張 丹， 劉元林， 王 正

(1.黑龍江科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，哈爾濱 150027;2.天津市海河管理處，天津 300400)

水平移動式拋丸設(shè)備的噪聲分析

張 丹1， 劉元林1， 王 正2

(1.黑龍江科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，哈爾濱 150027;2.天津市海河管理處，天津 300400)

為了滿足噪聲環(huán)保的要求，針對水平移動式拋丸機(jī)的工作原理及具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，分析了水平移動式拋丸機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要來源及其危害。通過對水平移動式拋丸機(jī)的現(xiàn)場試驗，對噪聲的產(chǎn)生進(jìn)行了定性的分析及定量比較，并對不同來源的噪聲提出了控制措施。結(jié)果表明，通過減小無效沖擊可以降低噪聲污染，這是提高設(shè)備工作效率的一種方法。

水平移動式拋丸機(jī);噪聲與控制;拋丸器

0 引言

拋丸機(jī)的工作原理是依靠拋丸器中高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將彈丸沿固定于葉輪上的葉片以一定的拋射角度，向工件高速拋出，來完成對工件的拋丸目的［1］。拋丸設(shè)備是一種高噪聲裝置，當(dāng)噪音超過85 dB［2］時，工作人員及其在周邊的人要佩戴耳罩。噪聲較高的設(shè)備難以滿足噪聲環(huán)保的要求，因此，有必要對產(chǎn)生噪聲的因素進(jìn)行分析研究并找到降低噪聲的措施。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

水平移動式拋丸設(shè)備由水平移動式拋丸機(jī)與配套的除塵設(shè)備組成。水平移動式拋丸機(jī)的主要部件包括拋丸器、拋丸室、回丸管、分離室、進(jìn)丸管、電機(jī)座、行走部分以及控制部分。圖1為生產(chǎn)的水平移動式拋丸機(jī)樣機(jī)。其電機(jī)功率為1.5 kW，拋打?qū)挾葹?50 mm。

圖1 水平移動式拋丸機(jī)Fig.1 Horizontal mobile shot blasting machine

2 拋丸器的噪聲分析

2.1 拋丸器

拋丸機(jī)工作時，拋丸器振動是很正常的現(xiàn)象。但是，如果振動的幅度或是噪聲很大，一般應(yīng)立即停機(jī)檢查。拋丸器噪聲主要來自以下幾個方面:

(1)自身不平衡引起的振動噪聲

葉輪轉(zhuǎn)速較高，一般在2 000～3 000 r/min，有的甚至在5 000 r/min以上，自身就存在著因質(zhì)量不勻而引起的不平衡力矩。另外，裝在葉輪圓盤上的8個葉片，由于鑄造加工存在著質(zhì)量差異，更加劇了葉輪的不平衡，因此，工作時產(chǎn)生的振動較大，噪聲也比較高。

改進(jìn)措施:a.提高葉輪體本身的加工精度;b.對葉輪體作靜平衡校正;c.對葉輪體作動平衡校正;d.對葉輪上的八個葉片要有嚴(yán)格的質(zhì)量要求?，F(xiàn)有國產(chǎn)拋丸器的葉輪上大都由八個或四個葉片組成一組，每個葉片應(yīng)作精確稱量，在分選時，應(yīng)保證每組葉片的質(zhì)量差小于等于5 g，徑向成對兩個葉片之間的質(zhì)量差小于等于3 g［3］，更換時應(yīng)徑向成對更換或者成組更換。

(2)彈丸與葉片之間產(chǎn)生的摩擦噪聲

彈丸經(jīng)定向套窗口低速飛出進(jìn)入葉片根部時，便沿葉片徑向加速飛出。這一過程中彈丸與葉片之間既存在滑動摩擦，又存在滾動摩擦。其摩擦系數(shù)較大，因此產(chǎn)生的摩擦噪聲更劇烈。圖2為葉片嚴(yán)重磨損的拋丸頭。

改進(jìn)措施:a.選用耐沖擊、破碎率低的彈丸;b.選用的葉片硬度應(yīng)該均勻一致，內(nèi)部不應(yīng)有夾渣、夾層、臍孔松縮現(xiàn)象，表面應(yīng)光滑，粗糙度(Ra)應(yīng)該在12.5以上，以減小與彈丸的摩擦。

(3)分丸輪、彈丸、定向套之間的摩擦噪聲

圖2 葉片嚴(yán)重磨損的拋丸頭Fig.2 Badly abrasion blade of head of shot blasting machine

分丸輪是轉(zhuǎn)動的，而定向套是固定的。當(dāng)彈丸在分丸輪的離心力作用下?lián)頂D到分丸輪與定向套之間的間隙時，兩者之間的間隙如果過小，這種摩擦顯得格外劇烈，有時會將彈丸擠碎或?qū)⒎滞栎喓投ㄏ蛱讛D出裂紋。

改進(jìn)措施:所選彈丸的粒度既要滿足分丸輪與定向套之間的間隙要求，又能滿足拋丸工藝要求。一般分丸輪與定向套之間的“單面間隙”應(yīng)為所選彈丸最大直徑的3～5倍，為防止產(chǎn)生劇烈摩擦和將定向套與分丸輪擠裂的現(xiàn)象發(fā)生，單面間隙應(yīng)偏大為宜。

