某試制車間攪拌機(jī)電機(jī)噪聲預(yù)測(cè)與降噪設(shè)計(jì)

李旦望 夏燁 丁建國(guó) 英基勇

摘? 要：工業(yè)企業(yè)員工長(zhǎng)期在噪音環(huán)境中工作，會(huì)感到情緒煩燥不安，影響工作質(zhì)量，嚴(yán)重者甚至?xí)斐陕?tīng)力不可逆損傷。為了研究某公司產(chǎn)品試制車間的環(huán)境噪聲水平以及降噪需求，文章對(duì)其主要噪聲源攪拌機(jī)電機(jī)的總聲功率級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲總聲壓級(jí)進(jìn)行了聲學(xué)試驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬，并開(kāi)展了校核工作。隨后針對(duì)攪拌機(jī)電機(jī)的聲源特性提出了三種降噪設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明：可采用更換隔聲效果更好的電機(jī)護(hù)罩，或者采用主要聲源隔間隔離方法，以及房間特定位置處鋪設(shè)吸聲材料等方案來(lái)實(shí)現(xiàn)降噪設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：攪拌機(jī)電機(jī);噪聲預(yù)測(cè);聲學(xué)試驗(yàn);降噪設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM341? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）07-0013-05

Abstract： Employees of industrial enterprises will feel upset and upset when they work in a noisy environment for a long time， which will affect the quality of their work. In serious cases， it will even cause irreversible hearing impairment. In order to study the environmental noise level and the demand of noise reduction in the trial production workshop of a company， the acoustic test measurement and numerical simulation of the total sound power level of the main noise source mixer motor and the total sound pressure level of the field environmental noise are carried out in this paper. And the verification work is carried out. Then three kinds of noise reduction design schemes are put forward according to the sound source characteristics of mixer motor. The results show that the noise reduction design can be realized by replacing the motor shield with better sound insulation effect， adopting the isolation method of the main sound source compartment， and laying sound absorbing materials at the specific position of the room.

Keywords： agitator motor; acoustic prediction; acoustic test; noise reduction design

引言

工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的環(huán)境噪聲分為企業(yè)車間內(nèi)部噪聲和企業(yè)邊界噪聲。企業(yè)員工長(zhǎng)期在噪音環(huán)境中工作，會(huì)造成情緒煩燥不安，注意力無(wú)法集中，影響工作質(zhì)量，降低勞動(dòng)生產(chǎn)率[1-2]，嚴(yán)重者甚至?xí)斐陕?tīng)力不可逆損傷。

本文針對(duì)某公司的產(chǎn)品試制車間，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[3-4]以及其企業(yè)內(nèi)部噪聲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，對(duì)該試制車間的主要噪聲源和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)校核數(shù)值模擬結(jié)果，最后針對(duì)主要噪聲源特性提出了降噪設(shè)計(jì)方案。

1 車間原始噪聲水平評(píng)估

某產(chǎn)品試制車間尺寸為10.4米×9.7米×3.3米，室內(nèi)主要物品包含1臺(tái)容量30L的攪拌機(jī)，1臺(tái)容量100L的攪拌機(jī)，以及配電控制柜，工人操作臺(tái)等。其示意圖如圖1所示。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)車間內(nèi)主要噪聲源為兩臺(tái)攪拌機(jī)下方的電機(jī)產(chǎn)生的電機(jī)噪聲。

電機(jī)噪聲主要有氣動(dòng)噪聲、振動(dòng)噪聲、電磁噪聲等。氣動(dòng)噪聲主要是電機(jī)散熱風(fēng)扇產(chǎn)生的，與風(fēng)扇葉片、轉(zhuǎn)速、通風(fēng)管道有關(guān)。振動(dòng)噪聲主要是由于共振，或轉(zhuǎn)子不平衡量大產(chǎn)生。電磁噪聲主要是由氣隙磁場(chǎng)效果與定子鐵芯的徑向重量所發(fā)生的，它經(jīng)過(guò)磁軛傳播，使定子鐵芯發(fā)生振動(dòng)變形。其次是氣隙磁場(chǎng)的切向重量，它與電磁轉(zhuǎn)矩相反，使鐵芯齒部分變形振動(dòng)，當(dāng)徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時(shí)，就會(huì)引起共振，增強(qiáng)電磁噪聲。

