转子式混凝土喷射机噪声分析与防治

2012-03-12荆建宽龚斌

中国新技术新产品 2012年15期

荆建宽龚斌

（煤炭科学研究总院，北京 100013）

1.概述

转子式混凝土喷射机是一种风动混凝土支护施工设备，在煤矿岩巷工程领域得到了广泛的使用。由于设备工作的过程中，随着转子的转动产生强度不变的周期性噪声，给机具周围的上料人员和控制人员在生理上和心理上带来很大的危害，煤炭行业标准MT/ T547-2006《转子式混凝土喷射机》对其噪声的限值做出了详细的规定。转子式混凝土喷射机的噪声源主要由机械传动系统、液压润滑系统和电机三个部分组成，其中机械传动系统是主要噪声源。

2 机械传动系统噪声

转子式混凝土喷射机的传动系统为齿轮传动系统，由电机、全闭式齿轮减速器、输出轴组成，输出轴带动转子体及其衬板在结合板上旋转。减速器齿轮在啮合过程中产生的节线冲力和啮合冲力是齿轮振动和噪声的激振源，在齿轮动态啮合力作用下系统的各零部件会产生强制振动，这些振动所产生的声辐射是闭式齿轮传动的主要声源。转子式混凝土喷射机齿轮传动机构噪声传播的两种路径如下：

I自鸣噪声：减速器齿轮体振动——减速器传动轴——支座振动——齿轮箱及机体振动辐射噪声。

II扭振噪声：减速器齿轮交变负荷——转子体传动轴弯曲振动——轴承动负荷——齿轮箱及机体辐射噪声。

在转子式混凝土的工作原理方面，带有衬板的转子以一定的转速旋转，而结合板在衬板上固定不动，结合板上连接有进风管和出料弯头，当转子中装有物料的各个料腔转动到与出料弯头相通时，物料通过出料弯头和料管输送到喷嘴，通过压气的作用下在喷嘴处喷射出去。由衬板和结合板组成的密封副起到压气和物料的作用，由于结合板和衬板存在相对运动，在此程中产生的摩擦噪声也是整机噪声过高的重要因素。

3 液压噪声和电机噪声

图2.1 整机噪声故障树

转子式混凝土喷射机的液压噪声主要是减速器润滑油箱产生的气穴噪声,随着齿轮啮合对液压油的搅动以及轮齿周围压力、温度的变化，原来溶解在油液中的空气分离出来形成大量的气泡，气泡在压力油的冲击下迅速溃灭，并以压力波的形式向周围传播，产生振动和噪声。其传播路径如下：

减速器轮齿啮合冲击——齿轮箱内介质扰动——齿轮箱辐射噪声。电机噪声产生的主要原因有：电机缺相、轴承损坏、润滑不足或者杂质、风叶碰撞风罩、定子绕组接线错误等。

4 噪声控制

4.1 机械传动系统的噪声控制

机械传动系统是转子式混凝土喷射机产生噪声的主要原因，包括齿轮传动系统噪声和衬板摩擦噪声两个方面。产生齿轮噪声的齿轮本身结构系统因素分为原理性因素和误差因素，原理性因素是指齿轮参数因素和制造精度因素，误差因素对噪声的作用主要取决于齿轮的加工和传动系统的整体安装精度。根据统计，在齿轮传动产生噪声的全部原因中，装配情况占15%，加工精度占30%，设计参数占35%，使用占20%。由于提高加工精度所需的成本相对较高，因此应该重点从优化齿轮参数以及提高齿轮、齿轮传动轴、轴承、齿轮箱体、转子体传动轴等传动系统零部件的装配精度等方面来降低传动系统的噪音。优化齿轮参数应主要考虑以下几个方面：

(1)选用斜齿圆柱齿轮；

(2)采用小模数，降低圆周速度；

(3)采用非整数比传动，避免周期性振动；

(4)适当增大重合度，减小齿面的单位压力；

(5)齿形修缘，减小齿轮弯曲变形引起的瞬间顶撞；

(6)降低齿面粗糙度。

衬板和结合板的材质选择方面，应在满足硬度、韧性、耐磨性的基础上，选用质量轻、摩擦系数低的材质。另外，应合理调节结合板压紧力的大小，若压紧力过大不仅会使摩擦噪声上升，也会因摩擦力过大而产生机体二次共振噪声，同时加剧结合板的磨损；若压紧力过小，衬板和结合板起不到密封副的作用，影响机具的正常使用性能。

4.2 阻尼控制

在喷射机工作过程中，机体可以看成是一个随减速器齿轮啮合、分离构成的弹性振动系统，图1为机体的力学振动模型：m为机体质量；K为弹簧刚度；为阻尼系数。利用阻尼降噪技术降低机体的频率相同时会出现共振现象，导致二次激发噪声的产生。对于这类零件可以将高阻尼材料附着在结构件表面，提高其阻尼系数，以耗散结构件的能量实现减振降噪的目的。噪声，即利用阻尼材料阻尼能耗的特性，将喷射机的振动能及声振能转变成热能或者其他可以耗损的能量，提高机器机构的抗振性，增强系统的动态稳定性，降低机体的噪声。转子式混凝土喷射机噪声的阻尼控制应主要从以下两个方面考虑：