關于一種新型降噪套筒頭的研究

許金海，沈鵬亮

關于一種新型降噪套筒頭的研究

許金海，沈鵬亮

（東風商用車有限公司車輛工廠，湖北 十堰 442000）

在螺栓和螺母的裝配過程中，沖擊式風動扳手及套筒是常見的裝配工具。沖擊式風動扳手及套筒在擰緊螺栓的過程中因沖擊式扳手內部沖擊板塊和沖擊軸之間的撞擊，產生較大的噪音。文章深入分析了沖擊式風槍和套筒在裝配過程中的噪音來源，在原有的鋼制結構套筒基礎上，采用碳纖、玻纖等高分子材料，研究出了一種新結構的套筒。在保證套筒的原有功能、性能基礎上，改變聲音傳播的介質，降低聲音的振幅；較通用鋼制套筒，噪音降低了4分貝。

降噪套筒；工藝裝備；風動扳手；高分子材料

在商用車制造過程中，有大量的零部件采用螺栓和螺母的連接方式，尤其是車架總成裝配和商用車總裝裝配。對于流水線生產模式，提高裝配效率是所有總裝配廠永恒的研究課題。沖擊式風動扳手以其無反力、高效率、使用方便、價格低的優點，在行業內被廣泛使用。但是隨著國民經濟的增長，國家對環保提出了更高的要求，職業健康保護成為每一個企業不可推卸的責任。噪音達標及改善也成為各個商用車總裝配廠必須完成的課題。

在現有的商用車總裝生產線中，采用的螺栓擰緊套筒頭都是鋼制套筒頭。鋼制套筒頭的優點是強度高、使用壽命長；缺點是將沖擊式風動扳手或沖擊式電槍的沖擊噪音通過鋼制的套筒直接傳到車架，產生共振，造成噪音放大。為降低噪音，本文對噪音源及噪音的傳播途徑進行了較為深入的研究。最后分析得出，噪音源是沖擊式風動扳手或沖擊式電動扳手沖擊板塊反復沖擊板軸產生噪音。套筒頭不產生噪音，僅僅只是噪音的傳播介質。根據這一研究結論，我們對套筒材料及結構進行了改進，以達到降低噪音的效果。

1 噪音現狀

1.1 沖擊式風動扳手噪音產生原理

風動扳手的工作原理是通過壓縮空氣推動風動扳手內部的葉片，將壓縮氣體的內能轉化為旋轉的動能[1]。對于電動沖擊扳手，則是電動機直接帶動沖擊架旋轉，將電能轉化為動能，傳遞至沖擊架，使得沖擊架旋轉。沖擊架的旋轉使得沖擊架內的兩個沖擊塊以定位銷為中心做周期擺動。兩個沖擊塊形狀相同，分別以安裝在沖擊架兩邊的定位銷為擺動中心擺動。擺動過程中沖擊塊沖擊內圈的沖擊軸，產生周期性的沖擊力，帶動套筒頭旋轉。沖擊模塊如圖1所示，拆解后如圖2所示。

圖1 風/電動扳手沖擊模塊

圖2 風/電動扳手沖擊模塊分解

1.2 目前生產線噪音現狀

對車間現場的噪聲進行采樣，噪聲測點時間及位置選取2021年的某商用車工廠，相應的噪聲數據如表1所示。

表1 某車輛工廠現場噪聲源測點

測點編號噪聲源現場噪聲值/dB(A)噪聲距離/m聲頻譜 1#物流器具運輸88.02中高頻 2#下防護、貯氣筒螺栓擰緊93.32寬頻帶 3#后處理支架螺栓擰緊91.02中高頻 4#復合懸架U型螺栓擰緊94.12中高頻 5#前橋穩定桿擰緊88.42中高頻 6#駕駛室前懸螺栓擰緊89.02中高頻 7#尾燈支架螺栓擰緊91.42中高頻 8#未知88.02寬頻帶 9#發動機前懸螺栓擰緊90.52中高頻 10#駕駛室后懸螺栓擰緊91.22中高頻 11#油箱箍帶螺栓擰緊94.32中高頻 12#備胎架、油缸上支座擰緊90.42中高頻 13#前擋泥板、踏步支架擰緊90.82中高頻

通過現場勘測的噪聲數據可以看出，車間噪音主要來源于螺栓擰緊產生的噪音，噪音在88～94 dB(A)之間。

1.3 職業健康管理要求

噪聲會損害健康。人長時間工作、生活在噪聲大的環境中，會導致人頭疼、頭暈、耳鳴等。噪聲對人體健康的危害是多方面的，最容易受到關注的是它對聽力的損害。噪聲會引起耳部不適，導致聽力下降。

按照有關國家標準及規范要求，生產現場的噪聲要求等級要≤85 dB(A)。

2 套筒降噪原理及結構

2.1 降噪原理

通過分析認為在螺栓打緊的過程中，噪聲來源是風槍動力轉子及風槍動力轉子帶動內部沖擊塊、沖擊板軸的聲音。套筒頭連接板軸同時連接螺栓，噪音通過鋼制套筒頭傳遞到車架，使得整個噪音放大。

