錘片式秸稈加工機械噪聲研究

■ 高 波 翟之平 蘭月政 趙 宇 周 強

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051）

農(nóng)作物秸稈資源化利用有利于推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)作物秸稈資源化利用有多種形式，秸稈經(jīng)過揉絲、粉碎、鍘切等多種加工方式處理后可以作為飼料飼喂牲畜，也可以還田作為肥料以及栽培食用菌使用，還可以作為工業(yè)原料或燃料等使用。對秸稈進行多種加工的機械主要有錘片式秸稈揉絲機、秸稈粉碎機、秸稈鍘草機以及多功能秸稈加工機械。

目前，錘片式秸稈加工機械普遍存在振動與噪聲大的問題。國外學(xué)者Carmine[1]早在1980 年研究發(fā)現(xiàn)錘片式粉碎機存在噪聲大的問題，噪聲高達100 dB（A）。國內(nèi)學(xué)者王娟等[2]實測發(fā)現(xiàn)錘片式秸稈揉碎機噪聲高達100～110 dB（A）。不僅影響工作人員的身心健康與工作環(huán)境，而且制約了該類機械向高品質(zhì)方向發(fā)展。

文章主要對錘片式秸稈加工機械噪聲特點、噪聲基礎(chǔ)理論與方法研究現(xiàn)狀以及錘片式秸稈加工機械研究現(xiàn)狀進行闡述與分析，在此基礎(chǔ)上對該類機械噪聲進行總結(jié)與展望，為錘片式秸稈加工機械降噪及減振設(shè)計提供參考與借鑒。

1 錘片式秸稈加工機械噪聲特點與產(chǎn)生原因

錘片式加工機械所產(chǎn)生的噪聲主要分為氣動噪聲與振動噪聲[3-4]。其中氣動噪聲是引起噪聲的主要來源[5]。王娟等[2]進一步分析表明錘片式秸稈揉碎機的氣動噪聲主要由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)擾動內(nèi)部流場引起的離散噪聲以及流場中的渦流和邊界層的吸附與分離引起的寬頻噪聲組成。對于振動噪聲來說，由不平衡轉(zhuǎn)子經(jīng)內(nèi)流場傳遞到外殼或經(jīng)軸承傳遞到機架引發(fā)的噪聲一般是呈周期性變化的，噪聲為離散噪聲；而機器內(nèi)部秸稈物料與錘片、物料與機殼以及物料與物料間的碰撞引起的振動噪聲一般是隨機性的，頻率連續(xù)為寬頻噪聲[6]。

錘片式加工機械產(chǎn)生氣動噪聲的主要原因是高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的錘片、動刀以及拋扔葉片對氣流的規(guī)律性、周期性的擾動作用，使得轉(zhuǎn)子外表面和外殼內(nèi)表面產(chǎn)生氣流壓力脈動所形成的噪聲，屬于偶極子聲源[6]。此外，由轉(zhuǎn)子表面氣體的壓力和速度波動及漩渦脫離、破碎等原因引起的湍流噪聲屬于四極子聲源。錘片式加工機械氣動噪聲源主要以偶極子聲源與四極子聲源為主。引起錘片式秸稈加工機械的振動噪聲的主要振動源是不平衡轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心慣性力，轉(zhuǎn)子不平衡的原因之一是在滿足設(shè)計要求的平衡精度前提下允許的最大不平衡度；另一原因是機器工作一段時間后由于錘片不均勻磨損導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子不平衡。傳遞路徑之一是通過軸承傳遞到機體上引發(fā)振動并輻射噪聲，另一傳遞路徑是通過其內(nèi)流場傳遞到外殼內(nèi)壁引發(fā)外殼振動向外輻射噪聲。除此之外，秸稈、飼草等物料破碎過程中與氣流、錘片以及機殼等機械結(jié)構(gòu)相互作用、碰撞使得氣動與振動噪聲耦合[7]。

