孫兆永,夏千里,張翱,孟濤,竇水海,1c,劉鋒,杜艷平,1c
印刷裝備振動噪聲特性研究綜述
孫兆永1a,夏千里1b,張翱1a,孟濤1a,竇水海1b,1c,劉鋒2,杜艷平1b,1c
(1.北京印刷學(xué)院 a.基礎(chǔ)教育學(xué)院應(yīng)用物理與波動工程實(shí)驗(yàn)室 b.機(jī)電工程學(xué)院 c.新聞出版領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究與服務(wù)綜合實(shí)驗(yàn)室, 北京 102600;2.東方振動和噪聲技術(shù)研究所,北京 100085)
綜述印刷裝備振動噪聲特性及其在故障診斷方面的研究進(jìn)展。通過文獻(xiàn)調(diào)研,了解當(dāng)前學(xué)術(shù)界對印刷裝備振動噪聲特性的認(rèn)知情況,包括印刷企業(yè)噪聲危害、印刷裝備結(jié)構(gòu)振動特性、印刷機(jī)噪聲輻射,以及基于結(jié)構(gòu)振動及噪聲輻射的印刷裝備故障診斷等方面的研究現(xiàn)狀,并展望其發(fā)展前景。目前對印刷裝備的結(jié)構(gòu)及聲輻射特性的研究還處于初級階段,尚未系統(tǒng)地對印刷設(shè)備的聲振特性進(jìn)行分析,針對印刷設(shè)備的降噪技術(shù)尚未起步。探討印刷裝備聲振特性的研究進(jìn)展將有助于研究者更好地了解及開展印刷裝備降噪技術(shù),以及推進(jìn)印刷裝備故障診斷技術(shù)研究的發(fā)展。針對印刷機(jī)結(jié)構(gòu)聲振機(jī)理的研究和分析具有較高的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值,該項(xiàng)研究會成為印刷裝備降噪技術(shù)及故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)。
印刷機(jī);振動;噪聲;故障診斷
印刷產(chǎn)業(yè)是我國新聞出版業(yè)的重要組成部分,同時(shí)具有文化業(yè)和制造業(yè)屬性,已經(jīng)滲透在教育、傳媒、包裝、機(jī)械制造等多個(gè)影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的領(lǐng)域中,是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)支撐。我國印刷業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃提出,在“十四五”期間將繼續(xù)推動我國印刷業(yè)“綠色化、數(shù)字化、智能化、融合化”的快速發(fā)展,快速穩(wěn)健地實(shí)現(xiàn)從印刷大國到印刷強(qiáng)國的重大突破。根據(jù)“十四五”發(fā)展規(guī)劃,在2025年底我國印刷業(yè)總產(chǎn)值將超過1.4萬億元,同比增加3.5%,繼續(xù)保持第二印刷大國的領(lǐng)先地位[1-3]。印刷技術(shù)極大地豐富和方便了人們的生活,同時(shí)也面臨嚴(yán)峻的噪聲問題,印刷工人長期在高分貝噪聲環(huán)境中工作,可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的健康問題,如聽力損失、睡眠障礙、疲勞、高血壓、心血管疾病、認(rèn)知障礙等[4-6]。
印刷機(jī)是印刷業(yè)最重要的生產(chǎn)設(shè)備,主要由傳動、輸紙、定位、傳紙、印刷、輸墨、潤濕、收紙等部件和控制系統(tǒng)組成。印刷機(jī)的轉(zhuǎn)動速度可達(dá)20 000 r/h,其在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生較強(qiáng)的振動和噪聲輻射。此外,由于長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)造成的機(jī)械磨損會導(dǎo)致振動和噪聲的進(jìn)一步加強(qiáng),因此印刷機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲輻射是印刷企業(yè)噪聲水平過高的主要原因。印刷機(jī)振動和噪聲除了對工作人員的身心健康產(chǎn)生影響之外,還會對印刷機(jī)的構(gòu)件壽命、印刷產(chǎn)品的質(zhì)量等產(chǎn)生影響。此外,印刷機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件繁多,其中傳動、輸紙、印刷等部分均會產(chǎn)生嚴(yán)重的振動和噪聲,這增加了識別印刷機(jī)振動噪聲的難度,為控制振動與噪聲帶來一定的困難。