1.1 數(shù)值預(yù)測(cè)方法

本節(jié)采用室內(nèi)聲場(chǎng)分析軟件，建立該產(chǎn)品試制車間的數(shù)值模擬模型，針對(duì)主要噪聲源電機(jī)噪聲，完成車間內(nèi)環(huán)境聲場(chǎng)的數(shù)值模擬。

1.2 聲源獲取

對(duì)于車間內(nèi)的主要噪聲源，兩臺(tái)攪拌機(jī)下方的電機(jī)，分別采用包絡(luò)面掃描法和離散點(diǎn)法完成對(duì)主要聲源聲強(qiáng)的測(cè)量，作為后續(xù)環(huán)境聲場(chǎng)評(píng)估的輸入。

1.2.1 測(cè)試設(shè)備

采用如下經(jīng)過(guò)標(biāo)定的儀器系統(tǒng)進(jìn)行噪聲測(cè)量，見(jiàn)表1。

1.3 校核算例

本節(jié)以聲強(qiáng)測(cè)量法獲得的聲源為輸入，計(jì)算了30L攪拌機(jī)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速2700rpm，攪拌桶內(nèi)工質(zhì)為80%體積的水，100L攪拌機(jī)電機(jī)不工作的工況下整個(gè)試制車間內(nèi)的聲場(chǎng)分布。

隨后與試驗(yàn)測(cè)量的試制車間典型工位處的總聲壓級(jí)做對(duì)比，驗(yàn)證數(shù)值預(yù)測(cè)方法，并修正其計(jì)算精度，為后續(xù)其他工況下的聲場(chǎng)計(jì)算做基準(zhǔn)。

1.3.1 數(shù)值計(jì)算結(jié)果

（1）算例1：30L攪拌機(jī)電機(jī)工作（聲源由包絡(luò)面掃描法獲得）

輸入聲源如表2。

具體計(jì)算時(shí)，將30L攪拌機(jī)設(shè)置為聲源，100L攪拌機(jī)及車間內(nèi)其他物品設(shè)置為障礙物，設(shè)置在高度1.7m平面計(jì)算聲場(chǎng)分布，結(jié)果如圖2所示。

（2）算例2：30L攪拌機(jī)電機(jī)工作（聲源由離散點(diǎn)法獲得）

本算例數(shù)值模擬時(shí)，將聲源設(shè)置為兩個(gè)體聲源加一個(gè)面聲源的形式，體聲源為攪拌桶和電機(jī)，面聲源為電機(jī)底面。具體輸入聲源情況如表3：

x1.3.2 校核算例試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

（1）典型工位觀測(cè)點(diǎn)聲場(chǎng)測(cè)量

根據(jù)車間工人操作習(xí)慣，選取7個(gè)典型工位為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的聲場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)（與上節(jié)數(shù)值模擬選擇的典型工位坐標(biāo)一致），如圖4所示。

（2）測(cè)量結(jié)果

表4給出了30L攪拌機(jī)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速2700rpm，工質(zhì)為80%體積的水，100L攪拌機(jī)不工作的工況下整個(gè)試制車間內(nèi)的典型工位觀測(cè)點(diǎn)的聲場(chǎng)分布（將試驗(yàn)測(cè)得的A聲級(jí)換算為總聲壓級(jí)[7-8]）。

（3）數(shù)值與試驗(yàn)誤差修正

a. 包絡(luò)面掃描法

將算例1數(shù)值模擬結(jié)果與表4的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表5所示：

b. 離散點(diǎn)法

將算例2數(shù)值模擬結(jié)果與表4的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表6所示。

1.4 典型工況的原始噪聲水平評(píng)估

基于上節(jié)數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的修正建議，本節(jié)對(duì)典型工況下的車間內(nèi)噪聲水平開(kāi)展評(píng)估。

1.4.1 算例3：100L攪拌機(jī)電機(jī)工作（聲源離散點(diǎn)法）

本節(jié)將計(jì)算100L攪拌機(jī)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速2000rpm，工質(zhì)為50% base溶質(zhì)，30L攪拌機(jī)電機(jī)不工作的工況下，試制車間內(nèi)的聲場(chǎng)分布。

