CN205047274U - 消声器及工程车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种消声器及工程车辆，涉及工程机械领域，用以优化消声器的结构。该消声器包括壳体组件、进气管和排气管；所述壳体组件的内腔被分割成赫姆霍兹共振腔、第一腔体、第二腔体和第三腔体；所述进气管与所述第一腔体连通，所述排气管与所述第三腔体连通；所述赫姆霍兹共振腔用于消除与工程车辆发动机频率相匹配的排气噪声。上述技术方案提供的消声器，增设了赫姆霍兹共振腔，能够有针对性的消除特定频率的噪声，此处，采用赫姆霍兹共振腔消除发动机排气噪声基频的噪声，使得消声器能与发动机匹配，能够消除发动机排气特定基频及倍频噪声，充分发挥了消声器的消声性能。

Description

消声器及工程车辆

技术领域

本实用新型涉及工程机械领域，具体涉及一种消声器及工程车辆。

背景技术

随着国家法律法规对振动噪声要求的不断提高，工程车辆的减振降噪变得越来越重要，工程车辆的振动噪声水平已经成为产品竞争力和品牌影响力的重要指标，直接影响产品的优胜劣汰。作为工程车辆的主要振动源之一，发动机的振动传递到消声器上，造成消声器结构破坏及引起消声器表面向外辐射噪声；作为工程车辆的主要噪声源之一，发动机的排气噪声影响工程车辆工作时所产生的机外噪声，而降低排气噪声最常见的方法是采用消声器。如何有效降低消声器自身振动，如何有效提高消声器的降噪效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

现有技术的一种消声器，其结构如图1、图2、图3所示，它主要包括左端盖101、吸声材料层102、外壳体103、出气管104、第二隔板106、第二穿孔管107、第一隔板109、第一穿孔板111、内壳体112、右端盖113、进气管114、第一穿孔板115、固定座116及第二穿孔板117。

其中，外壳体103和内壳体112均由薄板卷圈拼焊而成，之间填充有吸声材料层102。左端盖101和右端盖113分别固定在外壳体103的左右端面，进气管114上设有网孔，一端端面由第一穿孔板111封闭，第一穿孔板111上设有网孔，进气管114焊接在右端盖113和第一隔板109之间的壳体上。出气管104上也设有网孔，一端端面由第二穿孔板117封闭，第二穿孔板117上设有网孔，出气管104焊接在左端盖101和第二隔板106之间的壳体上。

第一隔板109、第二隔板106将内壳体112分为第一腔体110、第二腔体108和第三腔体105。第二腔体108内设有两个第一穿孔板115和两个第二穿孔管107，第一穿孔板115焊接在第一隔板109上，第二穿孔管107焊接在第二隔板106上。第一穿孔板115和第二穿孔管107上均设有网孔。安装座116焊接在外壳体103上。发动机排出的废气从进气管114上的网孔和第一穿孔板111上的网孔进入第一腔体110，通过第一穿孔板115上的网孔进入第二腔体108，然后通过第二穿孔管107上的网孔进入第三腔体105，最后通过出气管104上的网孔和第二穿孔板117上的网孔排出机外。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：目前工程车辆同类型产品多采用此结构相同的消声器，使其消声效果不好。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目的是提出一种消声器及工程车辆，用以优化消声器的结构。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供了一种消声器，包括壳体组件、进气管和排气管；

所述壳体组件的内腔被分割成赫姆霍兹共振腔、第一腔体、第二腔体和第三腔体；所述进气管与所述第一腔体连通，所述排气管与所述第三腔体连通；

所述赫姆霍兹共振腔用于消除与工程车辆发动机频率相匹配的排气噪声。

如上所述的消声器，优选的是，所述第一腔体的长度为发动机排气的二倍谐波噪声声波波长的四分之一；

所述第二腔体的长度和所述第三腔体的长度相等，都为所述第一腔体长度的一半。

如上所述的消声器，优选的是，所述赫姆霍兹共振腔和所述第一腔体之间设置有第一隔板，所述第一隔板上设置有入气管。

如上所述的消声器，优选的是，所述入气管和所述赫姆霍兹共振腔的尺寸参数满足下述共振频率公式：

$f=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{S_1}{S_2{l}_2{l}_1}}$

其中，f为赫姆霍兹共振腔的共振频率，c为空气声速，S₁为所述入气管的截面积，l₁为所述入气管的长度，S₂为所述赫姆霍兹共振腔的腔体截面积，l₂为所述赫姆霍兹共振腔的腔体长度。

