0、引言
    揉碎機(jī)是近年來(lái)研制出的一種新機(jī)型，是介于鍘切與粉碎兩種機(jī)械加工之間的一種新型加工方式。加工的產(chǎn)品既像鍘草機(jī)鍘切的草段一樣保留纖維的一定長(zhǎng)度，又像粉碎機(jī)粉碎飼草一樣使草段莖稈破碎撕開。經(jīng)揉碎后的秸稈為柔軟、蓬松的絲狀段，具有適宜的長(zhǎng)度和粗細(xì)度，絕大部分長(zhǎng)度為5～20mm，粗細(xì)度為2～6mm，因而對(duì)于直接飼喂反芻家畜以及干燥、粉碎、制粒、壓塊（餅）、化學(xué)處理、生物處理等后續(xù)加工都極為有利。由于揉碎機(jī)兼取了鍘草機(jī)和粉碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，其加工粗飼料產(chǎn)品的效果優(yōu)于鍘草機(jī)，生產(chǎn)率又高于粉碎機(jī)，因而成為十分理想的飼草料加工設(shè)備。工作時(shí)，物料經(jīng)喂料口進(jìn)入揉碎室，在高速旋轉(zhuǎn)的錘片打擊下，與齒板、定刀發(fā)生揉搓、摩擦和剪切而被破壞，同時(shí)形成環(huán)流隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在錘片、齒板、導(dǎo)向板的共同作用下，物料環(huán)流邊旋轉(zhuǎn)邊破碎，同時(shí)也向另一側(cè)移動(dòng)，直至遇到拋送葉片，經(jīng)排料管被拋出機(jī)處。隨著揉碎機(jī)的廣泛使用，它嚴(yán)重的噪聲問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)。有資料表明，在正常工作轉(zhuǎn)速下，揉碎機(jī)的噪聲能達(dá)到100dB( A)以上，大大超過(guò)《中華人民共和國(guó)工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》中晝間噪聲不能超過(guò)65 dB(A)，夜間不能超過(guò)55 dB(A)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境以及操作人員的身體健康產(chǎn)生了很大的影響，制約了揉碎機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展和使用。隨著現(xiàn)代生活對(duì)節(jié)能、環(huán)保要求日益提高，揉碎機(jī)的噪聲必須進(jìn)行有效的控制和治理。
    由于揉碎機(jī)是適合于我國(guó)國(guó)情研究的新型機(jī)型，國(guó)外關(guān)于揉碎機(jī)的研究幾乎空白，國(guó)內(nèi)的研究主要包括內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的王青云等( 2006)通過(guò)對(duì)9R -40型揉碎機(jī)噪聲測(cè)試并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，得出揉碎機(jī)噪聲不論是在空載還是負(fù)載，空氣動(dòng)力學(xué)噪聲是揉碎機(jī)的主要噪聲源。空氣動(dòng)力性噪聲主要是由轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)錘片架對(duì)空氣的擾動(dòng)作用引起的。另外，氣流調(diào)節(jié)導(dǎo)板的數(shù)目和形狀也有一定影響。
    內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的李林( 2008)等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)揉碎機(jī)的噪聲產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，得出揉碎機(jī)所產(chǎn)生的噪聲主要是空氣動(dòng)力性噪聲。轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，錘片架和錘片以及氣流導(dǎo)板對(duì)流動(dòng)空氣產(chǎn)生有規(guī)律和周期性的擾動(dòng)作用，使空氣脈動(dòng)而形成空氣動(dòng)力性噪聲。實(shí)驗(yàn)研究表明，錘片架和錘片的形狀、數(shù)量、排列密度，對(duì)空氣的擾動(dòng)和產(chǎn)生噪聲有較大影響。同時(shí)，對(duì)揉碎機(jī)的噪聲研究還存在以下問(wèn)題：①對(duì)揉碎機(jī)噪聲與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系及影響認(rèn)識(shí)不全面；②影響揉碎機(jī)主要噪聲源的因素不明確。
    本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和頻譜分析方法對(duì)揉碎機(jī)產(chǎn)生的噪聲源進(jìn)行識(shí)別，為揉碎機(jī)的減噪提供依據(jù)；對(duì)影響揉碎機(jī)噪聲的主要因素進(jìn)行研究，為揉碎機(jī)的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
1、揉碎機(jī)噪聲試驗(yàn)與結(jié)果分析
1.1  實(shí)驗(yàn)儀器
    1)ND -2型精密聲級(jí)計(jì)2231+B27110（模件化精密聲級(jí)計(jì)），測(cè)量范圍：24～130dB(A)。
    2) MR -30型磁帶記錄儀。
    3)數(shù)位化光電轉(zhuǎn)速儀。
    4)11kW調(diào)頻柜、光線示波器等。
    5) NEC RA2300數(shù)據(jù)采集分析儀，完成數(shù)據(jù)及波譜采集。
6)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械廠生產(chǎn)的9R -40型揉碎機(jī)為試驗(yàn)樣機(jī)。9R -40型揉碎機(jī)的具體參數(shù)為：配套動(dòng)力為7.5kW，轉(zhuǎn)子外徑0.49m，額定轉(zhuǎn)速2800r/min，9排錘片架（每排上有4組錘片），1排風(fēng)扇（3組葉片），齒板，兩組導(dǎo)流板，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 
1.2測(cè)試點(diǎn)布置
    根據(jù)GB3876 -1996聲學(xué)、聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)，反射面上采用包絡(luò)測(cè)定表面的簡(jiǎn)明法。在離揉碎機(jī)基準(zhǔn)體距離1m，距離反射面（地面）高度1m的水平面上布置測(cè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別在額定轉(zhuǎn)速空載、負(fù)載條件下進(jìn)行測(cè)試。第1測(cè)點(diǎn)：揉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的中間位置；第2測(cè)點(diǎn)：位于轉(zhuǎn)子皮帶輪的正對(duì)位置；第3測(cè)點(diǎn)：位于進(jìn)料口一側(cè)，揉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的中間位置；第4測(cè)點(diǎn)：位于揉碎機(jī)拋送風(fēng)扇的一側(cè)，正對(duì)轉(zhuǎn)子位置；第5測(cè)點(diǎn)：正對(duì)進(jìn)料口位置，見參考文獻(xiàn)[2]。
1.3實(shí)驗(yàn)方案
1. 3.1空載和負(fù)載噪聲實(shí)驗(yàn)
    空載、負(fù)載轉(zhuǎn)速選額定工作轉(zhuǎn)速2 800r/min，負(fù)載物料選當(dāng)年秋后收獲的玉米秸稈，含水率控制在14%～20%；測(cè)試時(shí)按揉碎機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)率(1～1.5t/h)隨機(jī)喂入。待機(jī)器正常運(yùn)行5 min以后再采集數(shù)據(jù)，采樣間隔0.2μs，采樣頻率fs=5 000Hz，系統(tǒng)噪聲信號(hào)的有效頻率f=2000Hz。f_s≥f_c，符合采樣定理要求。采樣處理后可將離散采樣信號(hào)恢復(fù)為噪聲的連續(xù)時(shí)域信號(hào)”。噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。
表1  轉(zhuǎn)速2800r/min不同工況下噪聲值

