鑄鐵機噪聲特性研究

【摘 要】本文采用非穩(wěn)態(tài)噪聲測試技術(shù)和時域、頻域信號分析法對工作中鑄鐵機的噪聲進行研究，闡述了鑄鐵機噪聲的頻率特征、能量分布及其傳播特性，對噪聲進行了頻譜分析，得出鑄鐵機噪聲為典型的沖擊性非穩(wěn)態(tài)噪聲、聲壓級隨時間變化而變化、低頻噪聲顯著等特性，該研究結(jié)果對于鑄鐵機噪聲治理以及大型機械化設(shè)備和工業(yè)廠房噪聲治理方面具有指導(dǎo)性的意義。

【關(guān)鍵詞】鑄鐵機；噪聲特性；時頻

在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會，鋼鐵產(chǎn)品與人們的生活密不可分，近年來，我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展一直保持較快的增長勢頭，基礎(chǔ)材料和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速。，作為鑄造鋼鐵的大型機械鑄鐵機自1996年投入運行以來被被廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域，在煉鐵生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的位置。由于社會的進步和人們環(huán)保意識的增強，因鋼鐵業(yè)的快速發(fā)展帶來的噪聲污染（如鑄鐵機噪聲）備受關(guān)注。噪聲作為環(huán)境污染的四大公害之一長期困擾著人們。研究表明，噪聲可以引起人體的多種疾病，短時間處于高噪聲環(huán)境中，會導(dǎo)致暫時性耳鳴；如果長期處于這種環(huán)境中而不采取合理的保護措施，將會造成永久性聽力損失。噪聲還會影響人們的正常交流、睡眠休息，使人煩躁不安，間接導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)疾病，鑄鐵機噪聲因聲源復(fù)雜、聲壓級高、輻射噪聲頻帶寬和傳播路徑復(fù)雜等特點成為鋼鐵生產(chǎn)中降噪減排的主要對象。噪聲問題已引起全社會的普遍關(guān)注，噪聲控制與治理己成為一項具有重大社會意義的研究工作。

1.鑄鐵機工作機理

鑄鐵機是鋼鐵廠用來連續(xù)澆注生鐵塊的重型機械，其工作原理及過程如圖1所示。高爐鐵水裝在鐵水罐車中，經(jīng)機車運往鑄鐵機車間。鐵水罐由，沿斜面上升 的傾翻裝置控制傾斜。由傾翻機構(gòu)將鐵水罐傾翻，鐵水高爐鐵水經(jīng)鐵水流槽流入均勻地注入每個鑄鐵模鑄鐵模內(nèi)。鑄鐵模一個接一個地由鏈板鑄鐵模由多節(jié)鏈板1帶動，每節(jié)鏈板固定兩個鑄鐵模。沿斜面上升傾翻裝置控制鐵水罐傾斜，將高爐鐵水均勻地注入每個鑄鐵模中，裝滿鐵水的鑄鐵模在鏈的帶動下向上移動。在輸送過程中，冷卻裝置將冷卻水噴淋冷卻水到在已結(jié)殼的鐵塊上，以加速鐵塊降溫冷卻。經(jīng)噴水冷卻到一定溫度，鐵塊從主動星輪3下部脫落，為便于鐵塊脫模，鑄鐵機設(shè)噴漿裝置，在鑄鐵機運行時，鑄鐵機噴漿裝置連續(xù)向鑄鐵鐵模進行噴漿，噴漿原料為煤粉及石灰。鐵塊冷卻到一定溫度，從主動星輪3下部脫落鐵塊在機頭星輪處脫落，在此時與擋板的阻擋作用發(fā)生碰撞下落至溜槽，通過溜槽翻板4裝入電動平板車5中。個別尚未脫模的鐵塊在重力的作用下最終都掉入電動平板車中。

圖1 鑄鐵機工作機理

2.鑄鐵機噪音產(chǎn)生機理

鑄鐵機的鐵塊下落是依據(jù)撞擊原理實現(xiàn)的。鑄鐵機工作過程中，電機，減速機，卷揚機及其流水等均產(chǎn)生噪聲，這些噪聲聲壓級較低，噪聲污染影響較小。鐵塊在摩擦力作用下被傳輸鏈帶到一定高度，在自身重力作用下沿拋物線下落脫離鑄模，碰撞到前面擋板，，在擋板的反作用力作用下向下運動，撞擊落入溜槽，與溜槽板發(fā)生碰撞。鐵塊，然后順著溜槽滑落到電動平板車上，撞擊與車的壁板、底板及已經(jīng)下落車上的鐵。這些撞擊塊發(fā)生碰撞，完成整個下落過程產(chǎn)生巨大噪聲。除此之外，鑄鐵機工作過程中，電機，減速機，卷揚機及其流水等均產(chǎn)生噪聲。不過這些噪聲與鐵塊下落引起的噪聲相比，聲壓級較低，對環(huán)境污染的影響較小。鑄鐵機鐵塊下落因撞擊產(chǎn)生的噪聲，其產(chǎn)生過程如圖2。

