نویز کاهنده جرثقیل سقفی: تحلیل و راه‌حل‌های خروج از مرکز چرخ‌دنده

سر و صدای کاهنده جرثقیل سقفی ممکن است در حین بلند کردن و جابجایی مواد در کارگاه‌ها رخ دهد و بر عملکرد طبیعی جرثقیل تأثیر بگذارد. این مقاله به بررسی سر و صدای غیرعادی از منظر خطای خروج از مرکز جفت چرخ‌دنده می‌پردازد. بر اساس نتایج محاسبه سر و صدای ساختاری از تجزیه و تحلیل شبیه‌سازی، راه‌حل‌های مربوطه را نیز به عنوان مرجعی برای بهبود ارائه می‌دهد. چرثقیل هوایی عملکرد عملیاتی.

۱- تحلیل تحریک چرخ‌دنده تحت خطای خروج از مرکز

جرثقیل سقفی مورد بررسی در این مقاله، مدل LD10 t-28.5 m است که به یک موتور آسنکرون سه فاز ۱۳ کیلوواتی مجهز شده است. این کاهنده از یک گیربکس چهار مرحله‌ای دنده مارپیچی با شفت موازی استفاده می‌کند. هنگامی که خطای خروج از مرکز در نظر گرفته می‌شود، تجزیه و تحلیل ابتدا از یک جفت چرخ‌دنده و طول خط درگیری آن شروع می‌شود.

۱.۱ مدل جفت چرخ‌دنده

وقتی خروج از مرکزیت چرخ‌دنده‌ها در نظر گرفته می‌شود، خروج از مرکزیت چرخ‌دنده‌های محرک و متحرک به عنوان نقطه شروع استفاده می‌شود. بر اساس تعداد معلوم دندانه‌های چرخ‌دنده و سرعت چرخ‌دنده محرک، می‌توان منحنی مشخصه زمان-فرکانس سرعت چرخ‌دنده متحرک را بدست آورد و با نتیجه تحت فرض عدم خروج از مرکزیت مقایسه کرد. مدل جفت چرخ‌دنده‌های خارج از مرکزیت در شکل 1 نشان داده شده است.

O1 و O2 مراکز هندسی جفت چرخ‌دنده تحت فرض عدم خروج از مرکز هستند. پس از خروج از مرکز E1 و ای۲ رخ می‌دهد، مراکز هندسی چرخ‌دنده تبدیل می‌شوند O11 و O22می‌توان مشاهده کرد که صرف نظر از مقدار خروج از مرکز، خط مش‌بندی که با اتصال نقاط مماس تشکیل می‌شود T1(xT1، yT1) و T2(xT2، yT2) همیشه یک نقطه تقاطع پویا دارد M(xM، yM) با خطی که مراکز هندسی چرخ‌دنده را به هم متصل می‌کند.

با در نظر گرفتن آفست، خط درگیری جفت چرخ‌دنده دارای ویژگی‌های متغیر با زمان است. معادله آن را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

وقتی مبدا مختصات در نقطه قرار گیرد O11، مختصات عرضی دینامیکی نقطه م را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

نسبت انتقال قدرت لحظه‌ای جفت چرخ‌دنده‌ها برابر است با:

در محاسبه واقعی، نقطه تقاطع پویا م رابطه خاصی با خط درگیری، زاویه بین جهت حرکت و سرعت خط درگیری لحظه‌ای چرخ‌دنده دارد. پس از تعیین محدوده خروج از مرکز و سرعت زاویه‌ای ورودی، می‌توان از فرمول‌های (1) تا (3) برای بدست آوردن سرعت زاویه‌ای چرخ‌دنده محرک و محاسبه بیشتر تحریک دینامیکی جفت چرخ‌دنده تحت خطای خروج از مرکز استفاده کرد.

در تولید واقعی، انحرافات E1 و ای۲ می‌توان تقریباً یکسان در نظر گرفت. با یک جفت چرخ‌دنده مارپیچ با خروج از مرکزیت ۲۰ میکرومتر تحت درجه دقت شناخته شده، منحنی مشخصه زمان-فرکانس محاسبه شده چرخ‌دنده محرک در شکل ۲ نشان داده شده است.

وقتی هیچ خطای گریز از مرکز فرض نشود، سرعت زاویه‌ای چرخ‌دنده محرک با خط مستقیم صورتی در شکل 2a نشان داده شده است. وقتی خطای گریز از مرکز وجود دارد، سرعت زاویه‌ای چرخ‌دنده محرک نوسانات آشکار و منظمی را نشان می‌دهد که در محدوده 40.5-41.5 رادیان بر ثانیه متمرکز است. نتیجه حوزه فرکانس پس از تبدیل فوریه، فرکانس چرخشی شفت ورودی 25 هرتز و فرکانس چرخشی خروجی چرخ‌دنده محرک 6.5 هرتز را نشان می‌دهد. این نشان می‌دهد که نوسانات گریز از مرکز جفت چرخ‌دنده مرحله ورودی ممکن است همچنان از طریق سیستم چرخ‌دنده منتقل شود و به خارج از گیربکس تابش کند.

