摘　要：電動(dòng)滾筒是近年來出現(xiàn)的新型帶式輸送設(shè)備的驅(qū)動(dòng)部件，具有適宜在惡劣場合工作的能力。然而，電動(dòng)滾筒的噪聲卻帶來污染，并在高要求場合應(yīng)用受到限制，為此必須降低其噪聲。在對電動(dòng)滾筒可能存在的主要噪聲源進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用頻譜識別技術(shù)，確定了單相驅(qū)動(dòng)電機(jī)是該型電動(dòng)滾筒的主要噪聲源，它使得電動(dòng)滾筒在１００Ｈｚ及其高次諧頻噪聲成分較大。經(jīng)分析，造成此現(xiàn)象的原因是單相驅(qū)動(dòng)電機(jī)的空間不對稱驅(qū)動(dòng)力矩，在采用三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，電動(dòng)滾筒的噪聲下降了６～７ｄＢ（Ａ）左右，有效地控制了電動(dòng)滾筒的電磁噪聲。

       近年來，根據(jù)帶式輸送機(jī)的某些特殊場合需要，出現(xiàn)了電動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)形式。與分離式驅(qū)動(dòng)裝置相比，電動(dòng)滾筒具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、使用壽命長，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠、密封性好、占據(jù)空間小、安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且適合在潮濕、泥濘、粉塵多等各種惡劣環(huán)境條件下工作，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、化工、煤炭、建材、電力、糧食及交通運(yùn)輸?shù)炔块T。然而，電動(dòng)滾筒工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲不僅會給使用環(huán)境帶來一定程度的污染，也會限制電動(dòng)滾筒在要求高的場合使用。
           通常，電動(dòng)滾筒主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)殼體等部件組成，如圖１所示。
                         
          某企業(yè)生產(chǎn)的電動(dòng)滾筒在使用時(shí)會產(chǎn)生較大振動(dòng)與噪聲，當(dāng)此電動(dòng)滾筒安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中時(shí)，除了電動(dòng)滾筒的噪聲會直接由空氣介質(zhì)傳播外，電動(dòng)滾筒的振動(dòng)還會通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的支架等結(jié)構(gòu)件的振動(dòng)進(jìn)行傳播，并形成結(jié)構(gòu)噪聲。電動(dòng)滾筒存在的振動(dòng)、噪聲問題，嚴(yán)重限制了該企業(yè)產(chǎn)品的使用場合。為了進(jìn)一步提高電動(dòng)滾筒的振動(dòng)、噪聲性能，有必要對電動(dòng)滾筒的主要噪聲激勵(lì)源進(jìn)行試驗(yàn)分析，尋求引起其振動(dòng)、噪聲的主要原因并加以控制，以提高電動(dòng)滾筒的產(chǎn)品質(zhì)量。
         
１　電動(dòng)滾筒的激勵(lì)源分析
        從電動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)可知，電動(dòng)滾筒的振動(dòng)、噪聲應(yīng)該是由電動(dòng)機(jī)、齒輪減速器等運(yùn)動(dòng)部件的激勵(lì)引起。從發(fā)聲機(jī)理上看，其噪聲應(yīng)是電磁噪聲與機(jī)械噪聲的組合。
1.1　電磁噪聲
       電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)交變磁場對定子和轉(zhuǎn)子作用產(chǎn)生周期性的交變電磁力，這個(gè)交變力與磁通密度的平方成正比，它的切向矢量形成的轉(zhuǎn)矩有助于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，而徑向分量則引起矽鋼
片產(chǎn)生振動(dòng)，從而形成噪聲，其頻率與電源頻率為工頻的高次諧頻，一般在１００—４０００ＨＺ頻率范圍內(nèi)。電磁噪聲的聲源類型有：
（１）感應(yīng)電機(jī)的嗡嗡聲。這種噪聲的頻率為電源頻率的兩倍，即為２ｆ１＝２×５０＝１００（Ｈｚ），它是由定子中磁滯伸縮引起的。
（２）溝槽諧波噪聲。當(dāng)轉(zhuǎn)子的每一個(gè)導(dǎo)體通過定子磁極時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子和定子氣隙中的整個(gè)
磁動(dòng)勢將發(fā)生變化而引起噪聲，噪聲頻率的表達(dá) 式為：
                     