2 錘片式秸稈加工機械噪聲研究現(xiàn)狀

2.1 噪聲基礎(chǔ)理論研究現(xiàn)狀

振動噪聲和氣動噪聲是現(xiàn)代聲學(xué)研究的兩大分支。振動噪聲是研究固體振動激發(fā)的噪聲，氣動噪聲則是關(guān)注流體運動激發(fā)的噪聲。從17 世紀初，伽利略（Galileo Galilei）在研究單擺周期和物體振動中，展開了對聲學(xué)的系統(tǒng)研究。在此之后，幾乎所有杰出的物理學(xué)家都涉及一些對振動和聲的研究。德國著名聲學(xué)家克拉尼（Chladni）研究了聲音在各種氣體中的傳播，并于1802 年出版了《聲學(xué)》。19 世紀中葉，英國科學(xué)家瑞利勛爵（Lord Rayleigh）發(fā)表了《聲學(xué)原理》，該書對19 世紀以及前二三百年的聲學(xué)研究進行了歸納和總結(jié)，為現(xiàn)代聲學(xué)的研究奠定了基礎(chǔ)。在早期對振動噪聲的分析中，學(xué)者采用的是基于聲學(xué)基本方程通過特殊函數(shù)法和級數(shù)逼近的手段求解，但是這只適用于簡單的問題。后來，學(xué)者采用差分法離散連續(xù)方程獲得數(shù)值解，但是面對復(fù)雜結(jié)構(gòu)和復(fù)雜邊界條件的振動噪聲問題還是無能為力。隨著計算機的發(fā)展，有限元技術(shù)與邊界元技術(shù)出現(xiàn)，在分析振動噪聲時，由于結(jié)構(gòu)振動模態(tài)與聲輻射模態(tài)直接耦合，模態(tài)分析應(yīng)運而生。Borgiotti[8]、Photiais[9]與Elliott[10]等學(xué)者都為模態(tài)理論的發(fā)展做出了貢獻。對氣動噪聲來說，19世紀中葉，Navier 等推導(dǎo)出N-S 方程，該方程為了描述牛頓黏性流體運動規(guī)律并適用于層流運動和紊流運動，但對于紊流問題由于流體存在黏滯力的情況，使得該方程不便于求解[11]。N-S 方程的出現(xiàn)，為氣動噪聲的研究奠定了基礎(chǔ)。20 世紀中葉，學(xué)者Lighthill[12]為計算超音速飛機噴嘴處的氣動噪聲，考慮到黏滯力的存在造成求解困難，建立了聲學(xué)模擬理論，揭示出聲與流動相互作用的本質(zhì)，并由N-S 方程推導(dǎo)出了Lighthill方程。該方程建立了在自由空間下流場參數(shù)與聲波波動量之間的聯(lián)系，為氣動聲學(xué)的計算奠定了基礎(chǔ)。但是由于該理論基于介質(zhì)是靜止的假設(shè)，而實際上在脈動湍流區(qū)內(nèi)聲源和介質(zhì)都是運動的，并且流動剪切層內(nèi)的速度是非均勻的，使噪聲測試出現(xiàn)了一定的誤差。Curle 為使Lighthill 方程適用于考慮靜止固體邊界的情況，使用了基爾霍夫積分的方法。結(jié)果表明：固體邊界的作用可以等效為其邊界上分布著的單極子、偶極子與四極子源共同作用的結(jié)果[13]。為解決運動固體邊界對發(fā)聲的問題，在20 世紀中葉，F(xiàn)fowcs-Willams 和Hawkings 將Curle 理論推廣到可以計算任意運動狀態(tài)下任意形狀物體的聲輻射，即FWH 方程。由N-S 方程、Lighthill 方程、Curle 方程以及FW-H 方程基本構(gòu)成了氣動噪聲研究的理論基礎(chǔ)，由于計算機技術(shù)在聲學(xué)研究的大規(guī)模應(yīng)用，計算氣動噪聲的方法已經(jīng)演變成為以理論為基礎(chǔ)與計算機分析方法相結(jié)合，使噪聲的預(yù)測變得更加準確。