۲ محاسبه عددی تحریک چرخ‌دنده در نویز کاهنده جرثقیل سقفی

۲.۱ معادله دیفرانسیل ارتعاش

معادله دیفرانسیل ارتعاشی سیستم چرخ‌دنده در یک گیربکس جرثقیل سقفی، مبنای مهمی برای مطالعه ویژگی‌های دینامیکی آن است. با کاهش مرتبه و محاسبه نیروی درگیری دینامیکی چرخ‌دنده، می‌توان ویژگی‌های ارتعاشی مانند شدت ارتعاش و نویز سازه را به صورت عددی شبیه‌سازی کرد. معادله دیفرانسیل مرتبه دوم مورد نیاز به صورت زیر است:

معادله زمانی مختصات دینامیکی م جایگزین می‌شود θو از اصل کاهش مرتبه رانگ-کوتا برای حل نیروی مش دینامیکی جفت چرخ‌دنده‌های پرسرعت استفاده می‌شود. شکل 3 نتایج محاسبه نیروی مش را برای طبقه ورودی و طبقه خروجی نهایی نشان می‌دهد.

۲.۲ نتایج تحلیل ارتعاش

شکل ۴ ساختار کاهنده را نشان می‌دهد. موقعیت‌های نشیمنگاه یاتاقان در انتهای ورودی و خروجی برای محاسبه انتخاب شده‌اند و منحنی‌های مشخصه ارتعاش حوزه فرکانس تحت خطای خروج از مرکز ۲۰ میکرومتر به دست آمده‌اند.

همانطور که در شکل ۵ نشان داده شده است، پس از در نظر گرفتن خطای خروج از مرکز، فرکانس چرخشی شفت ورودی ۲۵ هرتز بر سایر جفت چرخ‌دنده‌ها در مراحل مختلف، به ویژه در منحنی جابجایی، تأثیر می‌گذارد. محاسبه نویز بر اساس نتایج ارتعاش می‌تواند تأثیر خطای خروج از مرکز را بر نویز غیرعادی کاهنده نشان دهد.

۳ پیش‌بینی نویز تشعشعی برای پل محور بوگی

۳.۱ مدل آکوستیک

طبق منابع ذکر شده، آکوستیک به حوزه تحقیقات سیالات تعلق دارد. بنابراین، معادله موج آکوستیک را می‌توان از معادله پیوستگی سیال مطالعه کرد. بر حسب حالت متوسط، می‌توان آن را به صورت زیر بیان کرد:

در فرمول، پی, وی, ص، و ها چگالی، سرعت، فشار صوت و آنتروپی هوا هستند، در حالی که f و س منابع تحریک خارجی محیط هوا هستند.

بر اساس پاسخ ارتعاشی کاهنده سرعت جرثقیل سقفی، نتیجه محاسبه شتاب با تبدیل فوریه و پردازش یک سوم اکتاو پردازش می‌شود. نتیجه محاسبه نویز ساختاری نشیمنگاه یاتاقان مرحله‌ای پرسرعت کاهنده سرعت در شکل 6 نشان داده شده است.

وقتی خطای خروج از مرکز در نظر گرفته می‌شود، نویز ساختاری کاهنده در محدوده فرکانس پایین 0 تا 100 هرتز به طور واضح‌تری افزایش می‌یابد. طبق نظریه آکوستیک، اختلاف 6 دسی‌بل نشان دهنده اختلاف یک‌باره در سطح انرژی است. در شکل 6، اختلاف نویز در برخی از باندهای فرکانسی به حدود سه برابر می‌رسد که نشان می‌دهد خطای خروج از مرکز تأثیر عمده‌ای بر ارتعاش فرکانس پایین کاهنده دارد. پیک‌های واضحی نیز در 500 هرتز و 1000 هرتز ظاهر می‌شوند که ناشی از فرکانس درگیری چرخ‌دنده‌ها در طبقه ورودی هستند.

