荊建寬 龔斌

（煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013）

1.概述

轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)是一種風(fēng)動(dòng)混凝土支護(hù)施工設(shè)備，在煤礦巖巷工程領(lǐng)域得到了廣泛的使用。由于設(shè)備工作的過程中，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)度不變的周期性噪聲，給機(jī)具周圍的上料人員和控制人員在生理上和心理上帶來很大的危害，煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/ T547-2006《轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)》對(duì)其噪聲的限值做出了詳細(xì)的規(guī)定。轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)的噪聲源主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)和電機(jī)三個(gè)部分組成，其中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是主要噪聲源。

2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲

轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)為齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，由電機(jī)、全閉式齒輪減速器、輸出軸組成，輸出軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子體及其襯板在結(jié)合板上旋轉(zhuǎn)。減速器齒輪在嚙合過程中產(chǎn)生的節(jié)線沖力和嚙合沖力是齒輪振動(dòng)和噪聲的激振源，在齒輪動(dòng)態(tài)嚙合力作用下系統(tǒng)的各零部件會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)制振動(dòng)，這些振動(dòng)所產(chǎn)生的聲輻射是閉式齒輪傳動(dòng)的主要聲源。轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)噪聲傳播的兩種路徑如下：

I自鳴噪聲：減速器齒輪體振動(dòng)——減速器傳動(dòng)軸——支座振動(dòng)——齒輪箱及機(jī)體振動(dòng)輻射噪聲。

II扭振噪聲：減速器齒輪交變負(fù)荷——轉(zhuǎn)子體傳動(dòng)軸彎曲振動(dòng)——軸承動(dòng)負(fù)荷——齒輪箱及機(jī)體輻射噪聲。

在轉(zhuǎn)子式混凝土的工作原理方面，帶有襯板的轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而結(jié)合板在襯板上固定不動(dòng)，結(jié)合板上連接有進(jìn)風(fēng)管和出料彎頭，當(dāng)轉(zhuǎn)子中裝有物料的各個(gè)料腔轉(zhuǎn)動(dòng)到與出料彎頭相通時(shí)，物料通過出料彎頭和料管輸送到噴嘴，通過壓氣的作用下在噴嘴處噴射出去。由襯板和結(jié)合板組成的密封副起到壓氣和物料的作用，由于結(jié)合板和襯板存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在此程中產(chǎn)生的摩擦噪聲也是整機(jī)噪聲過高的重要因素。

3 液壓噪聲和電機(jī)噪聲

圖2.1 整機(jī)噪聲故障樹

轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)的液壓噪聲主要是減速器潤(rùn)滑油箱產(chǎn)生的氣穴噪聲,隨著齒輪嚙合對(duì)液壓油的攪動(dòng)以及輪齒周圍壓力、溫度的變化，原來溶解在油液中的空氣分離出來形成大量的氣泡，氣泡在壓力油的沖擊下迅速潰滅，并以壓力波的形式向周圍傳播，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。其傳播路徑如下：

減速器輪齒嚙合沖擊——齒輪箱內(nèi)介質(zhì)擾動(dòng)——齒輪箱輻射噪聲。電機(jī)噪聲產(chǎn)生的主要原因有：電機(jī)缺相、軸承損壞、潤(rùn)滑不足或者雜質(zhì)、風(fēng)葉碰撞風(fēng)罩、定子繞組接線錯(cuò)誤等。

4 噪聲控制

4.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲控制

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要原因，包括齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲和襯板摩擦噪聲兩個(gè)方面。產(chǎn)生齒輪噪聲的齒輪本身結(jié)構(gòu)系統(tǒng)因素分為原理性因素和誤差因素，原理性因素是指齒輪參數(shù)因素和制造精度因素，誤差因素對(duì)噪聲的作用主要取決于齒輪的加工和傳動(dòng)系統(tǒng)的整體安裝精度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生噪聲的全部原因中，裝配情況占15%，加工精度占30%，設(shè)計(jì)參數(shù)占35%，使用占20%。由于提高加工精度所需的成本相對(duì)較高，因此應(yīng)該重點(diǎn)從優(yōu)化齒輪參數(shù)以及提高齒輪、齒輪傳動(dòng)軸、軸承、齒輪箱體、轉(zhuǎn)子體傳動(dòng)軸等傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的裝配精度等方面來降低傳動(dòng)系統(tǒng)的噪音。優(yōu)化齒輪參數(shù)應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)方面：