2.2 噪聲分析方法研究現(xiàn)狀

2.2.1 氣動噪聲分析方法研究現(xiàn)狀

計算氣動聲學(xué)（簡稱CAA）是一種基于數(shù)值模擬方法求解氣動聲學(xué)問題的方法。通過數(shù)值計算方法求解N-S 方程、歐拉方程等來求解非定常流動問題，進而確定聲源類型和強度等相關(guān)問題。早期的計算氣動聲學(xué)的研究工作主要解決計算流體力學(xué)中的低精度與無邊界反射問題。常見的計算氣動聲學(xué)求解方法主要包括直接聲學(xué)計算法和混合聲學(xué)計算法[14]。

直接聲學(xué)計算法是通過數(shù)值方法直接求解全場的Navier-Stokes 方程。由于為了將小尺度信息進行表達，直接法要求網(wǎng)格個數(shù)進行加多處理，造成計算量變得巨大。此外，聲場和流場之間存在巨大的信息差異，造成求解聲場所需的計算資源相較于流場計算更加龐大。因此，目前直接聲學(xué)計算法主要應(yīng)用于聲傳播的機理研究，在求解復(fù)雜聲學(xué)問題仍有很長的路要走。林大楷等[15]通過采用計算氣動聲學(xué)中的直接法對微孔共振腔吸聲機理進行了研究，分析表明，腔口處黏性耗散和渦脫落是吸聲的主要形式，且共振腔的吸聲性能在入射波為共振腔固有頻率時最優(yōu)。Egorov等[16]在對高超聲速氣流速度下層流-湍流轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象利用超級計算機進行了直接數(shù)值模擬。Sun等[17]通過采用直接數(shù)值模擬方法對不同攻角下棒-翼型繞流的聲學(xué)特性進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)隨著對攻角的增大，棒-翼構(gòu)型的復(fù)合渦結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化；當(dāng)對攻角為15°時，水翼尾流區(qū)復(fù)合渦結(jié)構(gòu)脫落引起的尾流噪聲影響變強。

混合聲學(xué)計算方法是將計算流體力學(xué)與計算氣動聲學(xué)相結(jié)合，即將計算流體力學(xué)在聲源產(chǎn)生區(qū)域的計算優(yōu)勢與計算氣動聲學(xué)適合遠場的特點結(jié)合，故混合計算方法相較直接聲學(xué)計算法的計算效率更高。其中在聲源區(qū)采用計算流體力學(xué)進行計算，而在聲場區(qū)采用聲類比法或聲波傳遞方程計算。李亮等[18]以某型號掃路車專用風(fēng)機為研究對象，采用聲比擬理論和計算流體力學(xué)法對其氣動噪聲進行研究，發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機的噪聲主要為低頻噪聲，吸力面的壓力脈動是其噪聲的主要來源，離散噪聲在氣動噪聲中所占的比重較大。李東旭等[19]采用了計算流體力學(xué)和計算聲學(xué)耦合方法對風(fēng)電葉片翼型進行氣動噪聲數(shù)值模擬，研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)電葉片氣動噪聲屬于寬頻噪聲和尾緣鋸齒對中低頻段的遠場氣動噪聲有比較明顯的降低效果。Nakhla[20]在針對割草機噪聲的研究中，采用了計算氣動聲學(xué)中的混合聲學(xué)計算方法進行了研究，并比較了數(shù)值模擬與實驗的結(jié)果，為割草機的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。朱茂桃等[21]在針對鋸齒結(jié)構(gòu)的車輛冷卻風(fēng)扇的噪聲研究中，通過計算流體力學(xué)和計算氣動聲學(xué)聯(lián)合仿真方法，對風(fēng)扇的氣動性能和氣動噪聲性能進行仿真預(yù)測。