如上所述的消声器，优选的是，所述第一腔体和所述第二腔体之间设置有圆锥体；

所述圆锥体包括外表面板和底板，所述外表面板和所述底板上都设置有网孔，所述外表面板和所述底板之间的空腔为圆锥体腔；

所述圆锥体的底板朝向所述第一腔体，所述圆锥体的尖端朝向所述第二腔体。

如上所述的消声器，优选的是，所述第二腔体和所述第三腔体之间设置有第二隔板；所述第二隔板上设置有穿孔管。

如上所述的消声器，优选的是，所述壳体组件包括外壳体、内壳体、第一端盖和第二端盖；

所述外壳体罩设在所述内壳体外部，所述第一端盖封堵在所述外壳体和所述内壳体的第一端，所述第二端盖封堵在所述外壳体和所述内壳体的第二端；

所述内壳体、所述第一端盖和所述第二端盖之间围成的腔体为所述壳体组件的内腔。

如上所述的消声器，优选的是，消声器还包括穿孔板；

所述穿孔板设置在所述第三腔体靠近所述第二端盖的一端，所述穿孔板和所述第二端盖之间夹设有吸声材料层。

如上所述的消声器，优选的是，所述吸声材料层的厚度为5mm-25mm。

如上所述的消声器，优选的是，所述内壳体上开设有网孔，所述内壳体和所述外壳体之间具有缝隙，所述缝隙内填充有颗粒阻尼结构，且所述颗粒阻尼结构不充满所述缝隙。

本实用新型还提供一种工程车辆，包括本实用新型任一技术方案所提供的消声器。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案提供的消声器，增设了赫姆霍兹共振腔，能够有针对性的消除特定频率的噪声，此处，采用赫姆霍兹共振腔消除发动机排气噪声基频的噪声，使得消声器能与发动机匹配，能够消除发动机排气特定基频及倍频噪声，充分发挥了消声器的消声性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的一种消声器的纵向截面图；

图2是现有技术的一种消声器的横向截面图；

图3是现有技术的一种消声器的第二腔体的截面图；

图4是本实用新型实施例提供的消声器的纵向截面图；

图5是图4的A处颗粒阻尼结构的放大视图；

图6是本实用新型实施例提供的消声器的右截面图；

图7是本实用新型实施例提供的消声器的左截面图；

图8是本实用新型实施例提供的消声器圆锥体腔的轴测图。

附图标记：

1、第二端盖；2、赫姆霍兹共振腔；3、进气管；

4、第一腔体；5、圆锥体腔；6、第二腔体；

7、穿孔管；8、第三腔体；9、第一端盖；

10、吸声材料层；11、穿孔板；12、排气管；

13、内壳体；14、外壳体；15、颗粒阻尼结构；

16、第一隔板；17、第二隔板；18、入气管；

51、底板；101、左端盖；102、吸声材料层；

103、外壳体；104、排气管；105、第三腔体；

106、第二隔板；107、第二穿孔管；108、第二腔体；

109、第一隔板；110、第一腔体；111、第一穿孔板；

112、内壳体；113、右端盖；114、进气管；

115、第一穿孔板；116、固定座；117、第二穿孔板。

具体实施方式

下面结合图4～图8对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本实用新型实施例提供一种消声器，包括壳体组件、进气管3和排气管12。壳体组件的内腔被分割成赫姆霍兹共振腔2、第一腔体4、第二腔体6和第三腔体8；进气管3与第一腔体4连通，排气管12与第三腔体8连通。赫姆霍兹共振腔2用于消除与工程车辆发动机频率相匹配的排气噪声。