另一方面,印刷設(shè)備在正常工作時(shí)會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動和聲輻射,振動和聲信號與設(shè)備的工作狀況緊密相關(guān)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障(如軸承嚴(yán)重磨損、中心滾筒壓力異常等)時(shí),往往會伴隨著異常的振動及聲學(xué)信號。通過對印刷單元的振動及聲學(xué)信號進(jìn)行研究分析,總結(jié)和歸納不同故障對應(yīng)的振動及聲學(xué)信號特征,能夠較好地實(shí)現(xiàn)印刷設(shè)備的故障診斷。
文中立足于印刷設(shè)備的振動及聲學(xué)特性,對印刷企業(yè)噪聲污染,印刷裝備振動及噪聲特性,以及印刷裝備基于振動及聲信號的故障診斷技術(shù)等方面進(jìn)行調(diào)研,并對當(dāng)前的研究成果進(jìn)行綜述,分析印刷設(shè)備的聲振特性研究趨勢及當(dāng)前研究還存在的問題,擬為后期的研究提供一定的參考。
在印刷包裝行業(yè)工作過程中面臨著嚴(yán)峻的職業(yè)危害,危害來源主要包括有毒物質(zhì)、粉塵、車間噪聲等,可能會對工作人員的身心健康造成嚴(yán)重影響。根據(jù)國內(nèi)外的研究報(bào)告,多數(shù)印刷企業(yè)的噪聲水平過高,印刷工人長期在高分貝噪聲環(huán)境中工作,導(dǎo)致嚴(yán)重的聽力損失[7-13]。除此之外,長期在高水平噪聲環(huán)境中工作可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的健康問題,如睡眠障礙、疲勞、高血壓及心血管疾病等。
張小會等[14]對上海市的5家印刷企業(yè)進(jìn)行了衛(wèi)生學(xué)調(diào)查和監(jiān)測,結(jié)果表明,印刷企業(yè)可能產(chǎn)生的主要職業(yè)病危害因素包括有毒物和噪聲。盡管被調(diào)研企業(yè)在噪聲控制方面一直做得較好,但車間噪聲仍高達(dá)94 dB的水平。張麗麗[15]對膠印車間包括噪聲在內(nèi)的職業(yè)危害因素進(jìn)行了檢測和分析,利用TOPSIS方法進(jìn)行建模,通過職業(yè)危害綜合控制決策方法分析,提出了優(yōu)化方案。曾雪嬌等[16]對上海普陀區(qū)的25家印刷企業(yè)的職業(yè)衛(wèi)生現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,指出噪聲超標(biāo)率為39.58%,其中大型印刷企業(yè)的噪聲超標(biāo)率高達(dá)90%,接觸噪聲的作業(yè)人員的職業(yè)健康檢查率為74.20%,表明噪聲為上海市普陀區(qū)印刷企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高的職業(yè)病危害因素,是職業(yè)衛(wèi)生監(jiān)督管理和職業(yè)病防治的重點(diǎn)方向。伍家琪等[17]對北京某印刷企業(yè)的調(diào)研結(jié)果表明,該企業(yè)車間內(nèi)某些檢測點(diǎn)的噪聲嚴(yán)重超標(biāo),主要集中在印刷機(jī)進(jìn)紙、出紙等2個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)崗位,并提出可通過佩戴降噪耳機(jī)及對關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行物理降噪等方法來降低噪聲污染帶來的職業(yè)傷害。當(dāng)印刷車間的多臺印刷設(shè)備共同工作時(shí),印刷設(shè)備噪聲輻射所產(chǎn)生的聲場較復(fù)雜,對于低頻噪聲可以把印刷設(shè)備看作點(diǎn)源。Lomen等[18]通過Softnoise軟件計(jì)算了印刷設(shè)備位于不同位置時(shí)印刷車間噪聲聲場的分布情況,結(jié)果表明,可以通過控制印刷設(shè)備的位置來實(shí)現(xiàn)車間噪聲的抑制。
