謝榮基，萬(wàn)宇鵬，姚小兵

（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院聲學(xué)所，四川 成都 610021）

基于聲強(qiáng)測(cè)量的卷接機(jī)組噪聲源識(shí)別

謝榮基，萬(wàn)宇鵬，姚小兵

（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院聲學(xué)所，四川 成都 610021）

卷接機(jī)組噪聲源多，噪聲源特性、位置分布復(fù)雜，傳統(tǒng)的噪聲測(cè)量方法難以識(shí)別出各噪聲源。采用聲強(qiáng)測(cè)量技術(shù)對(duì)卷接機(jī)組噪聲進(jìn)行測(cè)量，利用聲強(qiáng)的矢量特性，測(cè)量出垂直方向上的聲功率和頻率特性，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制出聲功率圖，可以有效識(shí)別出各個(gè)測(cè)量單元區(qū)域的噪聲輻射聲功率與頻率特性，為卷接機(jī)組噪聲控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

卷接機(jī)組噪聲；聲強(qiáng)測(cè)量；聲功率圖

0 引 言

卷包車(chē)間作為卷煙生產(chǎn)的最重要環(huán)節(jié)，由大量卷接機(jī)、條包機(jī)、各類(lèi)氣動(dòng)設(shè)備和傳送設(shè)備組成，各類(lèi)設(shè)備噪聲排放共同作用導(dǎo)致車(chē)間內(nèi)噪聲污染嚴(yán)重。卷包車(chē)間內(nèi)最主要的噪聲為卷接機(jī)組噪聲，卷接機(jī)組噪聲又由旋轉(zhuǎn)機(jī)械噪聲、氣動(dòng)噪聲等共同組成[1]。卷接機(jī)組車(chē)間本身存在眾多噪聲源，且由于墻面反射等多種因素的存在，車(chē)間內(nèi)的聲場(chǎng)混雜，采用常用的噪聲測(cè)量方法，無(wú)法區(qū)分出噪聲來(lái)源以及各噪聲源的貢獻(xiàn)量，不能為設(shè)備的噪聲控制提供有效的信息。

針對(duì)卷包車(chē)間的聲場(chǎng)特征，本文提出采用聲強(qiáng)測(cè)量的方法進(jìn)行卷接機(jī)組噪聲的特性測(cè)量與分析。利用聲強(qiáng)測(cè)量的矢量特性，在卷接機(jī)組單個(gè)面上進(jìn)行了垂直方向上聲強(qiáng)分布的測(cè)量，并利用測(cè)量結(jié)果繪制出聲功率分布圖。利用聲功率分布圖對(duì)卷接機(jī)組的噪聲輻射進(jìn)行分析，獲得被測(cè)面上最大的噪聲輻射區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)組噪聲輻射較大的區(qū)域進(jìn)行頻率特性分析。

1 測(cè)量方法與原理

1.1 被測(cè)樣品

如圖1所示，卷包車(chē)間內(nèi)的卷接機(jī)組噪聲主要由大量復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械噪聲、氣動(dòng)噪聲等組成，機(jī)組噪聲源復(fù)雜。

圖1 噪聲源機(jī)組

由于生產(chǎn)運(yùn)行的需要，無(wú)法讓機(jī)組各部分單獨(dú)運(yùn)行，不能采用分別運(yùn)轉(zhuǎn)法來(lái)進(jìn)行噪聲測(cè)試分析。同時(shí)，車(chē)間內(nèi)其他機(jī)組也無(wú)法停運(yùn)，周?chē)h(huán)境噪聲情況復(fù)雜。采用測(cè)量聲壓級(jí)的方法無(wú)法有效測(cè)量出每個(gè)機(jī)組噪聲源對(duì)環(huán)境噪聲的貢獻(xiàn)。通過(guò)聲強(qiáng)法對(duì)機(jī)組噪聲各個(gè)包絡(luò)面進(jìn)行測(cè)量，并繪制出各個(gè)部位的噪聲聲功率排放圖，從而對(duì)單臺(tái)機(jī)組各類(lèi)噪聲排放進(jìn)行分析，為車(chē)間噪聲控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1.2 聲強(qiáng)測(cè)量原理

