在冷锯机夹盘减振降噪中应用粉体阻尼技术的实验研究

　　1　前言

　　由于金属旋转锯切产生的噪声大污染严重,近几年国内已对其产生机理控制技术进行了大量的研究[1-3]。但控制措施主要针对锯片,并认为增大夹盘直径对降低噪声有好处。实际上,无论是原始夹盘还是增大后的夹盘,其主要作用是在把锯片和转轴连接在一起的,其结果增大了锯片的转动惯量,一般情况夹盘直径为锯片直径的1/2左右,夹盘厚度为锯片厚度的10倍左右。在锯切过程中,虽然夹盘振动速度比锯片部分小的多,但由于辐射噪声面积大,对总体噪声的影响也较大。而常规的振动噪声控制方法又难以实施。因此,本文将首次把粉体阻尼技术用于对锯片夹盘的减振降噪,并通过实验对其降噪效果进行研究分析。

　　2　粉体阻尼技术减振降噪原理

　　粉体阻尼技术(英文名称为Non-obstructiveparticleDamping)是一种新型阻尼减振降噪技术[4]。目前还正在研究发展中,虽然它的工作机理还没有完全搞清楚,但由于它具有对被减振的结构形状没有任何要求,且几乎不增加原结构的重量,不受使用环境限制,减振效果好等优点,所以该技术已被国外用于航空航天领域对空间飞行器及运栽工具的减振处理。定性地讲,其减振降噪的工作原理为:在被减振体上的适当的位置打一系列的孔,装入适量的金属或非金属粉末(微颗粒)材料后封口。当结构体发生振动时,孔腔内的粉体或微颗粒之间就会产生相互碰撞、磨擦、挤压,从而消耗振动能量。实施时主要技术要点有两个,一是要在振动最大的能量传输通道上设计若干小孔(可以钻孔,铸孔,安装细管或铸造前埋入网管),然后在孔内填充金属或非金属粉末或微粒;二是微粒或粉末不能填满孔腔。考虑到夹盘比较厚,在不破坏其强度的前提下,径向打适当数量的深孔,并装入粉体阻尼材料,可以有效的减小夹盘的振动和噪声辐射。

　　3　模型实验及结果分析

　　由相似理论,以锯片直径Φ1650mm,夹盘直径为Φ860mm,直径比约为1/2,锯片厚度为9mm,夹盘厚105mm的冷锯机为对象制作相似模型,根据实验设备情况,则试验锯片按实际锯片的1∶4尺寸缩小,即锯片直径Φ400mm,夹盘直径<Φ200mm,直径比1/2,锯片厚度2.4mm,夹盘厚26mm。

　　对模型锯片的大夹盘(直径为275mm)进行NOPD阻尼处理。处理方法为,在夹盘上沿径向钻孔,孔距相隔15°,圆周上共24孔,呈放射状均布(图1),孔径为Φ4,孔深95mm和60mm两种间隔排列,孔口攻M5内螺纹可用螺钉封口。孔内填充Φ1～1.5mm的铁砂微颗粒,填充高度占孔深的90%左右,要求颗粒在孔内不被卡死。

　　为了便于对比,分别对小夹盘、大夹盘和NOPD处理的大夹盘三种夹盘单独进行了撞击噪声测试。测试时将夹盘悬挂,用锤击法使试件发声,用ND2精密声级计测试声压级,并用CRAS分析软件处理得到频谱,每个试验取4次平均。锤击时通过保持落锤距离来控制每次的锺击力基本相等。此外,又将上述三种夹盘的锯片组件,静置于支架上,分别进行了撞击噪声测试,试验内容与前述完全相同,但锤击的位置落在锯片上,而不是夹盘上。表1列出了夹盘和锯片撞击噪声的声压级,图2和图3分别给出了夹盘、锯片的撞击噪声频谱。