由于印刷企業(yè)的噪聲污染往往伴隨著有毒溶劑污染,如甲苯、二甲苯等,因此有毒溶劑和噪聲污染共同對工作人員的影響是一個(gè)值得探究的課題。Mhamdi等[19]對軟包裝印刷機(jī)中溶劑和噪聲的共同作用情況進(jìn)行了人機(jī)工程學(xué)評估,指出有機(jī)溶劑和噪聲的共同作用造成了恐慌和焦慮氣氛,尤其對接觸有毒物質(zhì)處理超過20年且接觸高噪聲水平的老年操作人員。Alabdulhadi等[20]對印刷企業(yè)中工人的個(gè)體噪聲暴露水平進(jìn)行了評估,在該研究中,通過讓104個(gè)工人都佩戴噪聲劑量計(jì)的方式,對每個(gè)人的噪聲暴露情況做了評估。計(jì)算機(jī)制版機(jī)操作員的平均噪聲暴露水平約為75 dB(A), 很少有超過85 dB(A)的。膠版印刷機(jī)操作人員多處于高于85 dB(A)的噪聲環(huán)境中。操作卷筒紙膠印機(jī)的工作人員有一半以上的時(shí)間處于高于85 dB(A)的噪聲環(huán)境。這里的A指A計(jì)權(quán)噪聲,噪聲聲壓級測量有Z、A、C頻率計(jì)權(quán)3種方法,其中A計(jì)權(quán)法最能反應(yīng)人耳對噪聲的主觀感知。Gamze等[21]對數(shù)十家印刷企業(yè)的不同環(huán)境做了噪聲水平測試,從每家公司中選出1名在其中一家公司工作至少10年且從未使用過個(gè)人防護(hù)設(shè)備的工人,并進(jìn)行了聽力測試,將測試結(jié)果與沒有聽力損失的工人的聽力圖進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),長期處于噪聲環(huán)境的印刷工人存在嚴(yán)重的聽力損失,見圖1a、b。Cabello?Lopez等[22]通過對墨西哥城一家印刷廠的印刷工人進(jìn)行聽力測試,研究和分析了工人的聽力狀況與工齡之間的關(guān)系。在該項(xiàng)研究中,研究者設(shè)計(jì)了2組樣本,分別為176名處于噪音和有機(jī)溶劑(包括二甲苯)中的男性印刷工人和103名未暴露噪聲和有機(jī)溶劑的男性工人,用純音測聽法評估了2組樣本的聽閾。結(jié)果表明,2組樣本表現(xiàn)出明顯的聽力閾值差異,隨著工齡的增加,聽力閾值更差,見圖1c、d。
以上研究對印刷企業(yè)的噪聲污染水平及對印刷工人的職業(yè)傷害進(jìn)行了深入的評估和分析,為印刷工人職業(yè)保護(hù)提供了可靠的理論依據(jù),同時(shí)也為印刷設(shè)備振動與噪聲控制的必要性提供了科學(xué)依據(jù)。
我國學(xué)者在20世紀(jì)80—90年代對印刷設(shè)備的振動及噪聲做了一定研究,提出了相應(yīng)的減振降噪方案[23-26]。由于技術(shù)較簡單、降噪設(shè)備較重,無法適用于當(dāng)前功能日益豐富、振動噪聲機(jī)制更加復(fù)雜的印刷設(shè)備噪聲控制,因此需要進(jìn)一步深入開展相關(guān)研究,研究新的降噪技術(shù)方案。楊家華等[27]對某國產(chǎn)印刷機(jī)和某國外名牌印刷機(jī)的印刷機(jī)體和印刷滾筒進(jìn)行了振動測試與分析,結(jié)果表明,在印刷機(jī)高速工作時(shí)結(jié)構(gòu)共振會激發(fā)較強(qiáng)的振動和噪聲。隨后采用有限元方法對印刷機(jī)的重要零件(印刷機(jī)機(jī)座和滾筒)進(jìn)行了模態(tài)分析[28],為印刷設(shè)備的振動和噪聲控制提供了理論基礎(chǔ)。
圖1 印刷設(shè)備噪聲對印刷工人聽力的影響
由于印刷機(jī)滾筒振動不僅會產(chǎn)生噪聲輻射,也會影響印刷品的質(zhì)量,因此研究者陸續(xù)對印刷機(jī)滾筒做了更深入的振動分析與測試,為優(yōu)化和改進(jìn)滾筒結(jié)構(gòu)、抑制印刷機(jī)振動等提供了參考[29-33]。印刷機(jī)滾筒在工作時(shí)會承受較大的載荷,因此滾筒的力學(xué)屬性發(fā)生了一些變化,這會對滾筒振動的固有頻率和振動模態(tài)產(chǎn)生一定的影響。Lei等[34]建立了柔版印刷機(jī)中心滾筒的三維結(jié)構(gòu)模型,通過有限元軟件建立了滾筒的動力學(xué)模型,分析了靜壓缸兩端簡支系統(tǒng)的振動特性,比較了中心壓缸的各種模型形狀,并針對中心壓印滾筒的旋轉(zhuǎn)動載荷,分析了滾筒在動載荷作用下的固有頻率和振型的演變規(guī)律,如圖2所示。
Hou等[35-36]考慮了柔板印刷機(jī)中心滾筒內(nèi)部循環(huán)冷卻水對滾筒振動特性的影響,構(gòu)建了包含流體的滾筒有限元模型,對其進(jìn)行了模態(tài)分析,并指出循環(huán)冷卻水對中心壓印缸的振動特性有著重要影響,如圖3所示。由于冷卻水的存在,滾筒的固有頻率大大降低,振動得到顯著改善。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有限元法得到的模態(tài)參數(shù),誤差小于5%,證明了中心滾筒有限元模型的正確性。該研究可作為柔性版印刷機(jī)中心滾筒設(shè)計(jì)和振動特性分析的一種經(jīng)濟(jì)可靠的方法。