此处的相匹配是指赫姆霍兹共振腔2的共振频率与工程车辆发动机基频相等。气体由进气管3进入第一腔体4，然后部分进入赫姆霍兹共振腔2；另一部分进入第二腔体6、第三腔体8、然后经由排气管12排出。赫姆霍兹共振腔2可以消除特定频率的噪声，此处采用赫姆霍兹共振腔2消除与工程车辆发动机频率相匹配的排气噪声。而其余频率的噪声主要采用第一腔体4、第二腔体6和第三腔体8进行消声。

另外，进气管3和排气管12位于内腔内的一端都不设置穿孔板，有利于气体流动，减小排气阻力。

上述技术方案提供的消声器，增设了赫姆霍兹共振腔2，能够有针对性的消除与工程车辆发动机相匹配的特定频率排气噪声，使得消声器能与发动机匹配，能够消除发动机排气特定基频及倍频噪声，充分发挥了消声器的消声性能。

参见图4，第一腔体4的长度是发动机排气的二倍谐波噪声声波波长的四分之一。第二腔体6的长度和第三腔体8的长度相等，都为第一腔体4的长度的一半。

第一腔体4的长度由所要消声的发动机确定，可以使得消声器与特定的发动机匹配，能够做到有针对性地消声，消声降噪效果好。

另外，各腔长度考虑了排气噪声频率成分，使得消声器结构合理，减小了排气背压，消声带宽比较宽。利用1/4波长管原理，设计消声器各腔体长度，实现全频段消声。

参见图4，此处，赫姆霍兹共振腔2和第一腔体4之间设置有第一隔板16，第一隔板16上设置有入气管18。入气管18的壁体上设置有网孔。

对于所要消声的工程车辆的发动机，其发动机排气基频可以由下述公式(1)确定。

$\mathrm{\ω}=\frac{Nn}{60\mathrm{\τ}}---\left(1\right)$

其中N为发动机气缸数，n为发动机转速，τ为发动机冲程系数，根据此公式(1)计算出工程车辆发动机基频ω。

另外，工程车辆发动机基频ω与赫姆霍兹共振腔2的共振频率f之间满足下述公式：

ω＝f(2)

由上述的公式(1)、公式(2)和下述的公式(3)可以确定入气管18和赫姆霍兹共振腔2的尺寸参数。

赫姆霍兹共振腔2的共振频率公式：

$f=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{S_1}{S_2{l}_2{l}_1}}---\left(3\right)$

其中，f为赫姆霍兹共振腔2的共振频率，c为空气声速，S₁为入气管18的截面积，l₁为入气管18的长度，S₂为赫姆霍兹共振腔2的腔体截面积，l₂为赫姆霍兹共振腔2的腔体长度。

参见图4和图8，进一步地，第一腔体4和第二腔体6之间设置有圆锥体。圆锥体包括外表面板和底板51，外表面板和底板51上都设置有网孔，外表面板和底板51之间的空腔为圆锥体腔5。圆锥体的底板51朝向第一腔体4，圆锥体的尖端朝向第二腔体6。圆锥体的底板51也作为圆锥体腔5和第一腔体4的分界。

设置圆锥体腔5之后，圆锥体腔5部分位于第二腔体6内部，噪声先经由底板51上的网孔进入圆锥体腔5，而后经由外表面板上的网孔进入第二腔体6。

利用圆锥体结构的节流与扩张，声波在圆锥体腔5中来回反射，充分抵消，排气噪声得到很大的衰减，降噪量增加

此处，第二腔体6和第三腔体8之间设置有第二隔板17；第二隔板17上设置有穿孔管7。第二隔板17上除了设置穿孔管7的区域外，其他地方不设置孔，如此可以使得噪声全部经由穿孔管7上的网孔进入到第三腔体8中。

参见图4，壳体组件包括外壳体14、内壳体13、第一端盖9和第二端盖1。外壳体14罩设在内壳体13外部，第一端盖9封堵在外壳体14和内壳体13的第一端，第二端盖1封堵在外壳体14和内壳体13的第二端。内壳体13、第一端盖9和第二端盖1之间围成的腔体为壳体组件的内腔。

