摘　要：電動滾筒是近年來出現(xiàn)的新型帶式輸送設(shè)備的驅(qū)動部件，具有適宜在惡劣場合工作的能力。然而，電動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。在對電動滾筒可能存在的主要噪聲源進行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用頻譜識別技術(shù)，確定了單相驅(qū)動電機是該型電動滾筒的主要噪聲源，它使得電動滾筒在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)動電機的空間不對稱驅(qū)動力矩，在采用三相電機驅(qū)動后，電動滾筒的噪聲下降了６～７ｄＢ（Ａ）左右，有效地控制了電動滾筒的電磁噪聲。

       近年來，根據(jù)帶式輸送機的某些特殊場合需要，出現(xiàn)了電動滾筒驅(qū)動形式。與分離式驅(qū)動裝置相比，電動滾筒具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、使用壽命長，運轉(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，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、糧食及交通運輸?shù)炔块T。然而，電動滾筒工作時產(chǎn)生的噪聲不僅會給使用環(huán)境帶來一定程度的污染，也會限制電動滾筒在要求高的場合使用。
           通常，電動滾筒主要由驅(qū)動電機、齒輪減速機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)殼體等部件組成，如圖１所示。
                         
          某企業(yè)生產(chǎn)的電動滾筒在使用時會產(chǎn)生較大振動與噪聲，當此電動滾筒安裝在傳動機構(gòu)中時，除了電動滾筒的噪聲會直接由空氣介質(zhì)傳播外，電動滾筒的振動還會通過傳動機構(gòu)的支架等結(jié)構(gòu)件的振動進行傳播，并形成結(jié)構(gòu)噪聲。電動滾筒存在的振動、噪聲問題，嚴重限制了該企業(yè)產(chǎn)品的使用場合。為了進一步提高電動滾筒的振動、噪聲性能，有必要對電動滾筒的主要噪聲激勵源進行試驗分析，尋求引起其振動、噪聲的主要原因并加以控制，以提高電動滾筒的產(chǎn)品質(zhì)量。
         
１　電動滾筒的激勵源分析
        從電動滾筒的結(jié)構(gòu)可知，電動滾筒的振動、噪聲應(yīng)該是由電動機、齒輪減速器等運動部件的激勵引起。從發(fā)聲機理上看，其噪聲應(yīng)是電磁噪聲與機械噪聲的組合。
1.1　電磁噪聲
       電動機工作時，電動機內(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，而徑向分量則引起矽鋼
片產(chǎn)生振動，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。當轉(zhuǎn)子的每一個導(dǎo)體通過定子磁極時，作用在轉(zhuǎn)子和定子氣隙中的整個
磁動勢將發(fā)生變化而引起噪聲，噪聲頻率的表達 式為：
                     
        過轉(zhuǎn)子槽，橫越氣隙并通過定子線包。當徑向氣流突然中斷時，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，最容易產(chǎn)生電磁振動和電磁噪聲。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　機械噪聲
         齒輪傳動系統(tǒng)可以看作由質(zhì)量、彈簧組成的一個振動系統(tǒng)，輪齒的剛度具有周期性變化的性質(zhì)，制造裝配誤差、傳動誤差的存在和扭矩的變動形成激振力，在此激振力的作用下，齒輪會產(chǎn)生振動，此振動通過軸、軸承座向外傳遞。電動滾筒內(nèi)減速器由三級定軸減速齒輪傳動機構(gòu)組成，每級包括一個驅(qū)動輪和一個從動輪。圖２顯示了電動滾筒減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖３為電動滾筒減速器的機構(gòu)簡圖。    
                             
          驅(qū)動電機的輸出軸直接作為該行星齒輪系的第Ⅰ驅(qū)動輪，并與第Ⅰ 級從動輪嚙合，后面每級的驅(qū)動輪又與其從動輪嚙合在一起，最后一級的從動輪為內(nèi)齒輪，并固定在滾筒內(nèi)從而帶動滾筒  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)電動機的輸入轉(zhuǎn)速和齒輪系每級齒輪的參數(shù)可以計算出：
    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，這些頻率都是電動滾筒內(nèi)減速器的振動、噪聲的特征頻率。
         
２　電動滾筒噪聲的測試
        文獻［１］設(shè)計的電動滾筒噪聲測試系統(tǒng)如圖４所示。在圖４中，噪聲測量點（傳聲器）距離電動滾筒電機、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，在聲級計上讀出測點處的Ａ計權(quán)聲壓級，同時，聲級計還將噪聲信號送給動態(tài)分析儀進行窄帶頻譜分析和１／３倍頻程分析。
                  
          圖５ａ為測點處噪聲窄帶頻譜圖，圖５ｂ為相應(yīng)的Ａ計權(quán)１／３倍頻程頻譜圖。從圖５容易看出，在采集的整個頻域內(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，此種電動滾筒的噪聲主要是驅(qū)動電機的噪聲，相比之下，減速器的齒輪噪聲可以忽略。因此，為了降低電動滾筒的總噪聲，首先必須降低驅(qū)動電機的噪聲。
                         
           
３　測試結(jié)果分析與改進
         在該電動滾筒中，使用的驅(qū)動電機是單相電動機。而單相電動機一般都采用電容分相起動方式，即：單相電機的Ａ、Ｂ兩個定子繞組并聯(lián)在一起接入單相電路中，所不同的是，Ｂ繞組中串聯(lián)了一個移相電容器。電機工作通入電流時，兩個線圈繞組的電流經(jīng)電容器移相后流入，其中Ｂ繞組的電流滯后Ａ繞組９０°，但對于下一個相序，則Ａ繞組滯后Ｂ繞組２７０°，如圖６ａ所示。電機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)動轉(zhuǎn)子的，繞組空間磁場的不對稱使得驅(qū)動力矩也不對稱，單相電機的空間磁場在旋轉(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等較大的低頻激勵力。激發(fā)出１００Ｈｚ及其諧頻的噪聲。 
                        
         然而，如果驅(qū)動電機采用三相電機，由于三相電機的定子具有Ａ、Ｂ、Ｃ三個繞組，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，如在電動滾筒中采用三相電機，則會使噪聲中１００Ｈｚ等諧頻成分會大大減小。
        圖７是采用三相電機時電動滾筒噪聲的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)動電機時電動滾筒的噪聲測量值。由表１知，采用三相電機的電動滾筒噪聲明顯小于采用單相電機電動滾筒的噪聲。
                   
        
４　結(jié)　　論
 （１）電動滾筒的噪聲通常由驅(qū)動電機的電磁噪聲和減速器的齒輪噪聲組成，但要識別出電動滾筒的主要噪聲成分，需要對這些噪聲的特征頻率進行分析，并結(jié)合必要的測試手段加以確定。
（２）造成某企業(yè)電動滾筒噪聲過大的主要原因為電動滾筒內(nèi)單相電機的不均勻電磁激勵力的激勵，不均勻激勵通過機架的傳遞造成機架和外殼的振動過大，引起更大的噪聲輻射。
（３）試驗表明，將電動滾筒內(nèi)的單相電動機更換為三相電機是一種簡便易行的方法，在更換電機后，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。