=（1）

式中，為波速；為頻率；為波長。在聲音的傳播過程中，聲音的頻率保持不變，所以聲音的傳播速度和波長成正比。對于鋼制受振物體，聲音的傳播速度快（聲音在鋼鐵中的傳播速度約 5 200 m/s），聲音在受振物體中傳播的波長長，傳播過程中的能量衰減小；對于碳纖和玻纖等受振物體，聲音的傳播速度慢（聲音在尼龍棒中的傳播速度是2 600 m/s，在復合高分子材料中的傳播速度是500～4 500 m/s，復合高分子材料密度越高，傳播速度越慢），此時聲音在受振物體中的傳播波長短，傳播過程中的能量衰減大，使人感受的聲音響度降低。所以我們采用復合高分子材料作為套筒頭的主體。

2.2 新型套筒設計

目前我國鋼制套筒生產廠家多采用熱擠壓或熱模鍛方式生產套筒，能源和材料消耗大，工作環境差，其產品的內在和外觀質量也較差，而且模具壽命短[4]。而改進的降噪套筒頭主體是碳纖維或玻璃纖維等高分子材料。通過濕法纖維纏繞工藝（濕法纏繞是將纖維集束浸膠后，在張力控制下直接纏繞到芯模上）大幅提高了套筒的抗扭性，工藝簡單、設備成本低[5]。兩端內嵌鋼制六方、四方；注意內嵌六方、四方外表面焊接的有凸出支點，從而增加內嵌六方、四方與纏繞纖維連接的可靠性。在打緊時套筒四方和六方分別與扳手和打緊對象接觸，鋼制四方和六方能提高套筒的使用壽命。針對現場使用最廣泛的M12，M14螺母和打緊力矩為100～150 Nm的要求，我們對新型套筒頭通過實驗檢測，靜態緩慢加載可承受700 Nm的力矩。通過目前使用情況，已經累計完成二十萬只螺栓裝配。實際測試單個風動扳手產生的噪音較鋼制套筒降低4 dB(A)。新型套筒結構剖面如圖3所示，實物如圖4、圖5所示。

圖3 新型套筒結構剖面

圖4 新型降噪套筒實物連接風槍端

圖5 新型降噪套筒實物連接螺栓端

3 總結

尋找事物本源是我們有效解決問題的一種方法。在研究汽車總裝配噪聲改善過程中，我們深入分析了關于沖擊式風槍、電槍打緊螺栓過程中噪聲的來源以及傳播途徑。通過對噪音傳播途徑的改變，有效實現了單個風槍對比噪音降低 4 dB(A)。這種套筒頭也可以稱作復合材料套筒頭。為套筒頭的制作方法提供了一種新的思路，為商用車裝配行業噪聲改善提供了一種有效的方法。

[1] 葉華聰.風動扳手最大扭力調節方法研究[J].機車車輛工藝,2020(2):27-28.

[2] 郝濱海,夏思淝,張勇,等.套筒扳頭擠壓成形過程的計算機模擬[J].模具工業,2002(1):17-19.

[3] 陳長勝,謝富原,董曉陽,等.國產碳纖維干法纏繞成型工藝研究[J].航天制造技術,2022(1):35-40.

[4] 肖亞超,鄭志才,陳艷,等.濕法纏繞成型工藝研究進展[J].化工新型材料,2019,47(S1):24-28.

[5] 中華人民共和國噪聲污染防治法[N].人民日報,2022- 01-04(15).

[6] 中華人民共和國衛生部.工作場所職業病危害作業分級第4部分:GBZ/T 229.4—2012[S].北京:中國標準出版社,2012.

Research on a New Type of Noise Reduction Sleeve

XU Jinhai, SHEN Pengliang

( Vehicle Factory of Dongfeng Trucks Company Limited, Shiyan 442000, China )

In the assembly process of bolts and nuts, our commonly used impact wrenches and sockets are common assembly tools. The impact wrench and socket produce a large noise due to the impact between the impact plate and the impact shaft inside the impact wrench during the process of tightening the bolt. In this paper, the noise source in the assembly process of impact air gun and sleeve is analyzed in depth, and a new structure sleeve is developed by using polymer materials such as carbon fiber and glass fiber on the basis of the original steel structure sleeve. On the basis of ensuring the original function and performance of the sleeve, the medium of sound propagation is changed, the amplitude of the sound is reduced, and the noise is reduced by 4 decibels compared with the general steel sleeve.

Noise reduction sleeve; Process equipment; Wind-activated wrench; Polymer material

U463

A

1671-7988(2023)10-89-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.018

許金海（1981—），男，工程師，研究方向為商用車裝配調整工藝，E-mail:kc-xujh@dfcv.com.cn。