Støjreduktion fra traverskraner: Analyse og løsninger af gearets excentricitet

Støj fra reduktionsgear fra traverskraner kan forekomme under løft og materialehåndtering i værksteder, hvilket påvirker kranens normale drift. Denne artikel analyserer unormal støj set fra excentricitetsfejl i gearpar. Baseret på resultater af beregning af strukturel støj fra simuleringsanalyser giver den også tilsvarende løsninger som reference til forbedring. Overheadkran driftspræstation.

1 Gear excitationsanalyse under excentricitetsfejl

Den traverskran, der analyseres i denne artikel, er en LD10 t-28,5 m model, udstyret med en 13 kW trefaset asynkronmotor. Gearkassen bruger en firetrins parallelaksel-spiralformet gearkasse. Når excentricitetsfejlen tages i betragtning, starter analysen først med et enkelt gearpar og dets indgrebslinjelængde.

1.1 Gearparmodel

Når gearets excentricitet tages i betragtning, anvendes excentriciteten af det drivende og det drevne gear som udgangspunkt. Baseret på det kendte antal tandhjulstænder og det drivende gears hastighed kan tid-frekvens-karakteristikkurven for det drevne gears hastighed udledes og sammenlignes med resultatet under antagelsen om ingen excentricitet. Den excentriske gearparmodel er vist i figur 1.

O1 og O2 er de geometriske centre for tandhjulsparret under antagelsen om ingen excentricitet. Efter excentriciteter E1 og E2 forekomme, bliver gearets geometriske centre O11 og O22Det kan ses, at uanset excentricitetsværdien er den indgribende linje, der dannes ved at forbinde tangentpunkter T1(xT1, yT1) og T2(xT2, yT2) har altid et dynamisk skæringspunkt M(xM, yM) med linjen, der forbinder tandhjulets geometriske centre.

I betragtning af forskydningen har gearparrets indgrebslinje tidsvarierende karakteristika. Dens ligning kan udtrykkes som:

Når koordinatudspringet er placeret i punktet O11, den dynamiske tværgående koordinat for punktet M kan udtrykkes som:

Det øjeblikkelige udvekslingsforhold for tandhjulsparret er:

I den faktiske beregning er det dynamiske skæringspunkt M har en vis sammenhæng med indgrebslinjen, vinklen mellem bevægelsesretningen og gearets øjeblikkelige indgrebslinjehastighed. Efter at excentricitetsområdet og den indgående vinkelhastighed er bestemt, kan formlerne (1) til (3) bruges til at finde den drevne gearvinkelhastighed og yderligere beregne den dynamiske excitation af gearparret under excentricitetsfejl.

I den faktiske fremstilling, excentriciteter E1 og E2 kan omtrent tages som den samme. Med en excentricitet for det spiralformede tandhjulspar på 20 μm under den kendte nøjagtighedsgrad er den beregnede tid-frekvenskarakteristikkurve for det drevne tandhjul vist i figur 2.

Når der ikke antages nogen excentricitetsfejl, er det drevne tandhjuls vinkelhastighed repræsenteret af den lyserøde rette linje i figur 2a. Når der er en excentricitetsfejl, viser det drevne tandhjuls vinkelhastighed tydelig og regelmæssig fluktuation, koncentreret i området 40,5-41,5 rad/s. Frekvensdomæneresultatet efter Fourier-transformationen afspejler indgangsakslens rotationsfrekvens på 25 Hz og det drevne tandhjuls udgangsrotationsfrekvens på 6,5 Hz. Dette indikerer, at excentricitetsfluktuationen for indgangstrinnets tandhjulspar kan fortsætte med at overføres gennem tandhjulssystemet og udstråle til ydersiden af gearkassen.

2 Numerisk beregning af gearmagnetisering i støjreduktion fra traverskraner

2.1 Vibrationsdifferentialligning

Vibrationsdifferentialligningen for gearsystemet i en traverskrans reduktionsgear er et vigtigt grundlag for at studere dets dynamiske egenskaber. Ved at reducere ordenen og beregne gearets dynamiske indgrebskraft kan vibrationsegenskaber såsom vibrationsintensitet og strukturstøj simuleres numerisk. Den nødvendige andenordens differentialligning er:

Tidsligningen for dynamiske koordinater M er erstattet af θ, og Runge-Kutta-ordensreduktionsprincippet bruges til at løse den dynamiske indgrebskraft for højhastighedsgearparret. Figur 3 viser resultaterne af beregningen af indgrebskraften for indgangstrinnet og det endelige udgangstrin.

2.2 Resultater af vibrationsanalyse

Figur 4 viser reduktionsgearets struktur. Lejesædernes positioner ved indgangs- og udgangsenderne er valgt til beregning, og frekvensdomænets vibrationskarakteristikkurver under en excentricitetsfejl på 20 μm er opnået.

Som vist i figur 5, påvirker indgangsakslens rotationsfrekvens på 25 Hz, efter at excentricitetsfejlen er taget i betragtning, andre gearpar på forskellige stadier, især i forskydningskurven. Støjberegning baseret på vibrationsresultaterne kan derefter vise indflydelsen af excentricitetsfejl på unormal reduktionsstøj.