圖2 鐵塊下落過程

鑄鐵機噪聲主要來源于鑄鐵塊下落過程中產(chǎn)生的因碰撞產(chǎn)生的噪聲。碰撞主要發(fā)生在以下四個位置：一是鐵塊與擋板；二鐵塊與溜槽翻板裝置；三是鐵塊與溜槽板及鐵塊與鐵塊之間；四是鐵塊與小車壁板，底板及鐵塊與鐵塊之間。一塊鑄鐵塊脫模后均經(jīng)歷四次碰撞后才能下落到小車內(nèi)。整個下落過程中，均為鐵與鐵之間的撞擊，噪聲顯著。噪聲的輻射隨著鑄鐵塊下落數(shù)量，溜槽導(dǎo)料的方向及其溜槽翻板的結(jié)構(gòu)變化而不同。其噪聲是非連續(xù)性沖擊噪聲。噪聲主要來源于鐵塊相互之間以及鐵塊與擋板，溜槽翻板、電動平板車之間的沖擊噪聲。

3.鋸切噪聲測試

3.1測試工況

測試對象為某鋼廠鑄鐵車間鑄鐵機，主要參數(shù)為鏈輪斜長57000mm，鏈帶運行速度8-16m/min，鑄鐵模間距300mm，每條鏈帶鑄鐵模數(shù)400個，鐵塊重量43.5kg，電動機功率75kw，額定轉(zhuǎn)速585r/min，減速機公稱速比225。

采用比利時LMS Test.lab 聲學(xué)測試分析平臺對鑄鐵機工作過程中鐵塊下落以及撞擊過程中產(chǎn)生的不同噪聲進行測試分析。

3.2測試布點

測試對象是某鋼廠鑄鐵車間的61m雙鏈輥輪固定式鑄鐵機。四臺鑄鐵機型號相同，沿小車軌道水平并排排列如圖3，依據(jù)煉鐵鐵水的數(shù)量確定開啟鑄鐵機的臺數(shù)，一般工況是兩臺開動。一罐鐵水澆注成鑄鐵塊約1小時，一天機器開啟時間大約4-6小時。每罐鐵水之間有較長時間的間隔。鑄鐵機工作系統(tǒng)是由電機、鏈板、卷揚機、溜槽翻板、電動平板車等組成。鑄鐵塊下落時產(chǎn)生噪聲，同時彌漫著大量蒸汽和粉塵。在兩臺同時開動和4臺同時開動兩種工況下，對生產(chǎn)現(xiàn)場進行測量。針對鑄鐵塊的下落過程，每一種工況又分為：開始下落、連續(xù)下落和完成下落三種情況進行噪聲測試。

圖3 鑄鐵機測點分布圖

4.聲場特性分析

在現(xiàn)場測試位置2，鑄鐵塊沿右側(cè)導(dǎo)料溜槽連續(xù)下落。

此時噪聲連續(xù)且穩(wěn)定。分別在時域和頻域內(nèi)對噪聲進行分析。分析結(jié)果如圖4-9。

圖4 噪聲時間信號 圖5 連續(xù)等效聲壓級（線性）

由時域噪聲信號可知，該噪聲為典型沖擊噪聲而且噪聲為非穩(wěn)態(tài)形式，噪聲幅值隨著鑄鐵塊下落的情況即時間的變化而變化。等效連續(xù)聲壓級隨時間變化，不穩(wěn)定，最小值為85分貝，最大值為98分貝，在時間歷程30秒內(nèi)的平均等效連續(xù)聲壓級為95分貝，這一結(jié)果比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的廠區(qū)噪聲標(biāo)準(zhǔn)高出5-10分貝，超出了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

為了解，其分析結(jié)果如圖6-9。

圖6 聲壓1/3倍頻程 圖7 噪聲聲壓頻譜

圖8 噪聲幅值譜

圖9 三維譜陣（時間、頻率和幅值）

由圖6可知，鑄鐵機鐵塊下落噪聲的主要輻射頻段為200-1250Hz區(qū)域；噪聲聲壓級為90dB和87dBA，其輻射噪聲以低頻噪聲突出；圖9，10可知，噪聲單頻峰值不明顯，連續(xù)譜為主，幅值較大的頻率主要集中于1000Hz以下的低頻段；在三維譜陣圖中，頻率分布不隨時間變化而變化，頻率幅值大小隨時間不同而不同。

5.結(jié)論

（1）鑄鐵機噪聲頻率范圍分布寬，主要以低頻噪聲輻射為主。

（2）幅值大小隨時間變化。

（3）輻射聲壓級隨時間變化不穩(wěn)定。

（4）輻射聲場具有:指向性，沿溜槽方向噪聲突出。

【參考文獻】

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