分析氣動噪聲時，采用直接聲學(xué)方法能夠較為精準地預(yù)測近場噪聲，但需要在空間和時間上都采用非常精密的網(wǎng)格，為了確定噪聲頻譜分布規(guī)律，對計算時間與計算量都有較高的要求。該方法在模擬聲波對流場的反饋方面較混合聲學(xué)計算方法有其獨特的優(yōu)勢。因此，當(dāng)聲波對流場反饋可以忽略不計的情況下或者不需要較高的計算精度時，采用混合計算方法效率更高。反之，采用直接計算方法可以實現(xiàn)較高的精度。就錘片式秸稈加工機械而言，由于計算精度要求不是很高且不考慮聲波對流場的反饋，故更適合采用混合計算方法。

2.2.2 振動噪聲分析方法研究現(xiàn)狀

模態(tài)是機械結(jié)構(gòu)固有的振動特性，對模態(tài)進行分析，獲得其模態(tài)數(shù)據(jù)，有利于機械振動的減少，進而減少其振動噪聲。模態(tài)分析是在20世紀30年代在分析機械阻抗與導(dǎo)納開始發(fā)展的。最初的模態(tài)分析是在機械設(shè)備上施加正弦激勵使得機械產(chǎn)生振動來識別模態(tài)參數(shù)，但是由于計算機技術(shù)的限制，其識別精度受到很大的影響。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，模態(tài)分析已經(jīng)發(fā)展成為一套完整的分析結(jié)構(gòu)振動的技術(shù)。Kukil 等[22]通過建模與實驗的方法對內(nèi)燃機的振動響應(yīng)進行分析和預(yù)測。Bao等[23]采用了采用錘擊法對純電動汽車電機進行模態(tài)分析，得到各個模態(tài)的固有頻率并綜合對比分析結(jié)果，用于指導(dǎo)電機設(shè)計。Jin等[24]針對刮雪機變速箱產(chǎn)生過大噪音的問題，通過利用三維建模技術(shù)建立了變速箱的模型，并將其轉(zhuǎn)化為有限元模型進行模態(tài)分析。通過分析各振動模態(tài)的特點，確定了齒輪箱箱體最容易產(chǎn)生振動的位置。經(jīng)過多年的發(fā)展，模態(tài)分析已經(jīng)成為分析機械振動噪聲的必要手段之一。

諧響應(yīng)分析用于確定結(jié)構(gòu)在已知頻率和幅值的簡諧載荷作用下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，為振動噪聲計算提供聲學(xué)邊界條件。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，諧響應(yīng)分析逐漸衍生出多種方法，例如模態(tài)疊加法、完全法和縮減法。Guo 等[25]針對客車車身的振動與噪聲研究中，采用了有限元模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析方法，以避免車身板共振和車身板與車內(nèi)聲場耦合。王洪濤等[26]為了解制動器尖叫噪聲影響因素和發(fā)生機理，通過模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析相結(jié)合方法對其進行了研究。Il[27]為了研究肋板和材料變化對圓柱殼式變速箱降噪的影響，對不同材料的齒輪箱進行了模態(tài)和強迫諧響應(yīng)分析。施佳輝等[28]對某電動汽車盤式制動器進行了研究并采用了諧響應(yīng)分析的方法，得到不同阻尼比的制動盤振幅隨頻率的分布情況。

為了適應(yīng)對不同結(jié)構(gòu)、工況與不同激勵下的振動噪聲計算與分析，克服傳統(tǒng)計算方法隨振動結(jié)構(gòu)和激勵工況改變就需重新計算而使得計算量和時間非常巨大的弊端，聲傳遞向量（ATV）與模態(tài)聲傳遞向量（MATV）技術(shù)應(yīng)運而生，使得快速進行多工況載荷條件下的振動噪聲計算與結(jié)構(gòu)聲振優(yōu)化分析成為可能。ATV 與MATV 認為在小壓力干擾下，聲學(xué)方程是線性的，將結(jié)構(gòu)表面的振動與場點聲壓建立對應(yīng)關(guān)系，進而將結(jié)構(gòu)模態(tài)與場點聲壓建立起對應(yīng)關(guān)系。解建坤等[29]運用聲傳遞向量技術(shù)和模態(tài)聲傳遞向量技術(shù)，對車身結(jié)構(gòu)模態(tài)貢獻量進行了分析并預(yù)測了場點聲壓影響較大的車身結(jié)構(gòu)。趙亮亮[30]針對發(fā)動機輻射噪聲大的問題，通過模態(tài)聲傳遞向量技術(shù)與邊界元法，計算得到其的輻射噪聲響應(yīng)。Liu 等[31]為了降低齒輪箱的輻射噪聲，基于模態(tài)聲傳遞向量法對單級齒輪箱的輻射噪聲進行預(yù)測。除此之外，鄒平等[32]、楊誠等[33]和廖連瑩等[34]分別使用模態(tài)聲傳遞向量法和聲傳遞向量法對駕駛室、減速器殼體和電機進行輻射噪聲的分析。

