轉子式混凝土噴射機噪聲分析與防治

荊建寬 龔斌

（煤炭科學研究總院，北京 100013）

1.概述

轉子式混凝土噴射機是一種風動混凝土支護施工設備，在煤礦巖巷工程領域得到了廣泛的使用。由于設備工作的過程中，隨著轉子的轉動產(chǎn)生強度不變的周期性噪聲，給機具周圍的上料人員和控制人員在生理上和心理上帶來很大的危害，煤炭行業(yè)標準MT/ T547-2006《轉子式混凝土噴射機》對其噪聲的限值做出了詳細的規(guī)定。轉子式混凝土噴射機的噪聲源主要由機械傳動系統(tǒng)、液壓潤滑系統(tǒng)和電機三個部分組成，其中機械傳動系統(tǒng)是主要噪聲源。

2 機械傳動系統(tǒng)噪聲

轉子式混凝土噴射機的傳動系統(tǒng)為齒輪傳動系統(tǒng)，由電機、全閉式齒輪減速器、輸出軸組成，輸出軸帶動轉子體及其襯板在結合板上旋轉。減速器齒輪在嚙合過程中產(chǎn)生的節(jié)線沖力和嚙合沖力是齒輪振動和噪聲的激振源，在齒輪動態(tài)嚙合力作用下系統(tǒng)的各零部件會產(chǎn)生強制振動，這些振動所產(chǎn)生的聲輻射是閉式齒輪傳動的主要聲源。轉子式混凝土噴射機齒輪傳動機構噪聲傳播的兩種路徑如下：

I自鳴噪聲：減速器齒輪體振動——減速器傳動軸——支座振動——齒輪箱及機體振動輻射噪聲。

II扭振噪聲：減速器齒輪交變負荷——轉子體傳動軸彎曲振動——軸承動負荷——齒輪箱及機體輻射噪聲。

在轉子式混凝土的工作原理方面，帶有襯板的轉子以一定的轉速旋轉，而結合板在襯板上固定不動，結合板上連接有進風管和出料彎頭，當轉子中裝有物料的各個料腔轉動到與出料彎頭相通時，物料通過出料彎頭和料管輸送到噴嘴，通過壓氣的作用下在噴嘴處噴射出去。由襯板和結合板組成的密封副起到壓氣和物料的作用，由于結合板和襯板存在相對運動，在此程中產(chǎn)生的摩擦噪聲也是整機噪聲過高的重要因素。

3 液壓噪聲和電機噪聲

圖2.1 整機噪聲故障樹

轉子式混凝土噴射機的液壓噪聲主要是減速器潤滑油箱產(chǎn)生的氣穴噪聲,隨著齒輪嚙合對液壓油的攪動以及輪齒周圍壓力、溫度的變化，原來溶解在油液中的空氣分離出來形成大量的氣泡，氣泡在壓力油的沖擊下迅速潰滅，并以壓力波的形式向周圍傳播，產(chǎn)生振動和噪聲。其傳播路徑如下：

減速器輪齒嚙合沖擊——齒輪箱內介質擾動——齒輪箱輻射噪聲。電機噪聲產(chǎn)生的主要原因有：電機缺相、軸承損壞、潤滑不足或者雜質、風葉碰撞風罩、定子繞組接線錯誤等。

4 噪聲控制

4.1 機械傳動系統(tǒng)的噪聲控制

機械傳動系統(tǒng)是轉子式混凝土噴射機產(chǎn)生噪聲的主要原因，包括齒輪傳動系統(tǒng)噪聲和襯板摩擦噪聲兩個方面。產(chǎn)生齒輪噪聲的齒輪本身結構系統(tǒng)因素分為原理性因素和誤差因素，原理性因素是指齒輪參數(shù)因素和制造精度因素，誤差因素對噪聲的作用主要取決于齒輪的加工和傳動系統(tǒng)的整體安裝精度。根據(jù)統(tǒng)計，在齒輪傳動產(chǎn)生噪聲的全部原因中，裝配情況占15%，加工精度占30%，設計參數(shù)占35%，使用占20%。由于提高加工精度所需的成本相對較高，因此應該重點從優(yōu)化齒輪參數(shù)以及提高齒輪、齒輪傳動軸、軸承、齒輪箱體、轉子體傳動軸等傳動系統(tǒng)零部件的裝配精度等方面來降低傳動系統(tǒng)的噪音。優(yōu)化齒輪參數(shù)應主要考慮以下幾個方面：

(1)選用斜齒圓柱齒輪；

(2)采用小模數(shù)，降低圓周速度；

(3)采用非整數(shù)比傳動，避免周期性振動；

(4)適當增大重合度，減小齒面的單位壓力；

(5)齒形修緣，減小齒輪彎曲變形引起的瞬間頂撞；

(6)降低齒面粗糙度。

襯板和結合板的材質選擇方面，應在滿足硬度、韌性、耐磨性的基礎上，選用質量輕、摩擦系數(shù)低的材質。另外，應合理調節(jié)結合板壓緊力的大小，若壓緊力過大不僅會使摩擦噪聲上升，也會因摩擦力過大而產(chǎn)生機體二次共振噪聲，同時加劇結合板的磨損；若壓緊力過小，襯板和結合板起不到密封副的作用，影響機具的正常使用性能。

4.2 阻尼控制

在噴射機工作過程中，機體可以看成是一個隨減速器齒輪嚙合、分離構成的彈性振動系統(tǒng)，圖1為機體的力學振動模型：m為機體質量；K為彈簧剛度； 為阻尼系數(shù)。利用阻尼降噪技術降低機體的頻率相同時會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，導致二次激發(fā)噪聲的產(chǎn)生。對于這類零件可以將高阻尼材料附著在結構件表面，提高其阻尼系數(shù) ，以耗散結構件的能量實現(xiàn)減振降噪的目的。噪聲，即利用阻尼材料阻尼能耗的特性，將噴射機的振動能及聲振能轉變成熱能或者其他可以耗損的能量，提高機器機構的抗振性，增強系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性，降低機體的噪聲。轉子式混凝土噴射機噪聲的阻尼控制應主要從以下兩個方面考慮：

圖4.1 力學振動模型

（1）提高減速箱齒輪體阻尼系數(shù)，可以采用在輪體側面鉆消聲空塞入阻尼材料、輪體上鑲裝阻尼環(huán)等方法；

（2）由于轉子式混凝土噴射機板殼類零部件較多，因此應特別注意板殼類零件的二次激發(fā)噪聲，這類零件受來自機體的振動而形成新的振動源，當其固有頻率與所受振動

結語

（1）機械傳動系統(tǒng)是轉子式混凝土噴射機的主要噪聲源，應主要從合理設計齒輪參數(shù)、提高傳動零部件裝配精度、合理調整結合板壓緊力三個方面來控制該噪聲源的產(chǎn)生。

（2）對于噴射機的二次激發(fā)噪聲應采用阻尼控制技術，提高機體、板殼類零件的阻尼系數(shù)以實現(xiàn)減振降噪的目的。

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