菠萝叶刮麻机噪声分析与控制的研究

论文摘要

菠萝叶刮麻机是菠萝叶纤维提取加工的核心设备,其工作原理是利用高速旋转刀轮上的刀片对叶片进行打击、刮削和振动,在固定凹板的配合作用下除去叶肉获得纤维。刮麻刀轮的转速达到2470r/min,产生了93.7dB（A）的较强烈噪声。为避免刮麻机噪声对操作者以及周边环境可能产生的不利影响,满足劳动保护和环境保护的有关要求,对刮麻机噪声源进行分析研究并采取降噪措施,以期获得噪声降低的效果。 研究试验采用一台丹麦B&K公司生产的2260型精密声级计进行噪声信号采集,噪声数据利用BZ7210 version 2.0噪声分析软件进行分析,其数据处理原理是快速傅立叶分析。测试规范及结果处理按照《GB/T 3768-1996声学 声压法测定噪声源声功率级 反射面上方采用包络测量表面的简易法》方法进行。 刮麻机的噪声源包括机械性噪声和空气动力性噪声,机械性噪声主要由刀轮体机械振动噪声、机罩振动噪声、轴承噪声及电机噪声等组成,空气动力性噪声主要由旋转噪声、涡流噪声组成。通过频率计算、频谱分析以及对机罩、排渣板两个大面积薄板振动部件机进行振动测试,确定对刮麻机噪声贡献最大是空气动力性噪声,而对空气动力性噪声影响最大的是刀片旋转时刀片尾缘产生的涡流噪声,旋转噪声的影响作用要稍小一些（为保持原有刮麻性能,对刀片高度与噪声的关系没有进行研究）。分析表明,在工作转速情况下,刮麻机噪声频谱呈明显的宽频特征,频率范围在63～16000Hz之间,声压级在70 dB（A）以上的噪声较高峰值均集中在315～3150Hz的范围内,噪声最大峰值中心频率为1600Hz,与涡流噪声有关;次高峰值有两个,中心频率分别为400Hz、1000Hz,其中400Hz与旋转噪声有关。不同刀轮转速试验结果表明,在900～2100r/min范围内,转速每增加300r/min,噪声将增加3～5 dB（A）。 利用分步拆解法分析测试机罩、凹板、排渣等三个部件对空气动力性噪声影响情况,发现对刮麻机噪声影响最大的部件是凹板,主要是因为凹板与刀轮间的间隙极小,大部分涡旋流经时被凹板阻挡、切割、并强制（或加速）脱离刀片尾迹,极大地增加了空气压力脉动而明显加强了涡流噪声;机罩对刀轮体周围的气流状况有重要影响关系;排渣板则对噪声无明显影响。 针对噪声产生的原因,对凹板采取措施能取得最好的降噪效果,但考虑到保证刮麻机原有刮麻性能不变的情况下,仅对机罩和刀片及其相对关系进行尝试。采取将机罩与刀片叶尖的间隙从20mm增大到40mm与60mm,在大机罩两端钻孔,改半圆形机罩为方形机罩,刀片加后斜板等措施,各措施的降噪效果在3～6 dB（A）之间。降噪效果最理想的是将机罩与刀片叶尖的间隙增大到40mm并在机罩两侧钻孔,这样可使刮麻机的噪声下降5.9dB（A）,降噪后刮麻机噪声为87.8 dB（A）,基本上满足使用要求,达到了研究目的。

论文目录

• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究问题的提出
• 1.3 课题研究的必要性和意义
• 1.4 国内外噪声技术研究情况
• 1.5 研究内容及技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 2 刮麻机噪声测试基本原理与方法
• 2.1 噪声现场的数学描述
• 2.1.1 声压级与声功率级
• 2.1.2 声波的运动方程与波动方程
• 2.2 噪声信号的快速傅立叶分析
• 2.2.1 连续信号的离散化
• 2.2.2 离散傅立叶变换
• 2.2.3 快速傅立叶变换分析
• 2.3 刮麻机噪声测试方法
• 2.3.1 刮麻机的结构及其工作原理
• 2.3.2 测试方法描述
• 2.3.3 测试数据计算
• 2.3.3.1 测量表面平均A计权声压级的计算
• 2.3.3.2 背景噪声修正
• 2.3.3.3 测试环境修正
• 2.3.3.4 A计权表面声压级的计算
• 3 菠萝叶刮麻机噪声源分析
• 3.1 机械噪声源
• 3.1.1 刀轮体机械振动
• 3.1.2 机罩与排渣板振动
• 3.1.3 轴承噪声
• 3.1.4 驱动电机噪声
• 3.2 空气动力性噪声
• 3.2.1 空气动力性噪声的产生机理
• 3.2.2 旋转噪声
• 3.2.3 涡流噪声
• 3.3 刮麻机的噪声特性
• 3.3.1 噪声与转速的关系
• 3.3.2 额定工作转速的噪声特性
• 3.3.3 影响刮麻机噪声特性的主要部件及其影响机理
• 4 菠萝叶刮麻噪声控制试验
• 4.1 一般噪声控制原理
• 4.2 刮麻机降噪试验与评价
• 4.2.1 凹板
• 4.2.2 机罩
• 4.2.3 刀片
• 4.2.4 综合措施
• 4.2.5 措施评价
• 5 结语
• 5.1 研究结论
• 5.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