进一步地，消声器还包括穿孔板11。穿孔板11设置在第三腔体8靠近第二端盖1的一端，穿孔板11和第二端盖1之间夹设有吸声材料层10。

由于发动机排出的废气温度很高，吸声材料层10需要选择耐高温类型，吸声材料层10对高频噪声消声效果比较好。

此处，吸声材料层10的厚度为5mm-25mm，比如为5mm、10mm、15mm、18mm、22mm、25mm。

参见图4和图5，内壳体13上开设有网孔，内壳体13和外壳体14之间具有缝隙，该缝隙内填充有颗粒阻尼结构15，且颗粒阻尼结构15不充满缝隙。颗粒阻尼结构15为金属或非金属耐高温的小颗粒。

外壳体14与内壳体13之间装有颗粒及空气，利用颗粒阻尼和空气阻尼相互作用，减小消声器自身振动。

上述技术方案提供的消声器，将多种减振降噪技术组合，能与工程车辆发动机相匹配，使消声量增大、消声频带变宽、排气阻力降低、自身振动减弱。

下面结合图4至图8对消声器的结构作进一步详细的介绍。消声器结构如图4所示，它包括第二端盖1、赫姆霍兹共振腔2、进气管3、第一腔体4、圆锥体腔5、第二腔体6、穿孔管7、第三腔体8、第一端盖9、吸声材料层10、穿孔板11、排气管12、内壳体13、外壳体14、颗粒阻尼结构15。

其中，外壳体14和内壳体13均由薄板卷圈拼焊而成，之间填充有金属或耐高温的非金属微小颗粒的颗粒阻尼结构15。随着结构体的振动，颗粒相互之间以及颗粒与结构体之间不断发生碰撞和摩擦，由此产生的摩擦阻尼及其动量交换作用可以耗散结构体的振动能量，从而达到减振降噪的目的。外壳体14与内壳体13之间剩余的狭小空间保持一层薄的空气层，当消声器内壳体13受到高压气流的冲击而振动时，内壳体13与外壳体14之间的空气流体层产生高速流动，空气层的粘性阻尼作用使振动能力耗损。颗粒阻尼和空气阻尼相互作用，增加消声器的减振降噪效果。

进气管3与排气管12焊接在外壳体14上，进气管3上设有网孔，并带有安装座。内壳体13的内腔通过第一隔板16和第二隔板17分为赫姆霍兹共振腔2、第一腔体4、圆锥体腔5、第二腔体6、第三腔体8。第二腔体6与第三腔体8通过四个穿孔管7相连，穿孔管7焊接在第二隔板17上，如图4所示。第二端盖1和第一端盖9分别固定在外壳体14和内壳体13的左、右端面。第三腔体8的左侧设置有穿孔板11，第二端盖1和穿孔板11之间填充有吸声材料层10，如图4所示。由于发动机排出的废气温度很高，吸声材料层10需要选择耐高温类型，吸声材料层10对高频噪声消声效果比较好。

由上述的公式(1)、(2)、(3)计算可以得到入气管18和赫姆霍兹共振腔2的尺寸参数。

第一腔体4的长度是针对所要消除发动机排气二倍谐波噪声的声波波长的四分之一，第二腔体6的长度是第一腔体4长度的一半，第三腔体8的长度与第二腔体6长度相等，再加上左端吸声材料层10对高频噪声良好的消声作用，此种消声器便可形成消除低、中、高频噪声的全频消声器，此种各腔体布局可实现全频段消声。

发动机排出的废气从进气管3及其上的网孔进入第一腔体4，一部分气体进入赫姆霍兹共振腔2，一部分气体进入圆锥体腔5，圆锥体腔5如图8所示。利用圆锥体结构的节流与扩张，声波在圆锥体腔5中来回反射，充分抵消，排气噪声得到很大的衰减，降噪量增加。进入圆锥体腔5的气体通过圆锥面上的网孔进入第二腔体6，然后通过穿孔管7进入第三腔体8，最后通过排气管12排出机外，整个气体流动过程中，部分气体会通过穿孔板11上的网孔进入吸声材料层10中，利用吸声材料层10中的空隙造成气流的摩擦与粘滞，起到很好的消声作用。

