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9R-40型揉碎机噪声分析研究

作　者: 王娟
导　师: 王春光
学　校: 内蒙古农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 农业机械揉碎机噪声振动小波分析噪声源识别流场模拟模态分析
分类号: S817.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

揉碎机是我国近年来研制出的一种新型饲草料加工设备,它是介于铡切与粉碎两种机械加工技术之间的一种新型加工方式。经揉碎后的秸秆为柔软、蓬松的丝状物,具有适宜的长度和粗细度,因而对于直接饲喂反刍家畜以及干燥、粉碎、制粒、压块(饼)、化学处理、生物处理等后续加工都极为有利。但是,揉碎机和大部分旋转机械一样,存在噪声高、振动强烈的缺点,严重阻碍了其进一步的推广和发展。本文针对揉碎机的空气动力性噪声和机械噪声展开研究,结合理论分析、数值模拟和试验研究对其噪声产生机理和特性进行了分析研究,主要内容有以下：(1)依据国家标准GB6971-86《粉碎机试验方法》和GB3768-83《噪声源声功率级的测定一简易法》分别对空载和负载下9R-40型揉碎机5个测点的噪声进行试验研究。得出空载和负载的主要噪声源都是空气动力性噪声,且都是旋转噪声。(2)基于MATLAB提供的小波工具包,结合小波技术和频谱分析技术对揉碎机的噪声源进行识别。用db4小波基对采集的空载和负载第5测点的噪声信号进行尺度为6的小波分解,获得了7个频带的能量分布和百分含量。(3)以导流板、齿板、锤片、风扇及其组合为试验因素进行揉碎机噪声分离研究,通过分析获得到影响揉碎机的噪声大小的主、次因素,即风扇旋转产生的空气动力性噪声是影响揉碎机噪声的主要噪声源,其次是锤片,导流板对噪声的影响不大,齿板具有吸声作用。(4)获得了对噪声影响较大的转速、锤片数与声压级之间的关系：转速越高,噪声越大,且转速在2400-2800r/min范围内,最佳转速应选择2600r/min左右；锤片的数量只影响噪声幅值,对主要频率影响较小。(5)通过振动试验得到揉碎机的主要零件的主要实际振动频率都集中在100-500Hz以内,而且转子存在严重的动不平衡,在x、y、z三个方向上的振动能量都很大,这对轴承的寿命,以及整机的振动都有严重的影响。(6)基于结构力学和振动理论,运用有限元分析软件ANSYS对9R-40型揉碎·机上、下机壳的固有频率及振型进行分析。结合振动试验结果和模拟结果,从刚度角度提出结构优化方案,为揉碎机的改进和性能优化提供参考。(7)为了对揉碎机空气扰动噪声源的产生机理、噪声特性及其规律进行研究,运用计算流体力学软件Fluent对9R-40型揉碎机内部的流场进行了三维模拟,直观显示了揉碎机腔体内的流场特性和流动状态。并且对计算所得的风速曲线和试验测得的值进行对比,结果表明,二者最大相对误差小于8%,且得到了转速为2800r/min运动时揉碎机流场的压力分布和内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,低速气流从进气口经高速旋转的转子作用后,产生了旋转噪声和涡流噪声；另外,在出料直管内形成一个回流区,易造成出料口堵塞,也会产生噪声。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-12
1 引言  12-20
  1.1 国内外揉碎机的主要机型  12-14
  1.2 国内揉碎机噪声研究现状  14
  1.3 相关研究现状  14-18
    1.3.1 粉碎机噪声研究现状  15-16
    1.3.2 其他旋转机械噪声研究现状  16
    1.3.3 噪声信号分析方法研究现状  16-18
  1.4 选题背景、目的和意义  18
  1.5 目前存在的问题  18
  1.6 主要研究内容  18-20
2 声学基本理论及分析方法  20-22
  2.1 声波的传播规律  20-21
  2.2 声学的度量  21-22
  2.3 噪声的主观评价  22
3 9R-40型揉碎机噪声源识别  22-53
  3.1 噪声源识别方法  22-23
  3.2 试验研究方案及方法  23-26
    3.2.1 试验样机  23-24
    3.2.2 物料  24
    3.2.3 测试方案  24
    3.2.4 测试仪器  24
    3.2.5 测点布置  24-25
    3.2.6 测试系统  25
    3.2.7 背景噪声修正  25-26
  3.3 试验内容  26-53
    3.3.1 空载和负载噪声试验分析  26-40
    3.3.2 噪声信号分离试验  40-48
    3.3.3 影响因素试验研究  48-53
  3.4 本章小结  53
4 机械噪声研究  53-64
  4.1 揉碎机振动实验  54-55
    4.1.1 测试分析系统  54
    4.1.2 主要测试仪器  54-55
    4.1.3 测点布置  55
  4.2 振动信号特性分析  55-63
    4.2.1 振动测试的加速度谱时域分析研究  55-60
    4.2.2 揉碎机振动信号的自谱分析  60-63
  4.3 本章小结  63-64
5 流场模拟仿真分析及试验研究  64-76
  5.1 揉碎机气流流场模拟  64-70
    5.1.1 数学模型  64-65
    5.1.2 实体模型的建立  65-66
    5.1.3 网格划分  66-67
    5.1.4 湍流模型及选择  67-69
    5.1.5 壁面函数  69
    5.1.6 控制方程的离散及计算方法的选择  69
    5.1.7 边界条件设置  69
    5.1.8 多重参考系及流体区域的设置  69
    5.1.9 数值计算方法  69-70
    5.1.10 流场初始化  70
  5.2 数值模拟结果分析  70-74
    5.2.1 速度矢量图  70-73
    5.2.2 静压图  73-74
    5.2.3 动压图  74
  5.3 9R-40型揉碎机气流流场试验研究  74-76
    5.3.1 测试仪器与测试方法  75
    5.3.2 数值模拟结果与试验值的比较分析  75-76
  5.4 本章小结  76
6 揉碎机壳体零件模态分析  76-91
  6.1 有限元分析方法应用现状  77
  6.2 模态分析理论  77-91
    6.2.1 模态分析理论  77-79
    6.2.2.揉碎机上机壳模态分析  79-84
    6.2.3 下机壳模态分析  84-90
    6.2.4 下机壳结构改进  90-91
  6.3 本章小结  91
7 结论  91-92
8 创新点  92
9 建议与展望  92-93
致谢  93-94
参考文献  94-100
附录  100-104
作者简介  104

9R-40型揉碎机噪声分析研究

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