振動噪聲的研究方法主要有模態(tài)分析方法、諧響應(yīng)方法以及ATV 與MATV 分析方法。模態(tài)分析方法適用于研究機械的固有頻率，為避免機械共振提供依據(jù)；諧響應(yīng)分析方法是為了計算特定載荷作用下機械振動的頻率，為振動噪聲計算提供邊界條件；而ATV與MATV 方法適用于在分析不同載荷情況下的振動噪聲，相較于諧響應(yīng)分析，有計算量小、效率高的特點，故對于錘片式秸稈加工機械等振動噪聲大且計算量大的機械有獨特優(yōu)勢。

2.3 錘片式秸稈加工機械噪聲研究現(xiàn)狀

錘片式秸稈揉碎機由我國自行研制，經(jīng)檢索，國外類似機械的研究未見報道。國內(nèi)早期對揉碎機噪聲方面的研究主要是通過試驗方法，具有代表性的研究工作主要有：李林等[5]通過試驗方法對內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的9R-40 型揉碎機的噪聲源及主要影響因素進行了研究，研究得出：錘片高速旋轉(zhuǎn)時對空氣的擾動引起的氣動噪聲是主要噪聲源；轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)對噪聲的產(chǎn)生有較大影響。王娟等[2]在此基礎(chǔ)上對該揉碎機的噪聲做了進一步研究。試驗研究表明：①空載和負載的主要噪聲源都是氣動噪聲；②拋送風(fēng)扇（拋送葉輪）旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動聲是噪聲的主要來源，其次是錘片，而導(dǎo)流板對噪聲的影響不大，齒板具有吸聲作用。隨著計算流體力學(xué)與機械結(jié)構(gòu)耦合噪聲分析方法的研究最新進展，使得數(shù)值計算錘片式秸稈加工機械氣動與振動噪聲成為可能。翟之平等[35]采用流固耦合及聲比擬理論對葉片式秸稈拋送裝置內(nèi)部非定常流動引起的外殼振動輻射噪聲進行了數(shù)值預(yù)測及試驗驗證。Lun 等[7]在針對秸稈揉碎機殼體的輻射噪聲研究中，采用計算流體力學(xué)-離散元耦合方法對其流場進行數(shù)值模擬；并對其殼體進行諧響應(yīng)分析；采用有限元和聲學(xué)邊界元相結(jié)合的試驗方法對其殼體振動噪聲進行預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn)：揉碎機殼體產(chǎn)生的振動噪聲隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的激勵頻率的變化而變化；振動噪聲在基頻處取得最大值，在諧頻處隨頻率增大而減??；入口處殼體的振動噪聲最大，振動輻射噪聲的主要噪聲源為旋轉(zhuǎn)的錘片式轉(zhuǎn)子的偶極子聲源。Zhang 等[6]為了準確識別飼料粉碎機的噪聲源，采用基于傳感器陣列的多點同步測量方法，對采集到的數(shù)據(jù)進行自譜分析和小波分析以及采用聲固耦合方法對氣動噪聲和振動噪聲的耦合噪聲進行數(shù)值預(yù)測。研究表明：揉碎機噪聲的首要來源是氣動噪聲；不平衡轉(zhuǎn)子激勵產(chǎn)生的機械噪聲，以及材料與機械結(jié)構(gòu)碰撞，在耦合噪聲分布中起著重要作用；錘片式轉(zhuǎn)子擾動氣流產(chǎn)生的基頻周圍噪聲能量占總能量的58.32%，三倍頻周圍噪聲能量占9.15%，轉(zhuǎn)子不平衡激勵產(chǎn)生的噪聲能量占7.05%，二倍頻率周圍噪聲能量占4.34%。秸稈揉碎機內(nèi)流場方面，王娟等[36]首次對9R-40型揉碎機內(nèi)的定常氣流流場進行了模擬，得到了其內(nèi)部流場特征。宋學(xué)鋒等[37]基于CFD-DEM方法對揉碎機排料裝置內(nèi)氣流與物料的耦合作用及物料運動規(guī)律進行了模擬。石蘇川等[38]采用CFD 技術(shù)與試驗相結(jié)合的方法分析其內(nèi)氣流流動特性，以出料口平均氣流速度最大為目標函數(shù)，采用多島遺傳算法對多功能飼草揉碎機內(nèi)氣流流動特性進行了優(yōu)化。飼草揉碎機結(jié)構(gòu)動態(tài)特性方面的研究工作主要有：王偉等[39]基于有限元軟件對錘片等未磨損的揉碎機轉(zhuǎn)子進行了自由模態(tài)分析，結(jié)果表明臨界轉(zhuǎn)速遠大于轉(zhuǎn)子正常工作時的轉(zhuǎn)速，不會發(fā)生共振。Zhai 等[40]采用有限元動力學(xué)仿真及實測方法對9R-40 型飼草揉碎機拋送葉輪的自由模態(tài)及預(yù)應(yīng)力模態(tài)進行計算，基于響應(yīng)面優(yōu)化方法對影響葉輪振動特性的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。岳瑤[41]采用振動試驗、理論分析、模態(tài)試驗及模態(tài)仿真相結(jié)合的方法，對揉碎機振動特性及振動產(chǎn)生機理進行探究，并對其進行了優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)：主軸轉(zhuǎn)速對揉碎機振動貢獻大；主軸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在1 200～1 800 r/min不易發(fā)生共振。