上述技术方案提供的消声器，至少具有下述优点：

(1)本实用新型技术方案所提供的消声器，内部结构具有较好的空气动力学性能，降低了结构产生的流阻，同时减小气流再生噪声；

(2)本实用新型技术方案所提供的消声器，在产生较低的排气阻力的同时，极大地提高了全频段消声量，得到了很好的消声效果，减低了工程车辆机外噪声。

(3)本实用新型技术方案所提供的消声器，减小了自身振动，并有效降低了消声器结构表面向外辐射噪声。

本实用新型实施例提出一种全新设计的消声器，与工程车辆发动机相匹配，应用赫姆霍兹共振腔2与1/4波长管，消除排气基频及倍频噪声。通过选择耐高温的吸声材料层10消除排气噪声的高频成分，设计了圆锥体腔5的结构，极大地提高了全频段消声量；并创造性地将空气薄膜阻尼结构及颗粒阻尼技术应用于消声器中，起到了良好的减振效果。该消声器结构新颖，采用多种技术的组合，可有助于工程车辆的减振降噪。

本实用新型实施例再提供一种工程车辆，包括本实用新型任一技术方案所提供的消声器。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种消声器，其特征在于，包括壳体组件、进气管(3)和排气管(12)；

所述壳体组件的内腔被分割成赫姆霍兹共振腔(2)、第一腔体(4)、第二腔体(6)和第三腔体(8)；所述进气管(3)与所述第一腔体(4)连通，所述排气管(12)与所述第三腔体(8)连通；

所述赫姆霍兹共振腔(2)用于消除与工程车辆发动机频率相匹配的排气噪声。

2.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述第一腔体(4)的长度为发动机排气的二倍谐波噪声声波波长的四分之一；

所述第二腔体(6)的长度和所述第三腔体(8)的长度相等，都为所述第一腔体(4)长度的一半。

3.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述赫姆霍兹共振腔(2)和所述第一腔体(4)之间设置有第一隔板(16)，所述第一隔板(16)上设置有入气管(18)。

4.根据权利要求3所述的消声器，其特征在于，所述入气管(18)和所述赫姆霍兹共振腔(2)的尺寸参数满足下述共振频率公式：

$f=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{S_1}{S_2{l}_2{l}_1}}$

其中，f为赫姆霍兹共振腔(2)的共振频率，c为空气声速，S₁为所述入气管(18)的截面积，l₁为所述入气管(18)的长度，S₂为所述赫姆霍兹共振腔(2)的腔体截面积，l₂为所述赫姆霍兹共振腔(2)的腔体长度。

5.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述第一腔体(4)和所述第二腔体(6)之间设置有圆锥体；

所述圆锥体包括外表面板和底板(51)，所述外表面板和所述底板(51)上都设置有网孔，所述外表面板和所述底板(51)之间的空腔为圆锥体腔(5)；

所述圆锥体的底板(51)朝向所述第一腔体(4)，所述圆锥体的尖端朝向所述第二腔体(6)。

6.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述第二腔体(6)和所述第三腔体(8)之间设置有第二隔板(17)；所述第二隔板(17)上设置有穿孔管(7)。

7.根据权利要求1-6任一所述的消声器，其特征在于，所述壳体组件包括外壳体(14)、内壳体(13)、第一端盖(9)和第二端盖(1)；

所述外壳体(14)罩设在所述内壳体(13)外部，所述第一端盖(9)封堵在所述外壳体(14)和所述内壳体(13)的第一端，所述第二端盖(1)封堵在所述外壳体(14)和所述内壳体(13)的第二端；

所述内壳体(13)、所述第一端盖(9)和所述第二端盖(1)之间围成的腔体为所述壳体组件的内腔。

8.根据权利要求7所述的消声器，其特征在于，还包括穿孔板(11)；

所述穿孔板(11)设置在所述第三腔体(8)靠近所述第二端盖(1)的一端，所述穿孔板(11)和所述第二端盖(1)之间夹设有吸声材料层(10)。

9.根据权利要求8所述的消声器，其特征在于，所述吸声材料层(10)的厚度为5mm-25mm。

10.根据权利要求7所述的消声器，其特征在于，所述内壳体(13)上开设有网孔，所述内壳体(13)和所述外壳体(14)之间具有缝隙，所述缝隙内填充有颗粒阻尼结构(15)，且所述颗粒阻尼结构(15)不充满所述缝隙。

11.一种工程车辆，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的消声器。