辊筒减振降噪措施的研究

　　1　前言

　　在钢铁工业生产线上,辊道运输系统被广泛使用。辊筒是辊道输送中的主要部件,它的主体是Φ300mm无缝钢管,两端封焊支承轴,通过滚动轴承支承在钢铁支架上,并通过联轴节由辊筒电机驱动旋转,其最高转速为160r/min,即最高输送线速度为2.5m/s。在输送工件时,由于平行排列的辊筒相隔间距较远(1～1.5m),且不可能完全保证处于同一水平面上,而长达几米甚至十几米不同截面形状的工件也会有各种挠曲变形,因此输送过程中辊筒与工件之间必然会不断发生随机撞击摩擦,产生强烈振动并辐射噪声。速度愈高,撞击愈甚,辐射噪声就愈高。通过对某轧钢车间辊道运输噪声实测表明,辊道输送噪声峰值频率在700～1000Hz范围,噪声量级在100～106dB(A)的中频窄带噪声,正好处于人耳敏感区域,故对一线工人的身心健康影响较大。另外由于辊筒、轴承、支架系统全部是钢结构,阻尼较小,容易受激振动,因而振动能量通过它们传递到地基,引起地基和周围其他设施的振动并辐射噪声,因此辊道运输噪声是轧钢车间的主要噪声源之一,必须对其进行治理。由于对被运输工件采取减振降噪措施难度大也不现实,只有对辊筒进行治理。本文将根据生产实际,提出一些切实可行的减振降噪方法,并对其降噪效果进行模拟实验验证。

　　2　辊筒减振降噪的原理与方法

　　辊筒是一种空心圆柱结构,根据声学理论,它的声辐射效率是ka的函数,即其中k为声波数,a为圆柱半径。由于辊筒结构尺寸已确定,无法改变半径a,所以辊筒的辐射效率Rrad是一定的,此外,辊筒的表面积S也是确定的。根据结构辐射噪声功率表达式

　　可知,降低辊筒结构辐射噪声的主要途径是降低辊筒表面振动速度。另外必须考虑辊筒本身的隔振问题,以隔离或减少辊筒的振动能量向支架和地基传递而引起其它结构部件的二次振动和发声。降低辊筒表面振动速度,可采取许多方法,比如降低工件与辊筒的撞击速度就可以大大降低加速度噪声和自鸣噪声的量级。这包括采用较低的速度运送工件,或采用低硬度的材料覆盖在辊筒表面,或采用阻尼损耗因子较大的材料作辊筒(如用铸铁代替无缝钢管)等等。但从工厂现有条件看,充分利用现有的钢辊筒进行改造,可以大大降低治理成本。因此试验研究的重点就是如何设法使现有钢制辊筒的振动和噪声降下来。考虑到实施的可行性,仅对以下几种措施进行实验研究。

　　2.1　辊筒表面钻孔或开槽

　　首先辊筒表面钻孔或开槽后,改变了辊筒低阶模态的质量、刚度比,从而改变振动固有频率;其次,小孔或槽阻隔了辊筒表面弯曲波和纵波的传播途径,降低了表面平均振速;第三,在一定程度上减少了辊筒表面积,即减少了声辐射面积,使辐射声功率也随之降低;第四,表面周围的气流在小孔中产生空气泵动阻尼作用,改变了辊筒的振动速度,从而产生降低声辐射的效果。试验中采用钻5mm孔,穿孔率(钻孔面积/辊筒表面积)为6.021%。