錘片式粉碎機氣動與振動噪聲方面具有代表性的研究工作主要有：武佩等[4]通過對飼料粉碎機進行噪聲測試，表明在空載和額定負載下的主要噪聲源都是空氣噪聲；空載時風(fēng)機葉片產(chǎn)生的噪聲是主要的，負載時錘片旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的噪聲是主要的。許濤等[42]對錘片式粉碎機噪聲進行了試驗研究。測試結(jié)果表明，空載噪聲比負載高；空載時氣動噪聲為主要噪聲；負載時主要是機械振動產(chǎn)生的固體噪聲，即錘擊物料和物料與篩子等機件產(chǎn)生的撞擊摩擦聲以及由主軸引起的機體振動噪聲等。張文杰等[43]采用試驗與仿真相結(jié)合的方式對某錘片式粉碎機進行整機聲學(xué)性能評估和主要噪聲源識別，研究發(fā)現(xiàn)：粉碎機的主要噪聲源為箱體，其次為汽油機、帶輪罩以及齒輪罩。錘片式粉碎機結(jié)構(gòu)動態(tài)特性方面，杜小強等[44]和王曉博等[45]利用虛擬樣機技術(shù)和有限元法對錘片式粉碎機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了動態(tài)特性分析，并對結(jié)構(gòu)進行了動態(tài)優(yōu)化設(shè)計。錘片等磨損后對振動及噪聲影響方面具有代表性的研究工作主要有：杜小強等[46]采用虛擬樣機技術(shù)對錘片磨損夠轉(zhuǎn)子振動的影響規(guī)律進行了研究。研究表明：錘片磨損后，轉(zhuǎn)子振動頻率組成變化不大，振動幅值和強度變化較大。羅馬尼亞學(xué)者Fenchea[47]、意大利學(xué)者Eugenio等[48]以及學(xué)者Alexander等[49]除研究錘片不均勻磨損對噪聲的影響外，還探究了錘銷及銷孔的不均勻磨損對其振動及噪聲的影響。