(4)葉輪與空氣產(chǎn)生的氣流噪聲

葉輪旋轉(zhuǎn)時，可以近似看作一個“風(fēng)扇”，空氣流由進(jìn)丸管進(jìn)入，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪便與空氣流產(chǎn)生氣流噪聲［4］。

改進(jìn)措施:葉輪與空氣流產(chǎn)生的噪聲在傳統(tǒng)的敞開式供丸管路中最為明顯，為減少進(jìn)入拋丸器內(nèi)的空氣流量，供丸管路應(yīng)做成封閉式結(jié)構(gòu)，這樣會在供丸管路內(nèi)形成一定的負(fù)壓，既加大供丸量，又降低了噪聲。水平移動式拋丸機(jī)因為彈丸要循環(huán)利用，所以供丸管路為封閉式。

2.2 拋丸室

(1)拋丸室振動產(chǎn)生的噪聲

拋丸器安裝在拋丸室上方，由于拋丸器本身的振動而引起拋丸室的振動，從而產(chǎn)生噪聲。

改進(jìn)措施:在拋丸器與拋丸室的兩個連接的框板之間加一個承壓減振橡膠墊，以吸收振動能量。

(2)彈丸沖擊拋丸器襯板產(chǎn)生的噪聲

彈丸沿葉片徑向加速而離開葉片外緣時，由于初速度差異和散射角的存在，少部分彈丸會與側(cè)襯板、頂襯板和端襯板產(chǎn)生沖擊和摩擦而發(fā)出噪聲，并且彈丸對頂襯板和側(cè)襯板的沖擊和摩擦要比端襯板強(qiáng)烈得多，當(dāng)定向套開口位置調(diào)整不當(dāng)時，這種現(xiàn)象尤為突出［5］。

改進(jìn)措施:a.調(diào)整好定向套開口角位置，盡量減少彈丸對襯板的沖擊。彈丸進(jìn)入葉片底部的初速度差異和散射角的存在是不可避免的，而定向套開口角的位置是可以調(diào)整的，當(dāng)開口角位置正確時，絕大部分彈丸被拋向工件，既提高了生產(chǎn)效率和拋丸效果，又減少了對拋丸器襯板的沖擊和摩擦;b.拋丸室的襯板宜采用耐磨材料制成，若在金屬板內(nèi)側(cè)再鋪設(shè)一層耐磨橡膠板，既起到了減震阻尼作用，又從整體上形成了吸聲組合屏障，降噪效果更佳。

(3)彈丸清理工作面時產(chǎn)生的噪聲。

當(dāng)對被清理表面拋丸時，來自拋丸器的高速彈丸流不斷沖擊被清理表面，并且經(jīng)第一次沖擊后的彈丸在室體內(nèi)繼續(xù)做雜亂無章的無規(guī)則碰撞，因此在拋丸室不遠(yuǎn)處經(jīng)?？梢月牭竭B續(xù)的沖擊噪聲。當(dāng)被清理表面為鋼鐵時，產(chǎn)生的噪聲尤為明顯。并且當(dāng)被清理的工件壁薄而輕巧時，在受到?jīng)_擊后還會產(chǎn)生振顫而發(fā)出自鳴噪聲。

改進(jìn)措施:a.提高拋丸室外殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度;b.清理鋼板時，在鋼板底部鋪設(shè)橡膠墊。

2.3 除塵設(shè)備

除塵設(shè)備主要由風(fēng)機(jī)、除塵器、空壓機(jī)以及連接管道等組成。它的噪聲來源主要有以下幾個方面［6］:

(1)風(fēng)機(jī)本身的原因引起的振動而產(chǎn)生噪聲。如風(fēng)機(jī)軸與電機(jī)軸不同心;機(jī)殼或進(jìn)風(fēng)口與葉輪摩擦;基礎(chǔ)的剛度不夠或者不牢;風(fēng)機(jī)進(jìn)出風(fēng)口安裝不良;葉片積灰、污垢或磨損等均會引起風(fēng)機(jī)振動;

(2)在濾芯需要清理時，反吹氣流產(chǎn)生的噪聲;

(3)與風(fēng)機(jī)進(jìn)出口相連的管道因風(fēng)機(jī)振動引起管道振動從而產(chǎn)生噪聲;

(4)排塵管道出口處，因排塵風(fēng)量大、流速高而產(chǎn)生的噪聲。

改進(jìn)措施:a.首先選用低噪聲的合格風(fēng)機(jī);b.固定風(fēng)機(jī)的底座應(yīng)牢固、強(qiáng)度高、抗振性能好，最好在風(fēng)機(jī)與底座連接的接觸面上增設(shè)減震橡膠墊;c.風(fēng)機(jī)進(jìn)、排風(fēng)口與管道之間的連接盡量采用軟連接，以隔斷風(fēng)機(jī)的振動向風(fēng)管的傳播;d.在排塵管道出口處加一消音器。

