水平移动式抛丸设备的噪声分析

张 丹， 刘元林， 王 正

(1.黑龙江科技学院 机械工程学院，哈尔滨 150027;2.天津市海河管理处，天津 300400)

水平移动式抛丸设备的噪声分析

张 丹1， 刘元林1， 王 正2

(1.黑龙江科技学院 机械工程学院，哈尔滨 150027;2.天津市海河管理处，天津 300400)

为了满足噪声环保的要求，针对水平移动式抛丸机的工作原理及具体结构进行研究，分析了水平移动式抛丸机产生噪声的主要来源及其危害。通过对水平移动式抛丸机的现场试验，对噪声的产生进行了定性的分析及定量比较，并对不同来源的噪声提出了控制措施。结果表明，通过减小无效冲击可以降低噪声污染，这是提高设备工作效率的一种方法。

水平移动式抛丸机;噪声与控制;抛丸器

0 引言

抛丸机的工作原理是依靠抛丸器中高速旋转的叶轮，将弹丸沿固定于叶轮上的叶片以一定的抛射角度，向工件高速抛出，来完成对工件的抛丸目的［1］。抛丸设备是一种高噪声装置，当噪音超过85 dB［2］时，工作人员及其在周边的人要佩戴耳罩。噪声较高的设备难以满足噪声环保的要求，因此，有必要对产生噪声的因素进行分析研究并找到降低噪声的措施。

1 设备结构

水平移动式抛丸设备由水平移动式抛丸机与配套的除尘设备组成。水平移动式抛丸机的主要部件包括抛丸器、抛丸室、回丸管、分离室、进丸管、电机座、行走部分以及控制部分。图1为生产的水平移动式抛丸机样机。其电机功率为1.5 kW，抛打宽度为350 mm。

图1 水平移动式抛丸机Fig.1 Horizontal mobile shot blasting machine

2 抛丸器的噪声分析

2.1 抛丸器

抛丸机工作时，抛丸器振动是很正常的现象。但是，如果振动的幅度或是噪声很大，一般应立即停机检查。抛丸器噪声主要来自以下几个方面:

(1)自身不平衡引起的振动噪声

叶轮转速较高，一般在2 000～3 000 r/min，有的甚至在5 000 r/min以上，自身就存在着因质量不匀而引起的不平衡力矩。另外，装在叶轮圆盘上的8个叶片，由于铸造加工存在着质量差异，更加剧了叶轮的不平衡，因此，工作时产生的振动较大，噪声也比较高。

改进措施:a.提高叶轮体本身的加工精度;b.对叶轮体作静平衡校正;c.对叶轮体作动平衡校正;d.对叶轮上的八个叶片要有严格的质量要求。现有国产抛丸器的叶轮上大都由八个或四个叶片组成一组，每个叶片应作精确称量，在分选时，应保证每组叶片的质量差小于等于5 g，径向成对两个叶片之间的质量差小于等于3 g［3］，更换时应径向成对更换或者成组更换。

(2)弹丸与叶片之间产生的摩擦噪声

弹丸经定向套窗口低速飞出进入叶片根部时，便沿叶片径向加速飞出。这一过程中弹丸与叶片之间既存在滑动摩擦，又存在滚动摩擦。其摩擦系数较大，因此产生的摩擦噪声更剧烈。图2为叶片严重磨损的抛丸头。

改进措施:a.选用耐冲击、破碎率低的弹丸;b.选用的叶片硬度应该均匀一致，内部不应有夹渣、夹层、脐孔松缩现象，表面应光滑，粗糙度(Ra)应该在12.5以上，以减小与弹丸的摩擦。

(3)分丸轮、弹丸、定向套之间的摩擦噪声

图2 叶片严重磨损的抛丸头Fig.2 Badly abrasion blade of head of shot blasting machine

分丸轮是转动的，而定向套是固定的。当弹丸在分丸轮的离心力作用下拥挤到分丸轮与定向套之间的间隙时，两者之间的间隙如果过小，这种摩擦显得格外剧烈，有时会将弹丸挤碎或将分丸轮和定向套挤出裂纹。