	測(cè)點(diǎn)
	1	2	3	4	5	平均聲壓值
空載	95.7	94.5	92.7	92.8	97.3	94.9
負(fù)載	96.2	94.9	95.4	94.1	96.9	95.6

    如表1所示，在兩種工況下，負(fù)載和空載的噪聲聲壓級(jí)變化不大，而且負(fù)載的噪聲要比空載噪聲大。其中，第5測(cè)點(diǎn)（出料口位置）的噪聲總是最高，第1測(cè)點(diǎn)（轉(zhuǎn)子附近）次之，第4測(cè)點(diǎn)和第2測(cè)點(diǎn)噪聲較低而且變化不大，負(fù)載時(shí)進(jìn)料口的噪聲升高很多。這說(shuō)明在負(fù)載時(shí)，揉碎機(jī)主要受空氣動(dòng)力性噪聲，錘片對(duì)物料的打擊和揉搓作用產(chǎn)生的機(jī)械噪聲也有一定的影響，但影響不大。
空載和負(fù)載噪聲的功率譜分析：將以均值為零的隨機(jī)過(guò)程x(t)的自相關(guān)函數(shù)作傅里葉變換，可得
 
    S_xf稱為X(t)的自功率譜密度函數(shù)，自功率譜可將振動(dòng)能量在一定頻率范圍內(nèi)的分布表示出來(lái)，從而獲得信號(hào)的特征譜。在隨機(jī)信號(hào)處理中，AR模型比傳統(tǒng)的無(wú)慘功率譜估計(jì)方法具有更好的分辨率。本文利用AR模型對(duì)揉碎機(jī)噪聲信號(hào)進(jìn)行功率譜曲線估計(jì)，獲得的信號(hào)特征譜如圖2和圖3所示。