        過轉(zhuǎn)子槽，橫越氣隙并通過定子線包。當(dāng)徑向氣流突然中斷時(shí)，由于空氣流的斷續(xù)，也會引起噪聲，此類型噪聲的頻率為：
                                           
       　電源電壓不穩(wěn)時(shí)，最容易產(chǎn)生電磁振動(dòng)和電磁噪聲。由于轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)不可避免地存在偏心，還會引起氣隙偏心等，這對電磁噪聲也會產(chǎn)生影響。
 1.2　機(jī)械噪聲
         齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可以看作由質(zhì)量、彈簧組成的一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，輪齒的剛度具有周期性變化的性質(zhì)，制造裝配誤差、傳動(dòng)誤差的存在和扭矩的變動(dòng)形成激振力，在此激振力的作用下，齒輪會產(chǎn)生振動(dòng)，此振動(dòng)通過軸、軸承座向外傳遞。電動(dòng)滾筒內(nèi)減速器由三級定軸減速齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，每級包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪。圖２顯示了電動(dòng)滾筒減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖３為電動(dòng)滾筒減速器的機(jī)構(gòu)簡圖。    
                             
          驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸直接作為該行星齒輪系的第Ⅰ驅(qū)動(dòng)輪，并與第Ⅰ 級從動(dòng)輪嚙合，后面每級的驅(qū)動(dòng)輪又與其從動(dòng)輪嚙合在一起，最后一級的從動(dòng)輪為內(nèi)齒輪，并固定在滾筒內(nèi)從而帶動(dòng)滾筒  旋轉(zhuǎn)。其中第一級和第二級嚙合的齒輪均為嚙合系數(shù)大于１，剛度大、噪聲小的斜齒輪。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速和齒輪系每級齒輪的參數(shù)可以計(jì)算出：
    第一級齒輪的嚙合頻率ｆＺ１＝Ｎ×ｎ１×ｚ１／６０＝Ｎ×２２８．４８Ｈｚ（Ｎ＝１，２…）；
    第二級齒輪的嚙合頻率ｆＺ２＝Ｎ×ｎ２×ｚ３／６０＝Ｎ×５９．１Ｈｚ（Ｎ＝１，２…）；
    第三級齒輪的嚙合頻率ｆＺ３＝Ｎ×ｎ３×ｚ５／６０＝Ｎ×１７．８５Ｈｚ（Ｎ＝１，２…）。    
        即第一級齒輪嚙合頻率為２２８．４８Ｈｚ及其高次諧頻；第二級齒輪嚙合頻率為５９．１Ｈｚ及其高次諧頻；第三級齒輪嚙合頻率為１７．８５Ｈｚ及其高次諧頻，這些頻率都是電動(dòng)滾筒內(nèi)減速器的振動(dòng)、噪聲的特征頻率。
         
２　電動(dòng)滾筒噪聲的測試
        文獻(xiàn)［１］設(shè)計(jì)的電動(dòng)滾筒噪聲測試系統(tǒng)如圖４所示。在圖４中，噪聲測量點(diǎn)（傳聲器）距離電動(dòng)滾筒電機(jī)、減速器側(cè)１ｍ，傳聲器將噪聲信號轉(zhuǎn)換為電信號輸送給聲級計(jì)，在聲級計(jì)上讀出測點(diǎn)處的Ａ計(jì)權(quán)聲壓級，同時(shí)，聲級計(jì)還將噪聲信號送給動(dòng)態(tài)分析儀進(jìn)行窄帶頻譜分析和１／３倍頻程分析。
                  