錘片式秸稈加工機械結(jié)構(gòu)聲優(yōu)化設(shè)計方面，王金博[50]采用響應(yīng)面優(yōu)化方法對揉碎機轉(zhuǎn)子動態(tài)特性進行研究，得到了可以避開共振的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。曹麗英等[51]通過試驗方法分析了錘片式粉碎機不同零部件與不同轉(zhuǎn)速情況下的噪聲，得到了對噪聲影響最大的因素，并對其進行了優(yōu)化。Lun 等[7]在對飼草揉碎機的外殼振動輻射噪聲進行優(yōu)化時，基于多目標遺傳算法對其進行了多目標的優(yōu)化，使得其輻射符合國家標準。Zhang 等[6]采用多目標優(yōu)化方法對飼草揉碎機進行結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)進行優(yōu)化，得到了結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)最佳匹配。

3 總結(jié)與展望

3.1 總結(jié)

通過對目前國內(nèi)外學(xué)者對錘片式秸稈加工機械噪聲的研究回顧可知：

① 錘片式秸稈加工機械工作時同時存在氣動噪聲與振動噪聲。氣動噪聲主要由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)擾動內(nèi)部流場產(chǎn)生的離散噪聲以及流場中的渦流和邊界層的吸附與分離產(chǎn)生的寬頻噪聲組成。振動噪聲主要由不平衡轉(zhuǎn)子經(jīng)內(nèi)流場傳遞到外殼或經(jīng)軸承傳遞到機架產(chǎn)生的離散噪聲，以及機器內(nèi)部秸稈物料與錘片、物料與機殼、物料與物料間的碰撞產(chǎn)生的隨機寬頻噪聲組成。

② 氣動噪聲研究方法主要包括直接聲學(xué)計算法和混合聲學(xué)計算法，錘片式秸稈加工機械氣動噪聲研究主要采用試驗研究與混合聲學(xué)計算法相結(jié)合。振動噪聲主要通過結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析等結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析以及聲傳遞向量（ATV）與模態(tài)聲傳遞向量（MATV）技術(shù)來研究。

③ 結(jié)構(gòu)聲優(yōu)化設(shè)計主要采用試驗研究與響應(yīng)面優(yōu)化方法、多目標遺傳算法結(jié)合對錘片式秸稈加工機械的結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)進行最佳匹配。

3.2 展望

經(jīng)過眾多學(xué)者的多年努力，錘片式秸稈加工機械氣動噪聲與振動噪聲的研究有了長足的發(fā)展。但由于氣動與振動噪聲往往同時存在且相互耦合，為了提高噪聲預(yù)測的準確度并提高計算效率，建立統(tǒng)一的氣動與振動耦合聲學(xué)模型、考慮秸稈物料破碎過程以及錘片磨損對噪聲的影響等問題值得科研工作者進一步深入探索研究。

① 在分析氣動噪聲和振動噪聲理論關(guān)聯(lián)性基礎(chǔ)上，研究統(tǒng)一的氣動噪聲與振動噪聲耦合聲學(xué)模型構(gòu)建問題；探索適合錘片式秸稈加工機械氣動和振動噪聲輻射和散射的統(tǒng)一積分方程數(shù)值求解算法。

② 采用計算流體力學(xué)CFD、離散元DEM 與顆粒黏結(jié)模型BPM 耦合方法對秸稈破碎過程中機器內(nèi)部氣流-物料-機械結(jié)構(gòu)多重耦合流場進行數(shù)值計算以獲聲源信息，更準確地預(yù)測秸稈物料破碎過程對耦合噪聲的影響。

③ 錘片等不均勻磨損后錘片式轉(zhuǎn)子與機體振動會作用到機器內(nèi)部多重耦合流場，影響到氣動噪聲；反之，多重耦合非定常流場會對錘片式轉(zhuǎn)子與外殼激振產(chǎn)生振動輻射噪聲，故需探索全生命周期內(nèi)錘片不均勻磨損對耦合噪聲的影響。