3 Forudsigelse af udstrålet støj for bogieakselbro

3.1 Akustisk model

Ifølge de citerede referencer hører akustik til feltet fluidforskning. Derfor kan den akustiske bølgeligning studeres ud fra fluidkontinuitetsligningen. Med hensyn til mediets tilstand kan den udtrykkes som:

I formlen, ρ, en, p, og s er luftens densitet, hastighed, lydtryk og entropi, mens f og q er eksterne excitationskilder til luftmediet.

Baseret på vibrationsresponsen fra traverskranens reduktionsgearkasse behandles accelerationsberegningsresultatet ved hjælp af Fourier-transformation og en tredjedels oktavbehandling. Resultatet af beregningen af strukturstøjen fra reduktionsgearets højhastigheds-lejesæde er vist i figur 6.

Når excentricitetsfejlen tages i betragtning, øges reduktionsgearets strukturelle støj tydeligere i lavfrekvensområdet 0-100 Hz. Ifølge akustisk teori repræsenterer en forskel på 6 dB en engangsforskel i energiniveau. I figur 6 når støjforskellen i nogle frekvensbånd op på omkring tre gange, hvilket viser, at excentricitetsfejlen har en stor indflydelse på reduktionsgearets lavfrekvente vibrationer. Tydelige toppe vises også ved 500 Hz og 1.000 Hz, som er forårsaget af indgangstrinnets gearindgrebsfrekvens.

3.2 Foranstaltninger til reduktion af unormal støj

Den excentricitet på 20 μm, der anvendes i beregningen, er valgt i henhold til gearkassens nøjagtighedsgrad. I faktisk drift kan der forekomme større excentricitetsfejl, hvilket kan have stor indflydelse på reduceringsgearets vibrationer og støjreduktion. Baseret på analysen og konklusionerne i denne artikel kan unormal støj reduceres ud fra følgende aspekter:

1. Forbedr valget af nøjagtighedsgrad for gearkassen. Mange traverskraner bruger skruetandhjulsdrev, der genereres i grad 8. Almindelige kranreduktionsgear tager ikke højde for efterfølgende præcisionsbehandling, så excentricitetsfejl kan føre til højere udstrålet støj. Hvis bratkøling og tandhjulsslibning, tandoverfladeslipning eller lignende behandling overvejes i den endelige finishfase, kan en nøjagtighed på grad 7 eller grad 6 opnås. Dette kan være en bedre løsning for værksteder med strengere krav til støjkontrol.

2. Optimer geartransmissionssystemet. Fra et transmissionssystemperspektiv bør begrænsninger som f.eks. udmattelsesstyrke ved lukket gearkontakt, transmissionsforhold og fladebreddekoefficient tages i betragtning. En genetisk algoritme kan bruges til at justere gearmodul, tandbredde og antal tænder på drivgearet en smule uden at ændre disse begrænsninger væsentligt, således at reduktionsgearets støjtransmissionsfrekvens holdes væk fra det område, der er følsomt over for menneskelig hørelse. Den specifikke metode kræver tilsvarende programmer og tests for at verificere de optimale gearparametre.

3. Optimer reducerhusets struktur. Hovedformålet med optimering af huset er at forbedre dets naturlige frekvens. De første ti naturlige frekvenser i et flertrins parallelakseltransmissionssystem er generelt lave, normalt i området 50-500 Hz, og kan let overlappe med drivgearets rotationsfrekvens og dets harmoniske, hvilket forårsager resonans. Baseret på reducerhusets struktur kan materiale fjernes fra bestemte positioner. Dette sparer ikke kun materialeomkostninger, men kan også øge reducerhusets naturlige frekvens og effektivt reducere unormal støj forårsaget af excentricitetsfejl.

4 Konklusion

Denne artikel bruger en traverskran og dens reduktionsgear som forskningsobjekt og analyserer indflydelsen af gearparrets excentricitetsfejl på unormal reduktionsgearstøj. Konklusionerne er som følger:

1. Når excentricitetsfejlen tages i betragtning, viser det drevne gears vinkelhastighed regelmæssig fluktuation. Fluktuationsområdet er koncentreret inden for 40,5-41,5 rad/s. Det afspejler indgangsakslens rotationsfrekvens på 25 Hz og det drevne gears udgangsrotationsfrekvens på 6,5 Hz, og det fortsætter med at påvirke de efterfølgende gearpars transmission.

2. Ved excentricitetsfejl øges reduktionsgearets strukturelle støj tydeligere i lavfrekvensområdet 0-100 Hz. Den maksimale forskel når 15 dB, og støjniveauet stiger med 2,5 gange, hvilket markant intensiverer gearkassens unormale støj.

3. Der foreslås adskillige løsninger, herunder forbedring af transmissionens nøjagtighed, optimering af gearparametre og forøgelse af den strukturelle egenfrekvens.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Jeg er Cindy, med 10 års erhvervserfaring i kranindustrien og oparbejdet et væld af faglig viden. Jeg har valgt de tilfredsstillende kraner til 500+ kunder. Hvis du har behov eller spørgsmål til kraner, er du velkommen til at kontakte mig, jeg vil bruge min ekspertise og praktiske erfaring til at hjælpe dig med at løse problemet!