輸入聲源如表7：

1.4.2 算例4：30L+100L攪拌機(jī)電機(jī)工作（聲源包絡(luò)面掃描法+離散點(diǎn)法）

本節(jié)將計(jì)算30L攪拌機(jī)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速2700rpm，工質(zhì)為80%水，100L攪拌機(jī)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速2000rpm，工質(zhì)為50% base溶質(zhì)的工況下，試制車間內(nèi)的聲場(chǎng)分布。

由表10可知，基于30L攪拌機(jī)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速2700rpm，工質(zhì)為80%水，100L攪拌機(jī)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)速2000rpm，工質(zhì)為體積50% bas溶質(zhì)的聲場(chǎng)分布數(shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)行誤差修正，發(fā)現(xiàn)在該工況下，7個(gè)典型工位的總聲壓級(jí)（修正后）均大于84dB，噪聲環(huán)境較惡劣，因此急需進(jìn)行降噪工程。

2 攪拌電機(jī)降噪設(shè)計(jì)

2.1 方案一：30L攪拌機(jī)電機(jī)更換隔聲效果更好的電機(jī)護(hù)罩

本節(jié)將對(duì)30L攪拌機(jī)電機(jī)在更換了隔聲效果更好的電機(jī)護(hù)罩（電機(jī)部分總聲功率級(jí)小10dB），在單獨(dú)工作時(shí)的試制車間內(nèi)聲場(chǎng)分布情況進(jìn)行計(jì)算，評(píng)估新的電機(jī)護(hù)罩對(duì)試制車間的整體降噪效果。

將30L攪拌機(jī)聲源設(shè)置為兩個(gè)體聲源的形式，為攪拌桶和電機(jī)，如表11所示。

2.2 方案二：100L攪拌機(jī)電機(jī)更換隔聲效果更好的電機(jī)護(hù)罩

本節(jié)將對(duì)100L攪拌機(jī)電機(jī)在更換了隔聲效果更好的電機(jī)護(hù)罩（電機(jī)部分總聲功率級(jí)小10dB），在單獨(dú)工作時(shí)的試制車間內(nèi)聲場(chǎng)分布情況，評(píng)估新的電機(jī)護(hù)罩對(duì)試制車間的整體降噪效果。

將100L攪拌機(jī)聲源設(shè)置為兩個(gè)體聲源的形式，為攪拌桶和電機(jī)，如表13所示。

2.3 方案三：30L攪拌機(jī)整體采用隔間隔離

本節(jié)將對(duì)30L攪拌機(jī)整體采用隔間隔聲（整體總聲功率級(jí)小8dB），在單獨(dú)工作時(shí)的試制車間內(nèi)聲場(chǎng)分布情況，探索隔間隔離方案對(duì)試制車間的整體降噪效果。

通過(guò)方案三計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將30L攪拌機(jī)整體采用隔間隔聲，使得整體總聲功率級(jí)小8dB后，試制車間內(nèi)7個(gè)典型工位的總聲壓級(jí)較原始方案（算例1）的結(jié)果降低約8dB。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)某公司產(chǎn)品試制車間的主要噪聲源聲功率級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬，開(kāi)展校核分析工作，并針對(duì)主要噪聲源特性提出了三種降噪設(shè)計(jì)方案。結(jié)論如下：

（1）30L攪拌機(jī)通過(guò)更換隔聲效果更好的電機(jī)護(hù)罩（電機(jī)部分總聲功率級(jí)小10dB），計(jì)算發(fā)現(xiàn)在7個(gè)典型工位的降噪值約為5dB;

（2）100L攪拌機(jī)通過(guò)更換隔聲效果更好的電機(jī)護(hù)罩（電機(jī)部分總聲功率級(jí)小10dB），計(jì)算發(fā)現(xiàn)在7個(gè)典型工位的降噪值約為6dB;

（3）30L攪拌機(jī)整體在采用隔間隔離（整體的總聲功率級(jí)小8dB）后，計(jì)算發(fā)現(xiàn)在7個(gè)典型工位的降噪值為約8dB。

綜上所述，在工程實(shí)際允許的前提下，優(yōu)先推薦在試制車間內(nèi)對(duì)主要噪聲源（攪拌機(jī)電機(jī)噪聲）采用隔間隔離的方式進(jìn)行降噪設(shè)計(jì)。

此外，通過(guò)聲線計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在采用上述幾種降噪設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，可以在試制間墻壁、天花板和地面的特定位置處鋪設(shè)吸聲材料，也能達(dá)到一定的降噪效果。

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