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化纖卷繞機(jī)的噪聲測試與分析

2010-01-17 03:18:46馬曉建王生澤過名言段隆江
化纖與紡織技術(shù) 2010年3期
關(guān)鍵詞:夾頭譜峰化纖

蘇 振,馬曉建,王生澤,過名言,陳 斌,段隆江

(1.東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,上海 201620;2.上海太平洋機(jī)電(集團(tuán))有限公司,上海 201620)

化纖卷繞機(jī)是化纖生產(chǎn)行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備之一,用來將以熔體紡絲法制成的化纖長絲卷繞成一定容量的卷裝。其工作轉(zhuǎn)速高(大都在10 000 r/min 以上),而且尺寸較大,因此工作時常常會產(chǎn)生較大的振動和噪聲。過大的振動不但影響到化纖的質(zhì)量而且會對環(huán)境造成污染,影響其它設(shè)備的精度及操作人員的身心健康。對卷繞機(jī)的噪聲加以分析,有助于卷繞機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn),降低卷繞機(jī)的噪聲,提高化纖質(zhì)量。

1 卷繞機(jī)機(jī)構(gòu)及產(chǎn)生噪聲成因

化纖卷繞機(jī)是一個參數(shù)時變的、多界面耦合的、典型的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)。它主要由高速橫動裝置、接觸輥、錠軸(筒管夾頭)、傳動機(jī)構(gòu)及其它功能裝置(如斷絲檢測裝置、剎車控制裝置、落筒裝置、生頭裝置、尾絲卷繞裝置等)組成[1]。

筒管夾頭軸是卷繞機(jī)的關(guān)鍵部件,也是影響卷繞機(jī)振動和噪聲特性的主要因素。它主要由夾緊、支承、剎車、松筒、動力輸入等結(jié)構(gòu)組成。在正常工作時,隨著絲餅半徑逐漸增大,其轉(zhuǎn)速、卷裝質(zhì)量與剛度在變,外在的激勵也在變,所以筒管夾頭軸是一個變質(zhì)量、變剛度、變轉(zhuǎn)速、柔性支撐的懸臂細(xì)長薄壁高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)[2]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 卷繞機(jī)筒管夾頭結(jié)構(gòu)示意圖

化纖卷繞機(jī)的噪聲主要是由其結(jié)構(gòu)本身振動產(chǎn)生的,振動主要是由于筒管夾頭旋轉(zhuǎn)時的質(zhì)量不平衡引起的。這種不平衡包括兩方面因素:一是機(jī)構(gòu)本身的加工及裝配誤差,如錠軸的加工和裝配誤差等[3];二是生產(chǎn)中隨著卷裝質(zhì)量的逐漸增加,卷裝密度局部不均勻、卷裝質(zhì)量分配不均勻。上述兩因素都會導(dǎo)致卷裝質(zhì)量的主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不重合,旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生不平衡離心力而產(chǎn)生振動。

2 卷繞機(jī)噪聲測試系統(tǒng)

PULSE系統(tǒng)平臺包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分,硬件系統(tǒng)為3560B型智能數(shù)據(jù)采集前端,軟件系統(tǒng)為7700型平臺軟件(包括7700型FFT分析和7771型CPB分析)。本次試驗采用的PULSE平臺其額定功率為30 W,電源為電壓值10~32 V的電池或直流供電,頻率范圍0~25.6 kHz,轉(zhuǎn)換精度為ADC/DAC24位,傳聲器聲音靈敏度達(dá)到50 mV/P,頻率響應(yīng)3.15~2 000(+/-2 dB),動態(tài)范圍為15~147 dB。

噪聲測試系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 卷繞機(jī)噪聲測試系統(tǒng)示意圖

3 化纖卷繞機(jī)噪聲測試與分析

根據(jù)國家頒布的《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-1990)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),化纖工廠的噪聲白天不超過65 dB(A),夜間不能超過55 dB(A)?;诖藰?biāo)準(zhǔn)對某種型號卷繞機(jī)進(jìn)行噪聲測試分析,以采取有效減震、隔聲、消音等降噪措施確保廠界噪聲達(dá)到此要求。

