水平移動式拋丸設備的噪聲分析

張 丹， 劉元林， 王 正

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

水平移動式拋丸設備的噪聲分析

張 丹1， 劉元林1， 王 正2

(1.黑龍江科技學院 機械工程學院，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的工作原理及具體結構進行研究，分析了水平移動式拋丸機產(chǎn)生噪聲的主要來源及其危害。通過對水平移動式拋丸機的現(xiàn)場試驗，對噪聲的產(chǎn)生進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。結果表明，通過減小無效沖擊可以降低噪聲污染，這是提高設備工作效率的一種方法。

水平移動式拋丸機;噪聲與控制;拋丸器

0 引言

拋丸機的工作原理是依靠拋丸器中高速旋轉的葉輪，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］。拋丸設備是一種高噪聲裝置，當噪音超過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)生噪聲的因素進行分析研究并找到降低噪聲的措施。

1 設備結構

水平移動式拋丸設備由水平移動式拋丸機與配套的除塵設備組成。水平移動式拋丸機的主要部件包括拋丸器、拋丸室、回丸管、分離室、進丸管、電機座、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樣機。其電機功率為1.5 kW，拋打寬度為350 mm。

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

2 拋丸器的噪聲分析

2.1 拋丸器

拋丸機工作時，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，一般應立即停機檢查。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格的質量要求?，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，每個葉片應作精確稱量，在分選時，應保證每組葉片的質量差小于等于5 g，徑向成對兩個葉片之間的質量差小于等于3 g［3］，更換時應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為葉片嚴重磨損的拋丸頭。

改進措施:a.選用耐沖擊、破碎率低的彈丸;b.選用的葉片硬度應該均勻一致，內部不應有夾渣、夾層、臍孔松縮現(xiàn)象，表面應光滑，粗糙度(Ra)應該在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 葉片嚴重磨損的拋丸頭Fig.2 Badly abrasion blade of head of shot blasting machine

分丸輪是轉動的，而定向套是固定的。當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將分丸輪和定向套擠出裂紋。

改進措施: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，單面間隙應偏大為宜。

(4)葉輪與空氣產(chǎn)生的氣流噪聲

葉輪旋轉時，可以近似看作一個“風扇”，空氣流由進丸管進入，高速旋轉的葉輪便與空氣流產(chǎn)生氣流噪聲［4］。

改進措施: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，為減少進入拋丸器內的空氣流量，供丸管路應做成封閉式結構，這樣會在供丸管路內形成一定的負壓，既加大供丸量，又降低了噪聲。水平移動式拋丸機因為彈丸要循環(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襯板的沖擊和摩擦要比端襯板強烈得多，當定向套開口位置調整不當時，這種現(xiàn)象尤為突出［5］。

改進措施:a.調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整的，當開口角位置正確時，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，若在金屬板內側再鋪設一層耐磨橡膠板，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繼續(xù)做雜亂無章的無規(guī)則碰撞，因此在拋丸室不遠處經(jīng)?？梢月牭竭B續(xù)的沖擊噪聲。當被清理表面為鋼鐵時，產(chǎn)生的噪聲尤為明顯。并且當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。

改進措施:a.提高拋丸室外殼的結構強度和剛度;b.清理鋼板時，在鋼板底部鋪設橡膠墊。

2.3 除塵設備

除塵設備主要由風機、除塵器、空壓機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)風機本身的原因引起的振動而產(chǎn)生噪聲。如風機軸與電機軸不同心;機殼或進風口與葉輪摩擦;基礎的剛度不夠或者不牢;風機進出風口安裝不良;葉片積灰、污垢或磨損等均會引起風機振動;

(2)在濾芯需要清理時，反吹氣流產(chǎn)生的噪聲;

(3)與風機進出口相連的管道因風機振動引起管道振動從而產(chǎn)生噪聲;

(4)排塵管道出口處，因排塵風量大、流速高而產(chǎn)生的噪聲。

改進措施:a.首先選用低噪聲的合格風機;b.固定風機的底座應牢固、強度高、抗振性能好，最好在風機與底座連接的接觸面上增設減震橡膠墊;c.風機進、排風口與管道之間的連接盡量采用軟連接，以隔斷風機的振動向風管的傳播;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、分丸輪破損嚴重或葉片磨損不均，或拋丸器內有雜物;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)在整體設計上存在缺陷，拋丸機可能產(chǎn)生共振造成振動很大。

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

3 實驗結果

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

由表1的測試數(shù)據(jù)可以看出，拋丸室內前者比后者產(chǎn)生的噪聲要大。這是由于拋打鋼板進行除銹作業(yè)時，彈丸與鋼板進行激烈撞擊，產(chǎn)生較大噪聲，鋼板本身也會發(fā)出自鳴噪聲，電機和拋丸器由于與被清理工作表面關系不大，僅與機器本身振動有關，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備的噪聲，應該著重分析減小拋丸室和拋丸器的噪聲和改進措施。

4 結束語

水平移動式拋丸設備產(chǎn)生的噪聲主要來源于彈丸沖擊葉片和沖擊工作表面。該設備也正是依靠這種沖擊進行工作的。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，也是提高設備工作效率的重要途徑。

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

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

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

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

［5］張云華.高速機車的振動及噪音分析［J］.長江大學學報:自然科學版農(nóng)學卷，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］.科學技術與工程，2010，(11):2698－2701，2704.

［7］閻學成，趙月英.拋丸設備的噪聲與控制［J］.鑄造設備研究，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技術研究項目(11541306)

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

(編輯徐 巖)