改进措施:所选弹丸的粒度既要满足分丸轮与定向套之间的间隙要求，又能满足抛丸工艺要求。一般分丸轮与定向套之间的“单面间隙”应为所选弹丸最大直径的3～5倍，为防止产生剧烈摩擦和将定向套与分丸轮挤裂的现象发生，单面间隙应偏大为宜。

(4)叶轮与空气产生的气流噪声

叶轮旋转时，可以近似看作一个“风扇”，空气流由进丸管进入，高速旋转的叶轮便与空气流产生气流噪声［4］。

改进措施:叶轮与空气流产生的噪声在传统的敞开式供丸管路中最为明显，为减少进入抛丸器内的空气流量，供丸管路应做成封闭式结构，这样会在供丸管路内形成一定的负压，既加大供丸量，又降低了噪声。水平移动式抛丸机因为弹丸要循环利用，所以供丸管路为封闭式。

2.2 抛丸室

(1)抛丸室振动产生的噪声

抛丸器安装在抛丸室上方，由于抛丸器本身的振动而引起抛丸室的振动，从而产生噪声。

改进措施:在抛丸器与抛丸室的两个连接的框板之间加一个承压减振橡胶垫，以吸收振动能量。

(2)弹丸冲击抛丸器衬板产生的噪声

弹丸沿叶片径向加速而离开叶片外缘时，由于初速度差异和散射角的存在，少部分弹丸会与侧衬板、顶衬板和端衬板产生冲击和摩擦而发出噪声，并且弹丸对顶衬板和侧衬板的冲击和摩擦要比端衬板强烈得多，当定向套开口位置调整不当时，这种现象尤为突出［5］。

改进措施:a.调整好定向套开口角位置，尽量减少弹丸对衬板的冲击。弹丸进入叶片底部的初速度差异和散射角的存在是不可避免的，而定向套开口角的位置是可以调整的，当开口角位置正确时，绝大部分弹丸被抛向工件，既提高了生产效率和抛丸效果，又减少了对抛丸器衬板的冲击和摩擦;b.抛丸室的衬板宜采用耐磨材料制成，若在金属板内侧再铺设一层耐磨橡胶板，既起到了减震阻尼作用，又从整体上形成了吸声组合屏障，降噪效果更佳。

(3)弹丸清理工作面时产生的噪声。

当对被清理表面抛丸时，来自抛丸器的高速弹丸流不断冲击被清理表面，并且经第一次冲击后的弹丸在室体内继续做杂乱无章的无规则碰撞，因此在抛丸室不远处经常可以听到连续的冲击噪声。当被清理表面为钢铁时，产生的噪声尤为明显。并且当被清理的工件壁薄而轻巧时，在受到冲击后还会产生振颤而发出自鸣噪声。

改进措施:a.提高抛丸室外壳的结构强度和刚度;b.清理钢板时，在钢板底部铺设橡胶垫。

2.3 除尘设备

除尘设备主要由风机、除尘器、空压机以及连接管道等组成。它的噪声来源主要有以下几个方面［6］:

(1)风机本身的原因引起的振动而产生噪声。如风机轴与电机轴不同心;机壳或进风口与叶轮摩擦;基础的刚度不够或者不牢;风机进出风口安装不良;叶片积灰、污垢或磨损等均会引起风机振动;

(2)在滤芯需要清理时，反吹气流产生的噪声;

(3)与风机进出口相连的管道因风机振动引起管道振动从而产生噪声;

(4)排尘管道出口处，因排尘风量大、流速高而产生的噪声。

改进措施:a.首先选用低噪声的合格风机;b.固定风机的底座应牢固、强度高、抗振性能好，最好在风机与底座连接的接触面上增设减震橡胶垫;c.风机进、排风口与管道之间的连接尽量采用软连接，以隔断风机的振动向风管的传播;d.在排尘管道出口处加一消音器。