Greco等[37]在印刷機(jī)中使用了內(nèi)置的減振器,能夠快速降低滾筒沖擊間隙后的瞬時(shí)振動峰值。Pyryev等[38]對平版印刷機(jī)的印刷單元進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,研究了滾筒間隙沖擊對印版和橡皮滾筒振動的影響,以及滾筒軸承對印刷單元穩(wěn)定性的影響。
為了研究膠印機(jī)中氣動輸送紙張的流致振動特性,Sidlof等[39]建立了柔性薄板與單側(cè)軸向窄通道氣流之間流固耦合的數(shù)學(xué)模型。該模型主要由離散質(zhì)量鏈、扭轉(zhuǎn)彈簧和阻尼器及無質(zhì)量剛性桿等構(gòu)成。通過研究該模型發(fā)現(xiàn),較厚的紙張(定量為350 g/m2)不易受到流致振動的影響,而中等面積密度的紙張(定量為135 g/m2)理論上可以在16~36 m/s的低流速下進(jìn)入顫振失穩(wěn)。在噴嘴出口流速為50~100 m/s 的機(jī)器操作條件下,在頻率范圍為340~1 000 Hz的各種振動模式中,中等定量的紙張不穩(wěn)定,并且可以檢測到中等定量紙張?jiān)?00~2 000 Hz頻段的各種頻率下的劇烈振動和噪聲。通過穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn),在印刷機(jī)的氣動運(yùn)輸過程中,紙張的流致振動發(fā)生在高超臨界流速下,超臨界氣流瞬間發(fā)展。該研究可用于評估承受軸向氣流短脈沖的薄板對流致振動的敏感性。
圖2 印刷機(jī)中央壓印滾筒轉(zhuǎn)動時(shí)的動態(tài)特征[34]
齒輪?滾柱?軸承系統(tǒng)是印刷機(jī)最常見、最重要的動力系統(tǒng)(如圖4a—b所示),它的動力學(xué)特性直接影響印品的印刷精度、印刷速度和印刷質(zhì)量。同時(shí),增加該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度時(shí),也會加劇設(shè)備的振動和噪聲。利用有限元分析和實(shí)驗(yàn)測試手段可以有效地對齒輪?滾筒?軸承系統(tǒng)的動力學(xué)特性進(jìn)行研究[40],研究結(jié)果表明,設(shè)備的振動加速度隨著、、方向轉(zhuǎn)速的增加而增加,齒輪傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的動態(tài)激勵是高速條件下的主要振動源,尤其是前兩階諧波。
張磊等[41]對印刷機(jī)的傳動系統(tǒng)進(jìn)行了測試和分析,得到了印刷機(jī)零部件故障因素對振動的影響。Buck等[42]介紹并討論了單張膠印機(jī)中的非線性扭轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象。Messer等[43]測試并分析了印刷機(jī)驅(qū)動帶誘發(fā)的扭轉(zhuǎn)振動,指出當(dāng)驅(qū)動帶轉(zhuǎn)動頻率與印刷機(jī)本征頻率相同時(shí)會引發(fā)劇烈的振動,并利用主動控制方法成功地抑制了該類振動。Norrick等[44]和Neeb等[45]基于力學(xué)模型對印刷機(jī)的扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行了精密計(jì)算,并基于此模型研究了扭轉(zhuǎn)振動對印品質(zhì)量的影響。
圖4 齒輪?滾筒?軸承系統(tǒng)[40]
Wang等[47]針對單張紙膠印機(jī)紙張傳動系統(tǒng)振動強(qiáng)、噪聲大等問題,對紙張傳動系統(tǒng)的振動和噪聲進(jìn)行了同步測量,并指出紙張傳動系統(tǒng)的噪聲主要由叼紙牙和開合齒振動所致,會影響印品的質(zhì)量。印刷機(jī)的功能越來越豐富,因此其工作功率也不斷提升,這可能會加重設(shè)備的噪聲輻射。韓國學(xué)者Gu等[48]評估了平版印刷機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)等印刷設(shè)備的輸出功率對噪聲輻射的影響,并指出在印刷機(jī)工作功率由36 750 W增至7 350 W時(shí),噪聲的聲功率級會增加約1.3 dB;印刷機(jī)的印刷速度每提高1 000張/h,印刷機(jī)的聲功率級約增加1.0 dB。張杰[49]對某印鈔企業(yè)的凹印印刷設(shè)備噪聲狀況進(jìn)行了分析,研究發(fā)現(xiàn),通過定期對印刷設(shè)備進(jìn)行周期性、規(guī)律性的維修保養(yǎng),對振動較劇烈的部位進(jìn)行加固,及時(shí)更換老化受損零部件等措施可以使振動問題得到減緩。此外,在印刷車間的墻壁上布置多孔材料,可以降低室內(nèi)噪聲水平,該方法僅減弱了墻壁對噪聲的反射,未從結(jié)構(gòu)噪聲輻射源頭進(jìn)行降噪,因此其降噪效果有限。
