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9R-40型揉碎机噪声分析研究

王娟  
【摘要】: 揉碎机是我国近年来研制出的一种新型饲草料加工设备,它是介于铡切与粉碎两种机械加工技术之间的一种新型加工方式。经揉碎后的秸秆为柔软、蓬松的丝状物,具有适宜的长度和粗细度,因而对于直接饲喂反刍家畜以及干燥、粉碎、制粒、压块(饼)、化学处理、生物处理等后续加工都极为有利。但是,揉碎机和大部分旋转机械一样,存在噪声高、振动强烈的缺点,严重阻碍了其进一步的推广和发展。 本文针对揉碎机的空气动力性噪声和机械噪声展开研究,结合理论分析、数值模拟和试验研究对其噪声产生机理和特性进行了分析研究,主要内容有以下: (1)依据国家标准GB6971-86《粉碎机试验方法》和GB3768-83《噪声源声功率级的测定一简易法》分别对空载和负载下9R-40型揉碎机5个测点的噪声进行试验研究。得出空载和负载的主要噪声源都是空气动力性噪声,且都是旋转噪声。 (2)基于MATLAB提供的小波工具包,结合小波技术和频谱分析技术对揉碎机的噪声源进行识别。用db4小波基对采集的空载和负载第5测点的噪声信号进行尺度为6的小波分解,获得了7个频带的能量分布和百分含量。 (3)以导流板、齿板、锤片、风扇及其组合为试验因素进行揉碎机噪声分离研究,通过分析获得到影响揉碎机的噪声大小的主、次因素,即风扇旋转产生的空气动力性噪声是影响揉碎机噪声的主要噪声源,其次是锤片,导流板对噪声的影响不大,齿板具有吸声作用。 (4)获得了对噪声影响较大的转速、锤片数与声压级之间的关系:转速越高,噪声越大,且转速在2400-2800r/min范围内,最佳转速应选择2600r/min左右;锤片的数量只影响噪声幅值,对主要频率影响较小。 (5)通过振动试验得到揉碎机的主要零件的主要实际振动频率都集中在100-500Hz以内,而且转子存在严重的动不平衡,在x、y、z三个方向上的振动能量都很大,这对轴承的寿命,以及整机的振动都有严重的影响。 (6)基于结构力学和振动理论,运用有限元分析软件ANSYS对9R-40型揉碎·机上、下机壳的固有频率及振型进行分析。结合振动试验结果和模拟结果,从刚度角度提出结构优化方案,为揉碎机的改进和性能优化提供参考。 (7)为了对揉碎机空气扰动噪声源的产生机理、噪声特性及其规律进行研究,运用计算流体力学软件Fluent对9R-40型揉碎机内部的流场进行了三维模拟,直观显示了揉碎机腔体内的流场特性和流动状态。并且对计算所得的风速曲线和试验测得的值进行对比,结果表明,二者最大相对误差小于8%,且得到了转速为2800r/min运动时揉碎机流场的压力分布和内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,低速气流从进气口经高速旋转的转子作用后,产生了旋转噪声和涡流噪声;另外,在出料直管内形成一个回流区,易造成出料口堵塞,也会产生噪声。


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