2.4 其他噪声分析

(1)叶片、定向套、分丸轮破损严重或叶片磨损不均，或抛丸器内有杂物;需要更换叶片、定向套、分丸轮或去除杂物。

(2)抛丸头轴承安装时有问题，或者轴承经长时间磨损已经损坏;建议更换轴承。

(3)抛丸器固定螺栓松动，需紧固螺栓。

(4)在整体设计上存在缺陷，抛丸机可能产生共振造成振动很大。

(5)与抛丸器连接的电机座由于抛丸头的高速运转会产生很大的振动［7］，与之连接的皮带轮也会由于长期运转而产生皮带的松弛现象，因此需要对皮带进行张紧。

3 实验结果

根据现场测试，产生噪声强弱的依次是抛丸器、抛丸室、电机以及除尘设备，其他部件产生的噪声相对较低。当水平移动式抛丸机行走速度为2 m/min时，分别抛打钢板进行除锈作业和抛打水泥地面进行清理作业，根据主要噪声的产生位置，选取几个测试点，由非接触式声强探头进行探测，使用声强仪进行测定，通过相应软件进行数据分析。使用噪声计测试现场环境噪声。各测试结果见表1。

由表1的测试数据可以看出，抛丸室内前者比后者产生的噪声要大。这是由于抛打钢板进行除锈作业时，弹丸与钢板进行激烈撞击，产生较大噪声，钢板本身也会发出自鸣噪声，电机和抛丸器由于与被清理工作表面关系不大，仅与机器本身振动有关，因此测试数据差值并不明显。测试数据还可以来看出，抛丸室产生的噪声最大，抛丸器次之，因此，要想控制水平移动式抛丸设备的噪声，应该着重分析减小抛丸室和抛丸器的噪声和改进措施。

4 结束语

水平移动式抛丸设备产生的噪声主要来源于弹丸冲击叶片和冲击工作表面。该设备也正是依靠这种冲击进行工作的。弹丸冲击工作表面属于有效冲击，其他的冲击如弹丸冲击叶片、分丸轮、定向套以及各类衬板都是无效冲击。减小弹丸的无效冲击，既可以减轻对易损件的磨损，又可以降低抛丸器的噪声，也是提高设备工作效率的重要途径。

［1］张 丹.水平移动式抛丸机械工作机理研究及弹丸的动态仿真分析［D］.吉林:吉林大学，2007:1－3.

［2］刘同庆，王永明，李新生.JB/T 8355—1996抛喷丸设备通用技术条件［S］.北京:机械工业出版社，1996.

［3］刘同庆.JB/T 3717.2—1997双圆盘抛丸器技术条件［S］.北京:机械工业出版社，1996.

［4］徐金鸿.抛(喷)丸清理技术50问与答［J］.中国铸机，1990 (2):46－53.

［5］张云华.高速机车的振动及噪音分析［J］.长江大学学报:自然科学版农学卷，2008，5(3):81－83，114.

［6］江 帆，陈维平，喻 娟.袋式除尘器流动及噪音数值模拟(英文)［J］.科学技术与工程，2010，(11):2698－2701，2704.

［7］阎学成，赵月英.抛丸设备的噪声与控制［J］.铸造设备研究，1997(2):55－59.

Analysis of noise by horizontal mobile shot blasting equipment

ZHANG Dan1， LIU Yuanlin1， WANG Zheng2
(1.College of Mechanical Engineering，Heilongjiang Institute of Science＆Technology，Harbin 150027，China; 2.Tianjin Haihe Management Office，Tianjin 300400，China)

This paper is an attempt to reduce environmental noise by identifying working principle and specific structure of the horizontal mobile shot blasting machine，and analyzing its main noise source and hazards.Qualitative analysis and quantitative comparison of the noise production done in the field trials，and different sources of noise control measures proposed according to various sources of noise show that noise reduction is made possible by decreasing the invalid impact，which promises to be a method to improve the working efficiency of the equipment.

horizontal mobile shot blasting machine;noise and control;blast

TB53

A

1671－0118(2011)04－0297－04

2011－07－04

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11541306)

张 丹(1982－)，女，黑龙江省哈尔滨人，讲师，博士研究生，研究方向:多刚体动力学仿真，E-mail:bishe_2006@163.com。

(编辑徐 岩)