國內(nèi)外學(xué)者對印刷機(jī)的振動及噪聲特性進(jìn)行了分析與研究,對印刷機(jī)的振動與噪聲控制具有一定的指導(dǎo)意義,但研究的模型較簡單,且缺乏對印刷機(jī)的聲傳播特性、聲振耦合機(jī)理及結(jié)構(gòu)聲輻射等問題的系統(tǒng)分析,不能直接用于印刷設(shè)備的噪聲控制。為了更好地實(shí)現(xiàn)印刷機(jī)降噪目標(biāo),一方面需要在前人的基礎(chǔ)上開展印刷機(jī)結(jié)構(gòu)聲振機(jī)理的研究和分析;另一方面需研究適用于印刷設(shè)備的低頻寬帶降噪技術(shù)。
印刷機(jī)的振動及聲學(xué)信號與印刷單元工作狀況有著密切關(guān)系。當(dāng)印刷機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),其振動及聲信號往往會出現(xiàn)異常,故障出現(xiàn)的位置及故障原因?qū)π盘柼卣鞫加兄^大的影響,因此可以通過提取和分析印刷機(jī)振動和聲輻射信號來判斷故障的特征和故障類型,從而實(shí)現(xiàn)印刷設(shè)備的故障診斷[50-53]。
徐倩倩[51]研究了印刷裝備滾動軸承的振動特性(如圖6所示),測試了軸承不同故障的振動信號,開展了基于滾動軸承振動特性的故障診斷研究,提出了頻譜細(xì)化表征、自適應(yīng)特征流形學(xué)習(xí)、非高斯分?jǐn)?shù)低階特征提取新算法等,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。
圖5 微接觸印刷系統(tǒng)腹板振動抑制實(shí)驗(yàn)
圖6 印刷裝備滾動軸承的振動特性
Kulikov[54]分析了印刷單元的振動特性,并通過分析振動信號獲取了印刷單元振動特征與印刷圖像的關(guān)系。Li等[55]根據(jù)膠印機(jī)墨輥軸承的聲信號特征,建立了印刷機(jī)故障識別的聽覺模型,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法用于印刷機(jī)墨輥軸承故障診斷的有效性。針對高速印刷機(jī)高背景噪聲下滾動軸承信號較差的問題,Zhang等[56]提出了集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)J椒纸猓‥EMD)和頻譜峰度(SK)相結(jié)合的故障診斷方法,利用EEMD將滾動軸承故障振動信號分解為不同特征尺度下的多個(gè)固有模態(tài)函數(shù)。通過降噪原則去除固有模式函數(shù)的虛假信號,構(gòu)造新的故障信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改進(jìn)的EEMD與SK相結(jié)合的方法比傳統(tǒng)的EEMD和包絡(luò)分析方法更有效,提高了印刷機(jī)軸承的故障識別率。Xu等[57]提出了一種基于時(shí)頻圖像和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的印刷機(jī)滾動軸承故障診斷方法,該方法主要基于短時(shí)傅里葉變換、連續(xù)小波變換和小波分解,采用時(shí)頻分析將一系列振動信號轉(zhuǎn)換為時(shí)頻圖像。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以自動提取圖像特征,保證特征信息的完整性,通過時(shí)頻分析和CNN建模,利用連續(xù)小波變換實(shí)現(xiàn)了印刷機(jī)滾動軸承故障的診斷,準(zhǔn)確率高達(dá)95%以上。印刷機(jī)的輥?zhàn)酉到y(tǒng)具有復(fù)雜的振動特性,Zhang等[58]為了解決印刷機(jī)滾動軸承的強(qiáng)非平穩(wěn)性和復(fù)雜特性分析問題,提出了一種基于小波變換和符號化的故障診斷方法。該方法首先采用經(jīng)驗(yàn)小波變換分析來自印刷機(jī)滾動軸承的振動信號,提取敏感分量并用于符號分析,采用符號方法分析和表達(dá)了各分量的極值規(guī)律,提出了基于極值的熵特征。通過對油墨輥中的滾動軸承進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該方法成功地識別了印刷機(jī)軸承的不同故障。該研究也可應(yīng)用于涂布機(jī)、壁紙機(jī)等具有相似滾筒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備。