本試驗所采用某型號卷繞機(jī)的筒管長1 500 mm,可裝夾10絲餅,最高工作轉(zhuǎn)速6 000 m/min,筒管直徑為134 mm。

從7 500 r/min開始,在不同轉(zhuǎn)速下測試了該型號化纖卷繞機(jī)的噪聲,結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同轉(zhuǎn)速下試驗用化纖卷繞機(jī)的噪聲

從圖3可以看出,該卷繞機(jī)的噪聲隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸增強(qiáng),在轉(zhuǎn)速達(dá)到13 000 r/min-1后噪聲增強(qiáng)的速度變得比較平緩,為了分析主導(dǎo)該卷繞機(jī)噪聲的主要因素,分別對9 500 r/min、10 000 r/min、10 500 r/min和12 500 r/min轉(zhuǎn)速下的噪聲進(jìn)行頻譜分析,見圖4、圖5、圖6、圖7。

圖4 9 500 r/min的噪聲頻譜

圖5 10 000 r/min的噪聲頻譜

圖6 10 500 r/min的噪聲頻譜

圖7 12 500 r/min的噪聲頻譜

從圖4至圖7可以看出,所有這幾張頻譜圖都存在兩個位置比較穩(wěn)定的譜峰,它們位于低頻段,對應(yīng)于卷繞機(jī)工作轉(zhuǎn)速和它的倍頻,同時也存在一個比較明顯的變化趨勢,那就是隨著轉(zhuǎn)速的升高,轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的譜峰的高度也隨之增高,在前半過程上升較慢,在10 500 r/min以后上升速度加快。

比較圖4和圖5,在1 kHz左右有一個十分明顯的譜峰,該譜峰隨著轉(zhuǎn)速的升高而變小,轉(zhuǎn)速增加到10 500 r/min(對應(yīng)于圖6)后,相應(yīng)位置已經(jīng)沒有明顯的譜峰。

在轉(zhuǎn)速達(dá)到10 500 r/min時,頻譜(圖6)中出現(xiàn)一個550 Hz左右的譜峰,當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到12 500 r/min后該譜峰消失。

噪聲是由振動在空氣中的傳播所引起,對于該試驗用的化纖卷繞機(jī)來說,引起它振動的主要因素就是筒管夾頭及其組件的偏心、變形等造成的不平衡在旋轉(zhuǎn)時所引起的激勵,轉(zhuǎn)速越高,激勵越強(qiáng)烈,卷繞機(jī)的噪聲就越強(qiáng),在頻譜上所對應(yīng)的譜峰就越高。對于550 Hz和1 000 Hz所出現(xiàn)的兩個譜峰,并不是始終存在的,它們只存在于若干轉(zhuǎn)速下,也就是說只有在特定的激勵下才有,因此,它們對應(yīng)于裝置的某個固有頻率。除此之外,還存在一些幅值不大的譜峰簇,它們主要是由氣流和摩擦所引起。

4 結(jié)論

影響化纖卷繞機(jī)噪聲的主要因素是旋轉(zhuǎn)速度以及筒管夾頭的結(jié)構(gòu)。對于該試驗用卷繞機(jī),隨著轉(zhuǎn)速的升高,噪聲逐步增強(qiáng),10 500 r/min以后噪聲快速加劇。對不同轉(zhuǎn)速下測得的噪聲進(jìn)行頻譜分析,結(jié)果表明:整個機(jī)構(gòu)在550 Hz和1 000 Hz兩處存在固有頻率。為了降低卷繞機(jī)的噪聲,除了可以采用被動降噪措施以外,還可以改變結(jié)構(gòu)尺寸、支承形式以改變固有頻率或改變工作轉(zhuǎn)速使它避開共振。

[1]郭英.合成纖維機(jī)械原理與設(shè)計[M].北京:紡織工業(yè)出版社,1990:149-200.

[2](美)金斯伯格.機(jī)械與結(jié)構(gòu)振動:理論與應(yīng)用[M].白化同、李俊寶譯.北京:中國宇航出版社,2005:471-495.

[3]徐斌.SW46/D型高速卷繞機(jī)轉(zhuǎn)動件平衡分析[J].合成纖維工業(yè),2000,23(5):60-61.

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