聲強(qiáng)是指通過(guò)垂直于聲傳播方向單位面積上的平均聲能量流，又稱(chēng)為平均聲能量流密度[2-3]。即：

同時(shí)，根據(jù)聲強(qiáng)的定義，它也可以通過(guò)單位面積上的聲波在單位時(shí)間內(nèi)向前進(jìn)方向毗鄰介質(zhì)所做的功來(lái)表示[4-5]，即：

式中：P（t）——瞬時(shí)聲壓，Pa；

T——平均時(shí)間，s。

聲強(qiáng)是描述聲能流動(dòng)的具有大小和方向的聲學(xué)量，其變化范圍很大，因此采用對(duì)數(shù)標(biāo)度來(lái)度量聲強(qiáng)，即聲強(qiáng)級(jí)。聲強(qiáng)級(jí)為待測(cè)聲強(qiáng)I與基準(zhǔn)聲強(qiáng)Iref的比值，取常用對(duì)數(shù)再乘以10[6-8]。在空氣中基準(zhǔn)聲強(qiáng)Iref取10-12W/m2，即：

聲強(qiáng)的特點(diǎn)決定了采用聲強(qiáng)測(cè)量噪聲時(shí)，只要包絡(luò)面內(nèi)沒(méi)有其他聲源，測(cè)量結(jié)果理論上不受其他聲源或背景噪聲的影響。因此，采用聲強(qiáng)測(cè)量聲功率能夠很好地對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行噪聲源的識(shí)別。

1.3 測(cè)量裝置與方法

針對(duì)圖1中的車(chē)間內(nèi)卷接機(jī)組噪聲源特性進(jìn)行聲強(qiáng)測(cè)量，聲強(qiáng)測(cè)量系統(tǒng)采用B&K公司4206聲強(qiáng)探頭、B&K公司3560B聲學(xué)分析儀以及聲強(qiáng)測(cè)試軟件。該測(cè)量系統(tǒng)由兩個(gè)傳聲器組成聲強(qiáng)探頭，兩個(gè)傳聲器分別測(cè)量的聲壓級(jí)為PA和PB，兩個(gè)傳聲器之間的距離為Δr[9-10]。則聲強(qiáng)I為

測(cè)量時(shí)，距離機(jī)組正面平面20cm處用鋼絲網(wǎng)架設(shè)置測(cè)量網(wǎng)格包絡(luò)面，將整個(gè)包絡(luò)面分為了10cm×10cm的單元格，通過(guò)從左到右從下到上順序掃面測(cè)量包絡(luò)面。測(cè)量過(guò)程中，包括被測(cè)機(jī)組在內(nèi)所有機(jī)組均正常工作。在對(duì)機(jī)組噪聲測(cè)量過(guò)程中整個(gè)機(jī)組側(cè)面背面均做了隔聲罩，而機(jī)組正面由于需要人工進(jìn)行檢修、加料等操作，未做隔聲罩。背面?zhèn)让娴脑肼暸欧泡^小，機(jī)組正面噪聲排放是整個(gè)機(jī)組噪聲治理的關(guān)鍵，因此只對(duì)機(jī)組正面進(jìn)行包絡(luò)面掃描測(cè)量。

2 噪聲源識(shí)別及特征分析

通過(guò)聲強(qiáng)測(cè)量，得到被測(cè)卷接機(jī)組各個(gè)包絡(luò)面的聲功率測(cè)量結(jié)果，并繪制出聲功率圖，如圖2所示。

圖2 聲功率分布圖

從聲功率分布圖可以看出，被測(cè)包絡(luò)面上網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)噪聲聲功率較大的主要有3個(gè)區(qū)域。其中區(qū)域1附近聲功率值最大，為87dB；其次為被測(cè)包絡(luò)面上測(cè)點(diǎn)區(qū)域2聲功率值，為84 dB；區(qū)域3噪聲聲功率值為83dB。通過(guò)分析聲功率值最大測(cè)點(diǎn)的位置與頻譜特性，分析對(duì)應(yīng)位置發(fā)聲部件的運(yùn)行。其余區(qū)域聲功率值低于上述區(qū)域聲功率6dB以上，對(duì)整個(gè)機(jī)組噪聲排放的貢獻(xiàn)較小。因此，只分析區(qū)域1、2、3的噪聲頻率特性。

