礦用帶式輸送機噪聲源分析

劉 龍

（陽煤集團宏廈第一建設有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

目前，噪聲控制問題引起人們及社會各行各業的廣泛重視，成為環境領域最為關注的研究課題之一[1-3]。帶式輸送機若輸送線路長，因地理環境的原因，其支撐裝置不易平整安裝，加上材質剛性差，易產生振動噪聲。輸送帶運送物料的同時會有物料黏著在輸送帶表面，對輸送帶的運行產生影響，清掃刷消除黏著物的同時產生沖擊和摩擦噪聲。因此，對帶式輸送機減振降噪進行分析。

1 帶式輸送機噪聲源識別方法

分部運轉法是帶式輸送機噪聲源識別的常用方法。測試時，首先要測量整體的噪聲聲壓級，然后依次停止各運行部件工作，根據聲學理論，計算出每個部件對整體設備的噪聲貢獻大小。由于實際運行中某一部分停止運行，會影響到其他部件的運行狀態，如測試帶式輸送機中間段的噪聲。因此測量狀態不一致。同時用此法做試驗測量時間比較長，需要進行系統的試驗設計，實驗步驟較復雜。鉛包覆法，又稱局部暴露法，可用于電動機部位噪聲測試，隔聲性能好、精度高，但適用中、高頻，頻率范圍段窄，測試時間較長，操作過程麻煩。近場測量法是傳聲器分別靠近聲源表面測量聲壓級，由于帶式輸送機各個噪聲源相對的距離較遠，因此適用于帶式輸送機長距離設備的噪聲分析[1]。

2 帶式輸送機減速器噪聲源分析

在齒輪傳動的過程中受到動態嚙合力，會使減速器內部接觸的各零部件產生振動并引起聲輻射，稱為嘯叫噪聲。如圖1所示，由齒輪激勵和軸承激勵兩部分組成減速器內部主要的激勵源。齒輪本身傳動嚙合引起的振動和外界強制振動構成齒輪噪聲的激勵源。齒輪在進入嚙合的瞬間，由于齒輪誤差、受載變形等因素引起碰撞和沖擊，形成齒輪的直接噪聲，嚙合沖擊主要發生在平行于軸線方向，使齒輪產生很大的加速度引起周圍介質擾動產生的聲輻射，按發聲機理稱為齒輪的加速度噪聲。齒輪在嚙合沖擊作用下，激勵出齒輪結構的固有振動所產生的聲輻射，即為自鳴噪聲。而外界強制振動形成間接噪聲。齒輪直接噪聲主要分兩類，一類是分度圓沖擊噪聲，另一類是齒輪嚙合噪聲。

圖1 減速器嘯叫噪聲產生示意圖

由于系統齒輪激勵的作用產生齒輪振動，引起傳動軸振動，和系統軸承的激勵作用共同引起軸承振動。由于齒輪和軸的安裝和制造偏心引起的不平衡的慣性力造成不平衡轉動，引起的振動噪聲使噪聲的構成更加復雜。由于系統齒輪和軸承激勵的作用，通過齒輪、軸和軸承等接觸部件傳給減速箱，使減速箱發生振動。減速器內的每個振動零件都會輻射噪聲，根據振動噪聲輻射的位置不同而不同，一般分為減速箱內部噪聲和外部噪聲。減速器內部的傳動零件噪聲和減速箱噪聲因為內部阻尼和外部阻尼損耗逐漸衰減，衰減不了的噪聲通過箱體間隙或者聲波的穿透傳遞于減速箱外，稱之為泄漏噪聲，與減速箱外表面輻射噪聲組成外部噪聲。減速器一般采取閉式齒輪傳動，箱體對其內部噪聲具有隔離及屏蔽作用，因此減速器嘯叫噪聲主要為減速箱振動引起的輻射噪聲[2]。

3 帶式輸送機中間段噪聲源分析

輸送帶既作為牽引機構又作為承載機構，一般材質為橡膠具有一定的撓度和彈性，以一定的帶速承載物料運動，容易引起振動，產生噪聲。托輥用于支撐輸送帶，保證輸送帶平穩運行。在工作過程中，輸送帶與托輥、清掃刷與輸送帶的摩擦產生噪聲，其噪聲隨著帶速的提高而增大。

在托輥上鋪設輸送帶起承載作用，由于滾動軸承具有摩擦阻力小的特點，一般在托輥內安裝滾動軸承來減小輸送帶的運行阻力。滾動軸承的組成部分包括內圈、外圈、滾動體和保持架。外圈裝在機座上或與軸承座孔裝配，也叫做座圈；由于內圈一般與軸頸裝配，也叫做軸圈。一般情況下，滾動軸承外圈不動而內圈隨軸頸轉動，但有時也會內圈不動，外圈回轉，或者內圈、外圈以一定的轉速差同時回轉。當滾動軸承的內、外圈以不同轉速回轉時，為使滾動體沿著滾道滾動，在內圈外表面和外圈內表面上加工有滾道。保持架的功能是將各滾動體均勻地相互隔開，避免運動過程中相鄰的滾動體接觸處產生較大的相對速度引起碰撞、摩擦。在正常情況下，軸承的振動噪聲是不可能完全消除的，因為主要是由生產制造的精度、軸承零件加工面的波紋度、粗糙度、滾動體直徑誤差等引起的。實際加工的滾道和滾動體不是絕對的圓形，因此滾動軸承的滾道中存在結構誤差（微小的波紋度）。

在軸承不承受載荷的區域，滾動體脫離滾道，兩者之間有間隙，由于低速運轉，與速度平方成正比的離心力較小，此時重力的徑向分量大于離心力，滾動體會接觸內圈或保持架產生撞擊振動，發出類似“咔噠”的聲音；而在高速運轉時，離心力較大，重力的徑向分量小于離心力，滾動體脫離內圈或保持架接觸，此時沒有振動和噪聲。其機理如圖2和圖3所示。

圖2 軸承低速運轉機理

圖3 軸承高速運轉機理

軸承不平穩使保持架產生自激振動，同時會和滾動體發生撞擊產生保持架噪聲。軸承除了正常工作時會發出不可消除的振動噪聲，若軸承上沾有灰塵，滾道或滾動體損傷，在軸承裝配時若采用不適當的安裝方法。例如徑向或軸向預緊力過大、軸線不重合、松配合，也會導致振動產生進而放大噪聲[3]。

4 結論

礦井帶式輸送機的噪聲定位和控制是礦井環境領域面臨的嚴重問題，傳統的噪聲源識別法已不足以滿足目前礦井的要求，近場測量法，即傳聲器分別靠近減速器、中間段、卸料部等表面測量聲壓級，確定了減速器的主要噪聲源為嘯叫噪聲和拍擊噪聲，中間段的主要噪聲源為托輥徑向跳動導致的振動噪聲，卸料部的主要噪聲源為沖擊噪聲，可見近場測量法具有一定的實踐意義。