2.4 其他噪聲分析

(1)葉片、定向套、分丸輪破損嚴(yán)重或葉片磨損不均，或拋丸器內(nèi)有雜物;需要更換葉片、定向套、分丸輪或去除雜物。

(2)拋丸頭軸承安裝時有問題，或者軸承經(jīng)長時間磨損已經(jīng)損壞;建議更換軸承。

(3)拋丸器固定螺栓松動，需緊固螺栓。

(4)在整體設(shè)計上存在缺陷，拋丸機(jī)可能產(chǎn)生共振造成振動很大。

(5)與拋丸器連接的電機(jī)座由于拋丸頭的高速運(yùn)轉(zhuǎn)會產(chǎn)生很大的振動［7］，與之連接的皮帶輪也會由于長期運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生皮帶的松弛現(xiàn)象，因此需要對皮帶進(jìn)行張緊。

3 實驗結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場測試，產(chǎn)生噪聲強(qiáng)弱的依次是拋丸器、拋丸室、電機(jī)以及除塵設(shè)備，其他部件產(chǎn)生的噪聲相對較低。當(dāng)水平移動式拋丸機(jī)行走速度為2 m/min時，分別拋打鋼板進(jìn)行除銹作業(yè)和拋打水泥地面進(jìn)行清理作業(yè)，根據(jù)主要噪聲的產(chǎn)生位置，選取幾個測試點(diǎn)，由非接觸式聲強(qiáng)探頭進(jìn)行探測，使用聲強(qiáng)儀進(jìn)行測定，通過相應(yīng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。使用噪聲計測試現(xiàn)場環(huán)境噪聲。各測試結(jié)果見表1。

由表1的測試數(shù)據(jù)可以看出，拋丸室內(nèi)前者比后者產(chǎn)生的噪聲要大。這是由于拋打鋼板進(jìn)行除銹作業(yè)時，彈丸與鋼板進(jìn)行激烈撞擊，產(chǎn)生較大噪聲，鋼板本身也會發(fā)出自鳴噪聲，電機(jī)和拋丸器由于與被清理工作表面關(guān)系不大，僅與機(jī)器本身振動有關(guān)，因此測試數(shù)據(jù)差值并不明顯。測試數(shù)據(jù)還可以來看出，拋丸室產(chǎn)生的噪聲最大，拋丸器次之，因此，要想控制水平移動式拋丸設(shè)備的噪聲，應(yīng)該著重分析減小拋丸室和拋丸器的噪聲和改進(jìn)措施。

4 結(jié)束語

水平移動式拋丸設(shè)備產(chǎn)生的噪聲主要來源于彈丸沖擊葉片和沖擊工作表面。該設(shè)備也正是依靠這種沖擊進(jìn)行工作的。彈丸沖擊工作表面屬于有效沖擊，其他的沖擊如彈丸沖擊葉片、分丸輪、定向套以及各類襯板都是無效沖擊。減小彈丸的無效沖擊，既可以減輕對易損件的磨損，又可以降低拋丸器的噪聲，也是提高設(shè)備工作效率的重要途徑。

［1］張 丹.水平移動式拋丸機(jī)械工作機(jī)理研究及彈丸的動態(tài)仿真分析［D］.吉林:吉林大學(xué)，2007:1－3.

［2］劉同慶，王永明，李新生.JB/T 8355—1996拋噴丸設(shè)備通用技術(shù)條件［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［3］劉同慶.JB/T 3717.2—1997雙圓盤拋丸器技術(shù)條件［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［4］徐金鴻.拋(噴)丸清理技術(shù)50問與答［J］.中國鑄機(jī)，1990 (2):46－53.

［5］張云華.高速機(jī)車的振動及噪音分析［J］.長江大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版農(nóng)學(xué)卷，2008，5(3):81－83，114.

［6］江 帆，陳維平，喻 娟.袋式除塵器流動及噪音數(shù)值模擬(英文)［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，(11):2698－2701，2704.

［7］閻學(xué)成，趙月英.拋丸設(shè)備的噪聲與控制［J］.鑄造設(shè)備研究，1997(2):55－59.

Analysis of noise by horizontal mobile shot blasting equipment

ZHANG Dan1， LIU Yuanlin1， WANG Zheng2
(1.College of Mechanical Engineering，Heilongjiang Institute of Science＆Technology，Harbin 150027，China; 2.Tianjin Haihe Management Office，Tianjin 300400，China)

This paper is an attempt to reduce environmental noise by identifying working principle and specific structure of the horizontal mobile shot blasting machine，and analyzing its main noise source and hazards.Qualitative analysis and quantitative comparison of the noise production done in the field trials，and different sources of noise control measures proposed according to various sources of noise show that noise reduction is made possible by decreasing the invalid impact，which promises to be a method to improve the working efficiency of the equipment.

horizontal mobile shot blasting machine;noise and control;blast

TB53

A

1671－0118(2011)04－0297－04

2011－07－04

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目(11541306)

張 丹(1982－)，女，黑龍江省哈爾濱人，講師，博士研究生，研究方向:多剛體動力學(xué)仿真，E-mail:bishe_2006@163.com。

(編輯徐 巖)