消音小锯片振动特性研究

陈红英

（唐山科源环保技术装备有限公司，河北 唐山063300）

0 引言

圆盘锯切机与其他类型的切割设备相比有切割速度快、生产效率高、激振力大等优势，但这种锯机在锯切过程中产生的噪声污染极为严重，学者在控制振动和降低噪音方面做了许多研究工作。圆锯机工作时的主要声源有空气动力性噪声、锯片振动噪声和工件振动噪声［1－2］。杨久霞等针对金属冷、热切圆锯片在锯切轧件过程中出现的振动问题，研究了锯片局部厚度发生变化及旋转离心力对锯片振动特性的影响［3］。骆志高等对圆锯片进行振动分析和试验模态理论研究，试验证明，开减振孔锯片可有效降低圆锯片的振动，为圆锯片降低振动的结构设计及基体冲孔的优化设计提供理论指导［4］。刘利民、纽平等对一般木工圆锯机的噪声进行了一些测试分析，取得了不同程度的研究成果［5－6］。文献［7］针对直径1 000 mm金属圆盘锯，在试验的基础上研究了金属锯切噪声的特征及若干因素的作用，并讨论了诸因素与金属锯切噪声间的关系。文献［8］通过有限元计算方法，计算了锯片前几阶固有频率和振型，研究了在夹盘夹紧作用下的振动情况。通过文献分析可知以上都是针对直径较大的锯片进行的研究，而小锯片在装夹方式、受力、运转速度方面与大锯片都是有明显区别的。小锯片成本低、安装方便，在冶金行业使用越来越广泛，所以本文通过对轧钢厂直径200 mm冶金消音小锯片振动情况进行模态分析。

1 锯片模态分析

创建模型：利用Pro／E软件对锯片创建三维模型，然后将模型导入ANSYS中，即可进行静力分析。锯片基本参数：等腰三角齿形，齿顶角52．5°，齿根圆角2 mm，外径200 mm，内径20 mm，齿数48，厚度为5 mm。图1表明六阶模态频率下振型的最大位移发生在齿顶圆；最小位移量都发生三阶频率下，六阶位移量都为最大值，对齿危害大；一阶、二阶、四阶、五阶模态频率下的位移接近，三阶和六阶模态频率下的位移接近，但是频率波动较大。这样，在外界激励频率下，锯片产生共振的概率将会很高。

2 带消音孔锯片模态分析

图1 等腰三角齿形模态振型图

图2展示了等腰三角齿形开消音孔后模态振型，表1为开孔前后振动频率的对比。表1说明打孔后锯片频率波动分布与打孔前并无太大区别。打孔后模态频率有所降低，在外界激励频率下，锯片共振不明显，所以打孔对锯片固有频率无太大影响；打孔对降噪有很大的影响，因孔的存在切断了振动的传递。

表1 有孔与无孔振动频率对比 Hz

3 带消音槽锯片模态分析

在锯身上开宽度为1 mm，弧度为12的环形槽。槽的外径为150 mm。图3展示了等腰三角齿形开消音槽后的模态振型。表2是在锯身开不同数量槽前后振动频率对比，从中可以看出，开槽对锯片低阶固有频率影响不大，开槽对五阶以上的固有频率影响较为明显。

表2 不同开音槽数量下的振动频率对比 Hz

图2 等腰三角齿形开消音孔后模态振型图

图3 等腰三角齿形开消音槽后模态振型图

4 结论

锯片在工作情况下很容易产生共振，为了工作的安全和锯片性能的稳定，锯片的低阶模态频率，即一阶频率，应该高于电动机的激励频率，以避免发生共振现象。

在锯片上打消音孔能有效地减弱噪声的产生，但对锯片低阶固有频率的影响不大。消音结构以开槽为最佳，槽的数目以不影响锯片强度为宜，开槽对五阶以上固有频率影响相对明显。

［1］ 王太勇，张纪锁，张策．冶金工业锯切噪声机理及降噪［J］．天津大学学报，1994，27（5）：583－588．

［2］ 马建敏．金属旋转锯切噪声预估理论及控制技术的研究［D］．西安：西安交通大学，1998．

［3］ 杨久霞，张建宇，局部强化对金属冷、热切圆锯片振动特性的影响［J］．噪声与振动控制，2003（6）：20－23．

［4］ 骆志高，李举，王祥，等．基于试验模态分析的圆锯片降低振动研究［J］．振动与冲击，2009，28（2）：124－127．

［5］ 刘利民．圆锯机降噪装置的设计研究［J］．噪声与振动控制，1982（5）：14－18．

［6］ 纽平．木工圆锯阻尼片的研究［J］．噪声与振动控制，1989（4）：18－21．

［7］ Wang Taiyong．Calculation and estimation of the dynamic behaviour of elastic circular plates［J］．Journal of Tianjin University，1989（4）：19－24．

［8］ 张纪锁，王大勇，张策，等．降低金属锯切噪声的研究［J］．上海劳动保护技术，1994（1）：16－21．