以上研究者根據(jù)印刷機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的振動及聲學(xué)信號特征,建立了基于印刷設(shè)備振動及聲學(xué)特性的故障診斷策略,并取得了一定的成果,為印刷設(shè)備故障診斷技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用提供了理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。同時(shí)應(yīng)注意到,當(dāng)前缺乏對印刷機(jī)的結(jié)構(gòu)振動、聲輻射、聲振耦合等問題的系統(tǒng)研究,這對印刷設(shè)備的故障診斷技術(shù)發(fā)展造成了一定阻礙,因此針對印刷設(shè)備的振動和聲學(xué)特性的深入研究具有較深的工業(yè)價(jià)值。同時(shí),值得注意的是,近些年發(fā)展起來的聲學(xué)超材料[59-63]降噪技術(shù)具有亞波長尺度,相較于傳統(tǒng)降噪技術(shù),有望解決低頻噪聲治理難的困境,或許在印刷設(shè)備振動噪聲控制方面能夠發(fā)揮較大價(jià)值。
基于印刷設(shè)備振動噪聲特性這一課題,對印刷企業(yè)噪聲污染,印刷設(shè)備振動及噪聲特性,基于印刷單元振動及聲學(xué)信號的印刷設(shè)備故障診斷技術(shù)等方面進(jìn)行了闡述。研究發(fā)現(xiàn),目前在印刷設(shè)備的振動和聲學(xué)特性方面還需進(jìn)行更深入、更系統(tǒng)的研究,尤其是印刷設(shè)備的聲振機(jī)理、噪聲輻射特性等方面。對印刷設(shè)備聲振特性的深入研究具有以下學(xué)術(shù)及工業(yè)價(jià)值。
1)印刷設(shè)備的聲振特性是印刷機(jī)降噪技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著對印刷設(shè)備聲振特性的深入研究,可以針對印刷設(shè)備的聲振特性,采用近期較為熱門的聲學(xué)超材料降噪技術(shù)對印刷機(jī)進(jìn)行噪聲控制,從而解決印刷企業(yè)噪聲污染較重的問題。
2)印刷單元的振動特性為印刷設(shè)備零部件的設(shè)計(jì)提供了力學(xué)及振動方面的參考,可以有效避免在高速轉(zhuǎn)動時(shí)出現(xiàn)的共振現(xiàn)象,從而優(yōu)化印刷單元的力學(xué)性能。
3)深入、扎實(shí)地研究振動及聲學(xué)特性是印刷設(shè)備故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ),根據(jù)印刷設(shè)備的振動和聲輻射特征,可以利用傳聲器陣列對印刷機(jī)的異常信號進(jìn)行定位、診斷,從而實(shí)現(xiàn)高效的印刷設(shè)備故障診斷。
目前,針對機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)振動聲輻射問題的常用手段包括有限元法、邊界元法、統(tǒng)計(jì)能量分析法、有限元?統(tǒng)計(jì)能量分析法、邊界元?統(tǒng)計(jì)能量分析法、有限元?邊界元法等。在后期的研究工作中可以根據(jù)印刷裝備不同頻段對應(yīng)的聲振特性問題,采取合適的方法開展相關(guān)研究,建立印刷機(jī)結(jié)構(gòu)振動聲輻射模型,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)提升模型的精確度,為印刷設(shè)備降噪技術(shù)及故障診斷技術(shù)提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
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Research Progress on Vibration and Noise Characteristics of Printing Press
SUN Zhao-yong1a,XIA Qian-li1b,ZHANG Ao1a, MENG Tao1a, DOU Shui-hai1b,1c, LIU Feng2, DU Yan-ping1b,1c
