消音小鋸片振動(dòng)特性研究

陳紅英

（唐山科源環(huán)保技術(shù)裝備有限公司，河北 唐山063300）

0 引言

圓盤鋸切機(jī)與其他類型的切割設(shè)備相比有切割速度快、生產(chǎn)效率高、激振力大等優(yōu)勢，但這種鋸機(jī)在鋸切過程中產(chǎn)生的噪聲污染極為嚴(yán)重，學(xué)者在控制振動(dòng)和降低噪音方面做了許多研究工作。圓鋸機(jī)工作時(shí)的主要聲源有空氣動(dòng)力性噪聲、鋸片振動(dòng)噪聲和工件振動(dòng)噪聲［1－2］。楊久霞等針對金屬冷、熱切圓鋸片在鋸切軋件過程中出現(xiàn)的振動(dòng)問題，研究了鋸片局部厚度發(fā)生變化及旋轉(zhuǎn)離心力對鋸片振動(dòng)特性的影響［3］。駱志高等對圓鋸片進(jìn)行振動(dòng)分析和試驗(yàn)?zāi)B(tài)理論研究，試驗(yàn)證明，開減振孔鋸片可有效降低圓鋸片的振動(dòng)，為圓鋸片降低振動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及基體沖孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)［4］。劉利民、紐平等對一般木工圓鋸機(jī)的噪聲進(jìn)行了一些測試分析，取得了不同程度的研究成果［5－6］。文獻(xiàn)［7］針對直徑1 000 mm金屬圓盤鋸，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了金屬鋸切噪聲的特征及若干因素的作用，并討論了諸因素與金屬鋸切噪聲間的關(guān)系。文獻(xiàn)［8］通過有限元計(jì)算方法，計(jì)算了鋸片前幾階固有頻率和振型，研究了在夾盤夾緊作用下的振動(dòng)情況。通過文獻(xiàn)分析可知以上都是針對直徑較大的鋸片進(jìn)行的研究，而小鋸片在裝夾方式、受力、運(yùn)轉(zhuǎn)速度方面與大鋸片都是有明顯區(qū)別的。小鋸片成本低、安裝方便，在冶金行業(yè)使用越來越廣泛，所以本文通過對軋鋼廠直徑200 mm冶金消音小鋸片振動(dòng)情況進(jìn)行模態(tài)分析。

1 鋸片模態(tài)分析

創(chuàng)建模型：利用Pro／E軟件對鋸片創(chuàng)建三維模型，然后將模型導(dǎo)入ANSYS中，即可進(jìn)行靜力分析。鋸片基本參數(shù)：等腰三角齒形，齒頂角52．5°，齒根圓角2 mm，外徑200 mm，內(nèi)徑20 mm，齒數(shù)48，厚度為5 mm。圖1表明六階模態(tài)頻率下振型的最大位移發(fā)生在齒頂圓；最小位移量都發(fā)生三階頻率下，六階位移量都為最大值，對齒危害大；一階、二階、四階、五階模態(tài)頻率下的位移接近，三階和六階模態(tài)頻率下的位移接近，但是頻率波動(dòng)較大。這樣，在外界激勵(lì)頻率下，鋸片產(chǎn)生共振的概率將會(huì)很高。

2 帶消音孔鋸片模態(tài)分析

圖1 等腰三角齒形模態(tài)振型圖

圖2展示了等腰三角齒形開消音孔后模態(tài)振型，表1為開孔前后振動(dòng)頻率的對比。表1說明打孔后鋸片頻率波動(dòng)分布與打孔前并無太大區(qū)別。打孔后模態(tài)頻率有所降低，在外界激勵(lì)頻率下，鋸片共振不明顯，所以打孔對鋸片固有頻率無太大影響；打孔對降噪有很大的影響，因孔的存在切斷了振動(dòng)的傳遞。

表1 有孔與無孔振動(dòng)頻率對比 Hz

3 帶消音槽鋸片模態(tài)分析

在鋸身上開寬度為1 mm，弧度為12的環(huán)形槽。槽的外徑為150 mm。圖3展示了等腰三角齒形開消音槽后的模態(tài)振型。表2是在鋸身開不同數(shù)量槽前后振動(dòng)頻率對比，從中可以看出，開槽對鋸片低階固有頻率影響不大，開槽對五階以上的固有頻率影響較為明顯。

表2 不同開音槽數(shù)量下的振動(dòng)頻率對比 Hz

圖2 等腰三角齒形開消音孔后模態(tài)振型圖

圖3 等腰三角齒形開消音槽后模態(tài)振型圖

4 結(jié)論

鋸片在工作情況下很容易產(chǎn)生共振，為了工作的安全和鋸片性能的穩(wěn)定，鋸片的低階模態(tài)頻率，即一階頻率，應(yīng)該高于電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)頻率，以避免發(fā)生共振現(xiàn)象。

在鋸片上打消音孔能有效地減弱噪聲的產(chǎn)生，但對鋸片低階固有頻率的影響不大。消音結(jié)構(gòu)以開槽為最佳，槽的數(shù)目以不影響鋸片強(qiáng)度為宜，開槽對五階以上固有頻率影響相對明顯。

［1］ 王太勇，張紀(jì)鎖，張策．冶金工業(yè)鋸切噪聲機(jī)理及降噪［J］．天津大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，27（5）：583－588．

［2］ 馬建敏．金屬旋轉(zhuǎn)鋸切噪聲預(yù)估理論及控制技術(shù)的研究［D］．西安：西安交通大學(xué)，1998．

［3］ 楊久霞，張建宇，局部強(qiáng)化對金屬冷、熱切圓鋸片振動(dòng)特性的影響［J］．噪聲與振動(dòng)控制，2003（6）：20－23．

［4］ 駱志高，李舉，王祥，等．基于試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的圓鋸片降低振動(dòng)研究［J］．振動(dòng)與沖擊，2009，28（2）：124－127．

［5］ 劉利民．圓鋸機(jī)降噪裝置的設(shè)計(jì)研究［J］．噪聲與振動(dòng)控制，1982（5）：14－18．

［6］ 紐平．木工圓鋸阻尼片的研究［J］．噪聲與振動(dòng)控制，1989（4）：18－21．

［7］ Wang Taiyong．Calculation and estimation of the dynamic behaviour of elastic circular plates［J］．Journal of Tianjin University，1989（4）：19－24．

［8］ 張紀(jì)鎖，王大勇，張策，等．降低金屬鋸切噪聲的研究［J］．上海勞動(dòng)保護(hù)技術(shù)，1994（1）：16－21．