區(qū)域1的聲功率頻率特性如圖3所示，該位置對(duì)應(yīng)機(jī)組的卷紙功能旋轉(zhuǎn)部件，應(yīng)對(duì)該部件進(jìn)行工藝降噪改進(jìn)。區(qū)域1聲功率頻率特性表明，該區(qū)域噪聲在400Hz下聲功率值最高。對(duì)應(yīng)聲強(qiáng)測(cè)量包絡(luò)面的機(jī)組位置為濾嘴卷紙旋轉(zhuǎn)部件，該噪聲由濾嘴卷紙旋轉(zhuǎn)部件發(fā)出。

圖3 區(qū)域1噪聲頻率特性

區(qū)域2的聲功率頻率特性如圖4所示，該區(qū)域噪聲在500Hz下最為突出。對(duì)應(yīng)聲強(qiáng)測(cè)量包絡(luò)面的機(jī)組位置為過(guò)濾嘴下料旋轉(zhuǎn)齒輪，因此該區(qū)域噪聲由機(jī)組過(guò)濾嘴下料旋轉(zhuǎn)齒輪產(chǎn)生。

圖4 區(qū)域2聲功率頻率特性

圖5 區(qū)域3聲功率頻率特性

區(qū)域3噪聲頻率特性在5000Hz處最高，如圖5所示。通過(guò)被測(cè)包絡(luò)面與機(jī)組對(duì)應(yīng)位置的工作狀態(tài)與工作部件分析發(fā)現(xiàn)，該位置有一高速氣流噴嘴，同時(shí)該位置其他部件無(wú)法產(chǎn)生該頻率下噪聲。分析該噪聲由高速氣流噴嘴發(fā)出。

測(cè)量得到的噪聲源分布，以及各噪聲源輻射分析結(jié)果，與卷接機(jī)組的部件構(gòu)成以及本文中關(guān)于卷接機(jī)噪聲特性分析結(jié)果基本一致，試驗(yàn)分析結(jié)果很好地印證了機(jī)械噪聲輻射原理性分析結(jié)果。表明聲強(qiáng)法可以很好地應(yīng)用于類(lèi)似卷接機(jī)這種復(fù)雜聲源的噪聲識(shí)別，為噪聲控制提供了有效支持。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用聲強(qiáng)測(cè)量卷接機(jī)噪聲輻射并繪制為聲功率分布圖。該聲功率分布圖各個(gè)單元區(qū)域清晰明確地反映出了卷接機(jī)組各個(gè)部件噪聲輻射情況，并直接有效地找到噪聲排放最大的單元區(qū)域，最終確定卷接機(jī)組相應(yīng)的發(fā)聲工作部件。

通過(guò)單元區(qū)域聲功率的頻率特性，結(jié)合機(jī)組該單元區(qū)域?qū)?yīng)的運(yùn)行部件進(jìn)行分析，準(zhǔn)確地進(jìn)行了噪聲源識(shí)別與分析，這些信息可以為下步開(kāi)展各噪聲源降噪以及機(jī)組噪聲控制提供有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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Noise identification of cigarette assembling machine based on sound intensity measurement

XIE Rong-ji，WAN Yu-peng，YAO Xiao-bing
（Acoustics Department，National Institution of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

As traditional noise measurement method is not an efficient way in identifying individual noise emission sources for cigarette assembling machine because of the complexity of source properties and locations along the machine，sound intensity measurement technology was adopted to identify noise sourcesin cigarette assembling machine in sound powerleveland frequency character.A sound power distribution map was thereafter constructed based on the measured data，and all the noise parts can be effectively identified from the map，including sound power level and frequency character.This result provides an efficient way for noise source identification for complex sound source such as cigarette assembling machine，and supplies basic data for noise control engineering.

noise from cigarette assembling machine；sound intensity；sound power distribution map

TB535；TB52+.4；TH6；TP274

：A

：1674-5124（2014）05-0029-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.05.007

2013-12-03；

：2014-01-15

謝榮基（1984-），男，重慶市人，工程師，主要從事聲學(xué)測(cè)量與噪聲控制工作。