方法的突出优点是结构简单、易于实现、工作可靠、不额外消耗外界能源，在工程中得到了广泛的应用。由于橡胶悬置具有低弹性刚度和高减振性能，已成为发动机减振设计的发展方向。而被动控制对低频噪声作用有限，因此其在噪声控制的应用中有一定的局限性。针对传统降噪技术对低频噪声控制效果差的问题，有源噪声控制技术得到迅速的发展。有源噪声控制是在噪声源附近实时地产生与噪声源幅值相等但相位相反的二次声来抵消主噪声分量，达到降低噪声的目的。除此之外，随着现代控制技术理论的发展，半主动及主动控制技术也得到了长足的发展及研究。随着有限元理论的推广及其分析方法的普及，声固耦合振动分析及噪声控制在理论及应用方面发展迅速。

对驾驶室噪声进行控制是一个复杂的系统工程，需要结合多方面的技术综合进行。随着对驾驶室噪声研究的深入及新的噪声控制方法提出及应用，驾驶室噪声控制将会得到更优的控制，有利于工程机械产品质量性能的提升。

2挖掘机吸声降噪专利技术分析

根据中外文专利数据库收集到关于工程机械吸声降噪技术的文献，其中国内专利申请347篇，国外专利申请1497篇。以下基于上述数据对该技术领域进行简要的统计和分析。

图1为关于挖掘机吸声降噪专利申请趋势情况统计。由图1可以看出，2006年之前，关于挖掘机吸声降噪的中国专利申请较少，从2004年开始，申请量出现持续增长。国外专利申请在1995年之前，年申请量在0～20之间，1995年之后年申请量在50～150之间，专利申请态势趋于平缓。

图2为挖掘机吸声降噪专利申请公开国别的统计情况分析。通常情况下，一个国家在某一技术领域公开专利的数量越多，说明其在该技术领域的研发能力和技术实力越强。由图2可以看出，日本在挖掘机吸声降噪领域的专利申请量达到1151件远高于其他国家，排名靠前的国家依次为日本、中国、韩国、美国，显示出对该项技术的开发研究活跃度，也大体反映出各国家在工程机械领域的发展情况。

图3为国内挖掘机吸声降噪领域的申请人，由图3可以看出，国内的挖掘机吸声降噪控制领域的专利申请人主要集中在公司申请，个人和高校申请都非常少。且排名靠前的多为外国公司，日本公司在中国的专利申请尤为集中，这与行业的发展情况密切相关，说明日本在挖掘机吸声降噪领域技术较为成熟。

图4为世界范围内挖掘机吸声降噪领域申请人统计，从图4统计情况来看，大多数申请为公司申请，且日本公司占据绝对优势，说明日本在挖掘机吸声降噪领域的研发处于领先地位，技术先进。

3具体案例分析

工程机械中，对挖掘机吸声降噪经济可行的办法是研究隔声、吸声、室内空

腔共鸣等问题。为达到隔声、吸声的目的，主要方法是在振动传播途径中加入被动元件，如弹簧、橡胶、空气弹簧等，以减小传递到接收结构的振动强度。为抑制由发动机等产生的噪音通过驾驶室的内部共鸣而增大，主要方法是对挖掘机的驾驶室的结构进行优化。如日立建机株式会社于2009年6月25日申请了一种工程机械，其公开号为CN101614023A，该发明专利的核心技术在于合理设计驾驶室的结构达到降低驾驶室噪音。如图5、6所示，驾驶室安装在车体机架的回旋机架11上，利用设置在回旋机架11上的下横梁23A、上横梁23B、后纵梁23C及开口部23D，以前侧开口的横U字状的剖面形状，形成支撑驾驶室7的后部侧的驾驶室支撑梁23，从而成为驾驶室支撑梁23的内部不形成封闭空间，通过利用下横梁24A、上横梁24B、后纵梁24C及开口部24D，以使横剖面形状为前侧开口的横U字状的方式形成中间梁24，从而中间梁24的内部不形成封闭空间，对支撑梁和中间梁结构的改进，能够抑制由发动机等产生的噪音引起支撑梁和中间梁内部的共鸣，进而降低挖掘机工作时传递到驾驶室的噪音，达到降噪的效果。

4小结

本文从专利角度反映工程机械吸声降噪技术的研究，从近两年国内关于工程

机械吸声降噪技术的专利申请量来看，国内企业在不断对加深对该技术的研究，努力缩小同国外的差距，并且努力将研究成果转化为专利产品，自主提高对知识产权的保护。

参考文献：

[1]徐大平，王宪成. 内燃机噪声控制的现状与发展[J].装甲兵工程学院学报，2005，（2）.

[2]蒋真平，周守艳. 工程机械噪声与控制分析[J].建筑机械，2007

[3]周龙刚，赵金鹏，孟祥龙. 工程机械噪声原理与控制策略浅析[J].工程机械文摘，2012

[4]盛美萍，王敏庆，孙进才. 噪声与振动控制技术基础（第二板）[M]. 北京：科学出版社 2001.8