(1. a. Laboratory of Applied Physics and Wave Engineering, School of Basic Education b. School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing Institute of Graphic Communication c. Comprehensive Laboratory for Key Technology Application Research and Service in the Field of Press and Publication, Beijing 102600, China; 2. China Orient Institute of Noise & Vibration, Beijing 100085, China)
The work aims to overview the research progress on vibration and noise characteristics of printing presses and their diagnosis. Literature research was conducted to understand the current academic cognition on vibration and noise characteristics of printing presses, including the noise hazard of printing enterprises, the structural vibration characteristics of printing presses, the noise radiation of printing presses, and the fault diagnosis of printing presses based on structural vibration and noise radiation. Its development prospect was also outlined. According to the review, it was found that current researches on structure and acoustic radiation of printing presses were still at a relatively preliminary stage. There was still a lack of systematic analysis on acoustic vibration characteristics of printing presses. Furthermore, research on noise reduction technology for printing presses has hardly started. Thus the review could help researchers better understand and carry out the research on noise reduction technology and noise based fault diagnosis technology of printing presses. The research and analysis on the mechanism of noise and vibration of printing machine structure has high academic significance and application value. It has the potentials to become the basis for noise reduction technology and fault diagnosis technology of printing presses.
printing press; vibration; noise; fault diagnosis
TB535; O327
A
1001-3563(2023)09-0232-11
10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.09.029
2022?07?15
北京印刷學(xué)院校級項(xiàng)目(Ed202206, 27170122003);北京市教育委員會?北京市自然科學(xué)基金聯(lián)合資助項(xiàng)目(KZ202210015019)
孫兆永(1987—),男,博士,講師,主要研究方向?yàn)槁晫W(xué)超材料、振動與噪聲控制。
劉鋒(1985—),男,博士,高級工程師,主要研究方向?yàn)檎駝釉肼曋鲃涌刂?;杜艷平(1971—),女,博士,教授,主要研究方向?yàn)橛∷C(jī)動力學(xué)特性、智能制造。
責(zé)任編輯:彭颋