消音小鋸片振動特性研究

陳紅英

（唐山科源環保技術裝備有限公司，河北 唐山063300）

0 引言

圓盤鋸切機與其他類型的切割設備相比有切割速度快、生產效率高、激振力大等優勢，但這種鋸機在鋸切過程中產生的噪聲污染極為嚴重，學者在控制振動和降低噪音方面做了許多研究工作。圓鋸機工作時的主要聲源有空氣動力性噪聲、鋸片振動噪聲和工件振動噪聲［1－2］。楊久霞等針對金屬冷、熱切圓鋸片在鋸切軋件過程中出現的振動問題，研究了鋸片局部厚度發生變化及旋轉離心力對鋸片振動特性的影響［3］。駱志高等對圓鋸片進行振動分析和試驗模態理論研究，試驗證明，開減振孔鋸片可有效降低圓鋸片的振動，為圓鋸片降低振動的結構設計及基體沖孔的優化設計提供理論指導［4］。劉利民、紐平等對一般木工圓鋸機的噪聲進行了一些測試分析，取得了不同程度的研究成果［5－6］。文獻［7］針對直徑1 000 mm金屬圓盤鋸，在試驗的基礎上研究了金屬鋸切噪聲的特征及若干因素的作用，并討論了諸因素與金屬鋸切噪聲間的關系。文獻［8］通過有限元計算方法，計算了鋸片前幾階固有頻率和振型，研究了在夾盤夾緊作用下的振動情況。通過文獻分析可知以上都是針對直徑較大的鋸片進行的研究，而小鋸片在裝夾方式、受力、運轉速度方面與大鋸片都是有明顯區別的。小鋸片成本低、安裝方便，在冶金行業使用越來越廣泛，所以本文通過對軋鋼廠直徑200 mm冶金消音小鋸片振動情況進行模態分析。

1 鋸片模態分析

創建模型：利用Pro／E軟件對鋸片創建三維模型，然后將模型導入ANSYS中，即可進行靜力分析。鋸片基本參數：等腰三角齒形，齒頂角52．5°，齒根圓角2 mm，外徑200 mm，內徑20 mm，齒數48，厚度為5 mm。圖1表明六階模態頻率下振型的最大位移發生在齒頂圓；最小位移量都發生三階頻率下，六階位移量都為最大值，對齒危害大；一階、二階、四階、五階模態頻率下的位移接近，三階和六階模態頻率下的位移接近，但是頻率波動較大。這樣，在外界激勵頻率下，鋸片產生共振的概率將會很高。

2 帶消音孔鋸片模態分析

圖1 等腰三角齒形模態振型圖

圖2展示了等腰三角齒形開消音孔后模態振型，表1為開孔前后振動頻率的對比。表1說明打孔后鋸片頻率波動分布與打孔前并無太大區別。打孔后模態頻率有所降低，在外界激勵頻率下，鋸片共振不明顯，所以打孔對鋸片固有頻率無太大影響；打孔對降噪有很大的影響，因孔的存在切斷了振動的傳遞。

表1 有孔與無孔振動頻率對比 Hz

3 帶消音槽鋸片模態分析

在鋸身上開寬度為1 mm，弧度為12的環形槽。槽的外徑為150 mm。圖3展示了等腰三角齒形開消音槽后的模態振型。表2是在鋸身開不同數量槽前后振動頻率對比，從中可以看出，開槽對鋸片低階固有頻率影響不大，開槽對五階以上的固有頻率影響較為明顯。

表2 不同開音槽數量下的振動頻率對比 Hz

圖2 等腰三角齒形開消音孔后模態振型圖

圖3 等腰三角齒形開消音槽后模態振型圖

4 結論

鋸片在工作情況下很容易產生共振，為了工作的安全和鋸片性能的穩定，鋸片的低階模態頻率，即一階頻率，應該高于電動機的激勵頻率，以避免發生共振現象。

在鋸片上打消音孔能有效地減弱噪聲的產生，但對鋸片低階固有頻率的影響不大。消音結構以開槽為最佳，槽的數目以不影響鋸片強度為宜，開槽對五階以上固有頻率影響相對明顯。

［1］ 王太勇，張紀鎖，張策．冶金工業鋸切噪聲機理及降噪［J］．天津大學學報，1994，27（5）：583－588．

［2］ 馬建敏．金屬旋轉鋸切噪聲預估理論及控制技術的研究［D］．西安：西安交通大學，1998．

［3］ 楊久霞，張建宇，局部強化對金屬冷、熱切圓鋸片振動特性的影響［J］．噪聲與振動控制，2003（6）：20－23．

［4］ 駱志高，李舉，王祥，等．基于試驗模態分析的圓鋸片降低振動研究［J］．振動與沖擊，2009，28（2）：124－127．

［5］ 劉利民．圓鋸機降噪裝置的設計研究［J］．噪聲與振動控制，1982（5）：14－18．

［6］ 紐平．木工圓鋸阻尼片的研究［J］．噪聲與振動控制，1989（4）：18－21．

［7］ Wang Taiyong．Calculation and estimation of the dynamic behaviour of elastic circular plates［J］．Journal of Tianjin University，1989（4）：19－24．

［8］ 張紀鎖，王大勇，張策，等．降低金屬鋸切噪聲的研究［J］．上海勞動保護技術，1994（1）：16－21．