(1)選用斜齒圓柱齒輪；

(2)采用小模數(shù)，降低圓周速度；

(3)采用非整數(shù)比傳動(dòng)，避免周期性振動(dòng)；

(4)適當(dāng)增大重合度，減小齒面的單位壓力；

(5)齒形修緣，減小齒輪彎曲變形引起的瞬間頂撞；

(6)降低齒面粗糙度。

襯板和結(jié)合板的材質(zhì)選擇方面，應(yīng)在滿足硬度、韌性、耐磨性的基礎(chǔ)上，選用質(zhì)量輕、摩擦系數(shù)低的材質(zhì)。另外，應(yīng)合理調(diào)節(jié)結(jié)合板壓緊力的大小，若壓緊力過大不僅會(huì)使摩擦噪聲上升，也會(huì)因摩擦力過大而產(chǎn)生機(jī)體二次共振噪聲，同時(shí)加劇結(jié)合板的磨損；若壓緊力過小，襯板和結(jié)合板起不到密封副的作用，影響機(jī)具的正常使用性能。

4.2 阻尼控制

在噴射機(jī)工作過程中，機(jī)體可以看成是一個(gè)隨減速器齒輪嚙合、分離構(gòu)成的彈性振動(dòng)系統(tǒng)，圖1為機(jī)體的力學(xué)振動(dòng)模型：m為機(jī)體質(zhì)量；K為彈簧剛度； 為阻尼系數(shù)。利用阻尼降噪技術(shù)降低機(jī)體的頻率相同時(shí)會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致二次激發(fā)噪聲的產(chǎn)生。對(duì)于這類零件可以將高阻尼材料附著在結(jié)構(gòu)件表面，提高其阻尼系數(shù) ，以耗散結(jié)構(gòu)件的能量實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的。噪聲，即利用阻尼材料阻尼能耗的特性，將噴射機(jī)的振動(dòng)能及聲振能轉(zhuǎn)變成熱能或者其他可以耗損的能量，提高機(jī)器機(jī)構(gòu)的抗振性，增強(qiáng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，降低機(jī)體的噪聲。轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)噪聲的阻尼控制應(yīng)主要從以下兩個(gè)方面考慮：

圖4.1 力學(xué)振動(dòng)模型

（1）提高減速箱齒輪體阻尼系數(shù)，可以采用在輪體側(cè)面鉆消聲空塞入阻尼材料、輪體上鑲裝阻尼環(huán)等方法；

（2）由于轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)板殼類零部件較多，因此應(yīng)特別注意板殼類零件的二次激發(fā)噪聲，這類零件受來自機(jī)體的振動(dòng)而形成新的振動(dòng)源，當(dāng)其固有頻率與所受振動(dòng)

結(jié)語

（1）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)的主要噪聲源，應(yīng)主要從合理設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)、提高傳動(dòng)零部件裝配精度、合理調(diào)整結(jié)合板壓緊力三個(gè)方面來控制該噪聲源的產(chǎn)生。

（2）對(duì)于噴射機(jī)的二次激發(fā)噪聲應(yīng)采用阻尼控制技術(shù)，提高機(jī)體、板殼類零件的阻尼系數(shù)以實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的。

[1]陳婭婷.齒輪裝置噪聲的分析與控制[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2011（4）：69-71.

[2]董華.齒輪傳動(dòng)中噪聲產(chǎn)生的原因分析及治理[J].機(jī)電信息，2011（33）：177-179.

[3]伍利群，楊益梅.液壓系統(tǒng)振動(dòng)與噪聲的原因分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2006（5）：15-16.

[4]倪晉挺，孫大剛，易志成.履帶式推土機(jī)振動(dòng)與噪聲的阻尼控制[J].工程機(jī)械文摘，2009（4）：154-155.

[5]孫慶鴻.振動(dòng)與噪聲的阻尼控制技術(shù)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，1998（3）：44-46.

[6]韓幼祥.齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究方向[J].煤礦機(jī)械，2005（5）：61-63.