礦用帶式輸送機(jī)噪聲源分析

劉 龍

（陽煤集團(tuán)宏廈第一建設(shè)有限責(zé)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(yè)的廣泛重視，成為環(huán)境領(lǐng)域最為關(guān)注的研究課題之一[1-3]。帶式輸送機(jī)若輸送線路長，因地理環(huán)境的原因，其支撐裝置不易平整安裝，加上材質(zhì)剛性差，易產(chǎn)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(chǎn)生影響，清掃刷消除黏著物的同時產(chǎn)生沖擊和摩擦噪聲。因此，對帶式輸送機(jī)減振降噪進(jìn)行分析。

1 帶式輸送機(jī)噪聲源識別方法

分部運轉(zhuǎn)法是帶式輸送機(jī)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(jù)聲學(xué)理論，計算出每個部件對整體設(shè)備的噪聲貢獻(xiàn)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(tài)，如測試帶式輸送機(jī)中間段的噪聲。因此測量狀態(tài)不一致。同時用此法做試驗測量時間比較長，需要進(jìn)行系統(tǒng)的試驗設(shè)計，實驗步驟較復(fù)雜。鉛包覆法，又稱局部暴露法，可用于電動機(jī)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(jī)各個噪聲源相對的距離較遠(yuǎn)，因此適用于帶式輸送機(jī)長距離設(shè)備的噪聲分析[1]。

2 帶式輸送機(jī)減速器噪聲源分析

在齒輪傳動的過程中受到動態(tài)嚙合力，會使減速器內(nèi)部接觸的各零部件產(chǎn)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(nèi)部主要的激勵源。齒輪本身傳動嚙合引起的振動和外界強(qiáng)制振動構(gòu)成齒輪噪聲的激勵源。齒輪在進(jìn)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(fā)生在平行于軸線方向，使齒輪產(chǎn)生很大的加速度引起周圍介質(zhì)擾動產(chǎn)生的聲輻射，按發(fā)聲機(jī)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(jié)構(gòu)的固有振動所產(chǎn)生的聲輻射，即為自鳴噪聲。而外界強(qiáng)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(chǎn)生示意圖

由于系統(tǒng)齒輪激勵的作用產(chǎn)生齒輪振動，引起傳動軸振動，和系統(tǒng)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(zhuǎn)動，引起的振動噪聲使噪聲的構(gòu)成更加復(fù)雜。由于系統(tǒng)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(fā)生振動。減速器內(nèi)的每個振動零件都會輻射噪聲，根據(jù)振動噪聲輻射的位置不同而不同，一般分為減速箱內(nèi)部噪聲和外部噪聲。減速器內(nèi)部的傳動零件噪聲和減速箱噪聲因為內(nèi)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(nèi)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(jī)中間段噪聲源分析

輸送帶既作為牽引機(jī)構(gòu)又作為承載機(jī)構(gòu)，一般材質(zhì)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(chǎn)生噪聲。托輥用于支撐輸送帶，保證輸送帶平穩(wěn)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(chǎn)生噪聲，其噪聲隨著帶速的提高而增大。

在托輥上鋪設(shè)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(nèi)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(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架。外圈裝在機(jī)座上或與軸承座孔裝配，也叫做座圈；由于內(nèi)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(nèi)圈隨軸頸轉(zhuǎn)動，但有時也會內(nèi)圈不動，外圈回轉(zhuǎn)，或者內(nèi)圈、外圈以一定的轉(zhuǎn)速差同時回轉(zhuǎn)。當(dāng)滾動軸承的內(nèi)、外圈以不同轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時，為使?jié)L動體沿著滾道滾動，在內(nèi)圈外表面和外圈內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)誤差（微小的波紋度）。

在軸承不承受載荷的區(qū)域，滾動體脫離滾道，兩者之間有間隙，由于低速運轉(zhuǎn)，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(nèi)圈或保持架產(chǎn)生撞擊振動，發(fā)出類似“咔噠”的聲音；而在高速運轉(zhuǎn)時，離心力較大，重力的徑向分量小于離心力，滾動體脫離內(nèi)圈或保持架接觸，此時沒有振動和噪聲。其機(jī)理如圖2和圖3所示。

圖2 軸承低速運轉(zhuǎn)機(jī)理

圖3 軸承高速運轉(zhuǎn)機(jī)理

軸承不平穩(wěn)使保持架產(chǎn)生自激振動，同時會和滾動體發(fā)生撞擊產(chǎn)生保持架噪聲。軸承除了正常工作時會發(fā)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(dāng)?shù)陌惭b方法。例如徑向或軸向預(yù)緊力過大、軸線不重合、松配合，也會導(dǎo)致振動產(chǎn)生進(jìn)而放大噪聲[3]。

4 結(jié)論

礦井帶式輸送機(jī)的噪聲定位和控制是礦井環(huán)境領(lǐng)域面臨的嚴(yán)重問題，傳統(tǒng)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(dǎo)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。