煤矿井下大量使用防爆柴油机无轨胶轮车完成人员及物料的辅助运输任务。以一个年产量上千万吨的矿井为例,平均每天有近200辆车穿梭于矿井巷道之中,很多时候只关注到了由其带来的严重的尾气污染,却忽略了在空间小、光线暗、通风差的巷道内,长时间连续性的高强度噪声会导致驾驶员神经系统功能下降,条件反射迟缓,对环境变化的适应能力极速降低,车辆行驶安全性也遭遇挑战。
MT 989-2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》规定噪声最高不得超过95 dB(A)。统计研究表明,56~70 d B(A)会造成重度听力损伤,71~90 dB(A)会造成噪声耳聋。在声级为95 dB(A)的噪声下工作的人,耳聋发病率大约为30%。
煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车在巷道内噪声大的原因是多方面的,主要包括车辆自身因素和环境因素两方面。
1、车辆自身因素
(1)柴油机振动
柴油机的气缸压缩比较高,一般都在15以上,气缸因此要承受较大的压力,且活塞行程较长,转速又低,因此振动和噪声大。柴油机噪声主要包括燃烧、机械、冷却风扇、进气、排气及其他部件发出的噪声。
燃烧噪声是可燃混合气在气缸燃烧时通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径的振动向外辐射产生的噪声,由于燃烧室内的混合气是同时燃烧的,整个过程根本没有缓冲余地,声音呈颗粒状。
机械噪声是活塞、齿轮、配气机构等运动件之间机械撞击产生的振动噪声,包括活塞敲击声、气门机构声、齿轮声。
这两种噪声都是由柴油机本体发出的,在柴油机噪声中占很大的比例,并且随着柴油机转速的增加,噪声也增加。低转速时燃烧噪声占主导地位,高转速时机械噪声占主导地位,两者密切相关,相互影响。
井下大功率柴油机应用的冷却风扇都较大,260 kW的柴油机冷却风扇直径达到880 mm,柴油机在低转速时噪声尚不明显,但在高转速时,风扇噪声往往成为整车主要甚至最大的噪声源。
除风扇本身的结构参数影响外,风扇的安装条件如风扇与护风罩之间的径向间隙,风扇与护风罩、散热器、柴油机的轴向间隙等,对风扇的噪声都有较大的影响。
井下通风条件差,柴油机进气系统大多采用增压器,产生并加剧了进气噪声。因防爆要求进行尾气后处理导致排气通道受阻,会产生排气噪声。
(2)传动系统振动
车辆传动系统中主要传动件如变矩器、变速箱、减速器、离合器、抬高箱、传动轴、驱动桥等部件在车辆运行时自身都会产生噪声,对于液压驱动行走的车辆,液压泵和液压马达就成了主动力和主传动件,也会产生噪声。如果传动件安装不牢固或者润滑不到位,更会提高噪声级别。
(3)辅助动力系统振动
车辆系统中除主动力系统外,还有液压、气动、电气、润滑等辅助动力系统,主要部件有负责提供转向和制动动力的液压泵、液压油高压过滤器、液压多路阀体、液压蓄能器、负责车辆保护和照明用电的发电机和调节器、带动发电机的V形皮带,这些配套元部件的振动均会产生噪声。
(4)轮胎振动
轮胎在路面滚动产生的噪声也是不容忽视的。出于通风和降尘的需要,井下巷道间隔布置有喷水装置,油污和湿滑路面普遍存在。在井下潮湿路面上,轮胎噪声会盖过其他噪声成为主要的噪声源之一。轮胎振动与轮胎的刚度和阻尼有关,刚度增大。阻尼减少,轮胎的振动就会增大,井下车辆使用的轮胎90%以上都是橡胶实心胎,噪声偏大,车速越快噪声越大,车辆越重噪声越大。
2、环境因素
(1)路面引起车身振动
虽然运行无轨胶轮车的巷道要求是平坦、硬实、清洁、干燥的沥青或水泥路面,但受客观条件限制,井下巷道路面难以做到像地面道路一样的平整。且矿用车辆除运人车有减振外,其余车辆没有任何减振装置。在经过地面上较小的凹坑或凸起时,车辆振动较大,是一种低频高幅式颠簸,随之带动整车机械结构件振动产生噪声。
(2)缺乏消音设施
众所周知,矿井辅运巷道用于完成人员及物料运输,宽度和高度也仅是满足车辆运送物料要求,一般宽度小于6 m,高度小于5.5 m。且辅运巷道不同于采区顺槽,联巷较少,胶轮车运行时产生的噪声无处发散,吸音装置更是无从谈起,导致车辆运行时的噪音在车周围形成声音绕流,根本无法快速消散。尤其在井下会车或通过交叉路口时还需要按响喇叭,噪声危害更大。
(3)空气噪声
车辆运行中的空气噪声主要包括:
(1)风噪由车身周围气流分离导致压力变化而产生的噪声;
(2)风漏由驾驶室或车身缝隙吸气而与车身周围气流相互作用而产生的噪声;
(3)空腔共鸣。
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