    由圖2和圖3可以看出，揉碎機(jī)噪聲的功率譜曲線在兩種工況下的形式大體相同，說(shuō)明物料的喂入不改變?nèi)嗨闄C(jī)噪聲源的性質(zhì)，但是在負(fù)載情況下的平均功率要大于空載的。
1. 3.2轉(zhuǎn)速影響實(shí)驗(yàn)
    轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化直接影響著錘片對(duì)物料的打擊、風(fēng)扇的拋送以及物料的推移等性能。有相關(guān)文獻(xiàn)表明；當(dāng)轉(zhuǎn)速v=2 600～2 800r/min時(shí)，轉(zhuǎn)子可以正常工作。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)速v=2 700r/min時(shí)，轉(zhuǎn)子對(duì)物料作用的各項(xiàng)性能得到明顯改善，加工質(zhì)量和生產(chǎn)率均良好；當(dāng)轉(zhuǎn)速低于2 700r/min后，加工質(zhì)量和生產(chǎn)率也隨之下降，而且加工質(zhì)量和生產(chǎn)率均良好；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于2 800r/min后，物料被過(guò)度揉碎，加工質(zhì)量下降且能耗增大。分別選2 600，2 650，2 700，2 750，2 800r/min作為實(shí)驗(yàn)因素，噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 不同轉(zhuǎn)速下的噪聲值

轉(zhuǎn)速/r/min	測(cè)點(diǎn)
	1	2	3	4	5	平均聲壓值
2600	92	89.9	90.7	90.2	92.4	91.1
2650	92.2	91.3	90.8	91.1	92.9	91.7
2700	92.2	91.2	91.3	91.8	92.8	91.9
2750	93.7	93	91.6	92.8	94	93.1
2800	95.7	94.5	92.7	93.8	96.9	94.8

    由表2所示可知，低于2 700r/min時(shí)，揉碎機(jī)噪聲值變化不大，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于低于2 700r/min時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，噪聲值有較大提高。綜合考慮，在正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)2 700r/min噪聲較低，而且加工質(zhì)量和生產(chǎn)率最佳。
1. 3.3信號(hào)分離實(shí)驗(yàn)
    工作轉(zhuǎn)速2 800r/min，以9排錘片、導(dǎo)流板、風(fēng)扇和齒板為試驗(yàn)因素，以第5測(cè)點(diǎn)為例做以下實(shí)驗(yàn)。
1.3.3.1單因素實(shí)驗(yàn)
如表3所示，單錘片作用的噪聲最大，最接近整機(jī)噪聲，但是比整機(jī)噪聲略大；其次是風(fēng)扇次之，導(dǎo)流板第三，單齒板作用的噪聲值最小，對(duì)整機(jī)噪聲的影響最小。
表3 單因素條件下噪聲值

	工況
	單拋送風(fēng)扇	單錘片	單導(dǎo)流板	單齒板
聲功率值	95.5	97.2	93.6	92.7

1.3.3.2兩因素實(shí)驗(yàn)
    如表4所示，風(fēng)扇加錘片、導(dǎo)流板加錘片和單錘片作用的噪聲值相近，說(shuō)明風(fēng)扇和導(dǎo)流板和錘片的相互作用對(duì)整機(jī)的噪聲值影響很小，9排錘片是主要的噪聲源。
1.3.3.3三因素實(shí)驗(yàn)
如表5所示，無(wú)錘片時(shí)噪聲最低，說(shuō)明錘片對(duì)揉碎機(jī)的噪聲貢獻(xiàn)最大；無(wú)齒板時(shí)的噪聲最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了整機(jī)噪聲，說(shuō)明齒板具有吸聲作用，主要是因?yàn)橐环矫纨X板減少了揉碎機(jī)內(nèi)部空間，進(jìn)而減少了空氣動(dòng)力性噪聲，而且齒板固定在下殼體上，相當(dāng)于增加了殼體的剛度。
表5  三因素條件下噪聲值

	工況
	無(wú)拋送風(fēng)扇	無(wú)錘片	無(wú)導(dǎo)流板	無(wú)齒板
聲功率值	95.7	95.2	97.1	100.5

2、結(jié)論
    1)對(duì)9R -40型揉碎機(jī)進(jìn)行噪聲測(cè)試，并對(duì)不同工作條件下的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出：負(fù)載噪聲比空載噪聲大；空載時(shí)，空氣動(dòng)力性噪聲是主要噪聲源；負(fù)載時(shí)，空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械噪聲共同作用，是揉碎機(jī)主要噪聲來(lái)源。
    2)對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，兼顧加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，揉碎機(jī)工作轉(zhuǎn)速2700r/min時(shí)噪聲值最低。
3)在噪聲分離實(shí)驗(yàn)中，以9排錘片、齒板、導(dǎo)流板、風(fēng)扇怍為因素進(jìn)行分析：在額定工作條件下，9排錘片是影響揉碎機(jī)噪聲的主要結(jié)構(gòu)，齒板對(duì)整機(jī)的噪聲起到了吸收作用，導(dǎo)流板和風(fēng)扇對(duì)其影響較小。
    三門峽富通新能源銷售粉碎機(jī)、秸稈揉搓機(jī)、秸稈粉碎機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械設(shè)備。