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锤片式粉碎机是一种常用的饲料粉碎机械,具有操作方便、结构简单、通用性强和生产率高等优点,在饲料加工行业被广泛应用。传统锤片式粉碎机普遍存在噪声大的缺点,对于操作工人的身心健康和生产环境均有重要影响。空气动力性噪声是粉碎机的主要噪声源之一,因此,对粉碎机进行减振降噪设计,探究空气动力性噪声产生机理对改善饲料加工厂的生产环境,保障劳动工人的身心健康等均具有重要意义。 论文以课题组开发的新型锤片式粉碎机为研究对象,从流体力学和声学的基本理论出发,采用数值模拟的方法,应用Fluent及Virtual.LabAcoustic软件对粉碎机内部气动噪声特性进行研究,为该粉碎机进行降噪设计提供理论依据。主要研究工作包括: (1)建立了粉碎机的三维模型,利用软件Fluent对粉碎机的粉碎室和物料分离装置做数值模拟分析,得到粉碎机内部稳态流场,此基础上再对其进行瞬态分析,得到锤片表面压力脉动信息,为下一步声场分析奠定基础。分析结果表明:粉碎室内部是极其复杂的流动,旋转区域存在负压,在锤片扫略过的区域气流速度较大,且在锤片末端扫略过的区域,气流速度最大,从锤片末端扫略区域到外壳体区域的气流速度又逐渐降低。对粉碎机气流流场进行试验。测出进料口与出料口的风速,与模拟值比较相一致,验证了模拟结果的正确性。 (2)在Virtual.Lab软件中建立声学模型,将流场分析结果导入其中,采用有限元法对粉碎机气动噪声进行仿真求解。得到粉碎机远场X-Y平面上声压级云图及5个监测点处的气动噪声声压级曲线。由声压级云图上可以看出,粉碎机气动噪声主要由宽阔的出料口向外辐射以及机壳辐射。在低频下能较好的模拟出粉碎机声场分布,但是随着频率增高,其模拟出来的声场分布与实际情况的差异增大。从5个监测点的声压级曲线中可以看出,粉碎机气动噪声峰值出现在单锤片基频166.7Hz处。 (3)为验证声学仿真结果的准确性,依据饲料粉碎机噪声测试标准,在粉碎机样机表面不同方向布置了5个测量点,采用声压法在空载下对粉碎机进行了噪声测量试验。频谱测试表明:5个测点频谱图中明显的峰值分别为41.5Hz、83Hz、166.7Hz、334Hz和720Hz。由计算得知,166.7Hz为单排锤片的基频,334Hz为其二次谐波,是粉碎机运行过程中锤片扰动空气引起的旋转噪声。41.5Hz、83Hz分别为转子基频和二次谐波,认为是转子振动引起的机械噪声。同时在噪声频谱图中的低频处检测到连续的宽频信号,判断是由粉碎机的湍流噪声引起的。 (4)为确定噪声信号中的机械噪声成分,使用加速度传感器对粉碎机进行了振动测试试验,得到了粉碎机振动信号频谱图,试验表明:41.5Hz、83Hz、124.5Hz处的峰值为转子动不平衡引起的机械噪声;粉碎机物料分离装置因结构原因,存在较大幅度的机械振动。