          圖５ａ為測點(diǎn)處噪聲窄帶頻譜圖，圖５ｂ為相應(yīng)的Ａ計(jì)權(quán)１／３倍頻程頻譜圖。從圖５容易看出，在采集的整個(gè)頻域內(nèi)，最高聲壓級主要集中在１００Ｈｚ等工頻的諧頻處，其中１００Ｈｚ處的噪聲分量最大，有６１ｄＢ。而齒輪減速器各級的嚙合頻率Ｎ×２２８．４８Ｈｚ、Ｎ×５９．１Ｈｚ和Ｎ×１７．８５Ｈｚ（Ｎ＝１，２，３…）等頻率位置處的最大值也小于４０ｄＢ。由此可以判斷出，此種電動(dòng)滾筒的噪聲主要是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲，相比之下，減速器的齒輪噪聲可以忽略。因此，為了降低電動(dòng)滾筒的總噪聲，首先必須降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲。
                         
           
３　測試結(jié)果分析與改進(jìn)
         在該電動(dòng)滾筒中，使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是單相電動(dòng)機(jī)。而單相電動(dòng)機(jī)一般都采用電容分相起動(dòng)方式，即：單相電機(jī)的Ａ、Ｂ兩個(gè)定子繞組并聯(lián)在一起接入單相電路中，所不同的是，Ｂ繞組中串聯(lián)了一個(gè)移相電容器。電機(jī)工作通入電流時(shí)，兩個(gè)線圈繞組的電流經(jīng)電容器移相后流入，其中Ｂ繞組的電流滯后Ａ繞組９０°，但對于下一個(gè)相序，則Ａ繞組滯后Ｂ繞組２７０°，如圖６ａ所示。電機(jī)的工作是由定子繞組電流形成的空間旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的力矩來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的，繞組空間磁場的不對稱使得驅(qū)動(dòng)力矩也不對稱，單相電機(jī)的空間磁場在旋轉(zhuǎn)一周的過程中會產(chǎn)生２次相位差的不對稱變換，這就造成了較大的工頻２次諧頻成分和其它諧頻成分，從而產(chǎn)生了１００Ｈｚ等較大的低頻激勵(lì)力。激發(fā)出１００Ｈｚ及其諧頻的噪聲。 
                        
         然而，如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用三相電機(jī)，由于三相電機(jī)的定子具有Ａ、Ｂ、Ｃ三個(gè)繞組，它的空間磁場是由三相電源的相位差形成的，它們互成空間１２０°角，空間磁場每旋轉(zhuǎn)一周的過程中驅(qū)動(dòng)電流相位差沒有發(fā)生變化，空間磁場對稱且穩(wěn)定勻稱，如圖６ｂ所示，故其在１００Ｈｚ等諧頻處的成分很小。因此，如在電動(dòng)滾筒中采用三相電機(jī)，則會使噪聲中１００Ｈｚ等諧頻成分會大大減小。
        圖７是采用三相電機(jī)時(shí)電動(dòng)滾筒噪聲的１／３倍頻程頻譜圖，與圖５ｂ相比較，可以看出，１００Ｈｚ等處的噪聲明顯地下降，這與上面的分析結(jié)果完全一致。
        
        表１是采用不同驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)電動(dòng)滾筒的噪聲測量值。由表１知，采用三相電機(jī)的電動(dòng)滾筒噪聲明顯小于采用單相電機(jī)電動(dòng)滾筒的噪聲。
                   
        
４　結(jié)　　論
 （１）電動(dòng)滾筒的噪聲通常由驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電磁噪聲和減速器的齒輪噪聲組成，但要識別出電動(dòng)滾筒的主要噪聲成分，需要對這些噪聲的特征頻率進(jìn)行分析，并結(jié)合必要的測試手段加以確定。
（２）造成某企業(yè)電動(dòng)滾筒噪聲過大的主要原因?yàn)殡妱?dòng)滾筒內(nèi)單相電機(jī)的不均勻電磁激勵(lì)力的激勵(lì)，不均勻激勵(lì)通過機(jī)架的傳遞造成機(jī)架和外殼的振動(dòng)過大，引起更大的噪聲輻射。
（３）試驗(yàn)表明，將電動(dòng)滾筒內(nèi)的單相電動(dòng)機(jī)更換為三相電機(jī)是一種簡便易行的方法，在更換電機(jī)后，１００ＨＺ及其高次諧頻處的噪聲聲壓級在很大程度上得以降低，總噪聲的控制幅度在６～７ｄＢ（Ａ）左右。