۳.۲ اقداماتی برای کاهش نویز غیرعادی

خروج از مرکزیت ۲۰ میکرومتری مورد استفاده در محاسبه، بر اساس درجه دقت انتقال دنده انتخاب شده است. در عملکرد واقعی، ممکن است خطای خروج از مرکزیت بزرگتری وجود داشته باشد و تا حد زیادی بر لرزش و کاهش نویز گیربکس تأثیر بگذارد. بر اساس تجزیه و تحلیل و نتیجه‌گیری‌های این مقاله، نویز غیرعادی را می‌توان از جنبه‌های زیر کاهش داد:

۱. انتخاب درجه دقت انتقال دنده را بهبود بخشید. بسیاری از جرثقیل‌های سقفی از چرخ‌دنده‌های مارپیچ تولید شده با درجه ۸ استفاده می‌کنند. گیربکس‌های معمولی جرثقیل، پرداخت دقیق بعدی را در نظر نمی‌گیرند، بنابراین خطای خروج از مرکز ممکن است منجر به نویز تابشی بالاتر شود. اگر کوئنچ و سنگ‌زنی چرخ‌دنده، ساییدگی سطح دندانه یا عملیات مشابه در مرحله پرداخت نهایی در نظر گرفته شود، می‌توان به دقت درجه ۷ یا درجه ۶ دست یافت. این می‌تواند گزینه بهتری برای کارگاه‌هایی با الزامات کنترل نویز سختگیرانه‌تر باشد.

۲. بهینه‌سازی سیستم انتقال قدرت چرخ‌دنده. از دیدگاه سیستم انتقال قدرت، محدودیت‌هایی مانند استحکام خستگی تماس بسته چرخ‌دنده، نسبت انتقال قدرت و ضریب عرض سطح باید در نظر گرفته شوند. می‌توان از یک الگوریتم ژنتیک برای تنظیم جزئی ماژول چرخ‌دنده، عرض دندانه و تعداد دندانه چرخ‌دنده محرک بدون تغییر قابل توجه این محدودیت‌ها استفاده کرد، به طوری که فرکانس انتقال نویز کاهنده از محدوده حساس به شنوایی انسان دور نگه داشته شود. این روش خاص به برنامه‌ها و آزمایش‌های مربوطه برای تأیید پارامترهای بهینه چرخ‌دنده نیاز دارد.

۳. بهینه سازی ساختار محفظه کاهنده. هدف اصلی بهینه سازی محفظه، بهبود فرکانس طبیعی آن است. ده فرکانس طبیعی اول یک سیستم انتقال قدرت چند مرحله‌ای با شفت موازی عموماً پایین هستند، معمولاً در محدوده ۵۰ تا ۵۰۰ هرتز، و می‌توانند به راحتی با فرکانس چرخشی چرخ دنده محرک و هارمونیک‌های آن همپوشانی داشته باشند و باعث رزونانس شوند. بر اساس ساختار کاهنده، می‌توان مواد را از موقعیت‌های خاصی حذف کرد. این امر نه تنها باعث صرفه‌جویی در هزینه مواد می‌شود، بلکه ممکن است فرکانس طبیعی کاهنده را افزایش داده و به طور مؤثر نویز غیرعادی ناشی از خطای خروج از مرکز را کاهش دهد.

۴ نتیجه‌گیری

این مقاله یک جرثقیل سقفی و کاهنده سرعت آن را به عنوان هدف تحقیق در نظر گرفته و تأثیر خطای خروج از مرکز جفت چرخ‌دنده را بر صدای غیرعادی کاهنده سرعت بررسی می‌کند. نتایج به شرح زیر است:

۱. وقتی خطای خروج از مرکز در نظر گرفته شود، سرعت زاویه‌ای چرخ‌دنده محرک نوسانات منظمی را نشان می‌دهد. محدوده نوسانات در محدوده ۴۰.۵ تا ۴۱.۵ رادیان بر ثانیه متمرکز است. این نشان‌دهنده فرکانس چرخشی شفت ورودی ۲۵ هرتز و فرکانس چرخشی خروجی چرخ‌دنده محرک ۶.۵ هرتز است و همچنان بر انتقال قدرت جفت چرخ‌دنده‌های بعدی تأثیر می‌گذارد.

۲. تحت خطای خروج از مرکز، نویز ساختاری کاهنده در محدوده فرکانس پایین ۰-۱۰۰ هرتز با وضوح بیشتری افزایش می‌یابد. حداکثر اختلاف به ۱۵ دسی‌بل می‌رسد و سطح نویز ۲.۵ برابر افزایش می‌یابد که به وضوح نویز غیرعادی گیربکس را تشدید می‌کند.

۳. چندین راه حل پیشنهاد شده است، از جمله بهبود درجه دقت انتقال، بهینه سازی پارامترهای چرخ دنده و افزایش فرکانس طبیعی سازه.

سیندی

واتس اپ: +86 191 3738 6654

پست الکترونیک: cindywang@hndfcrane.com

من سیندی هستم، با 10 سال سابقه کار در صنعت جرثقیل و انباشته دانش حرفه ای. من جرثقیل های رضایت بخش را برای بیش از 500 مشتری انتخاب کرده ام. اگر در مورد جرثقیل ها نیاز یا سوالی دارید، لطفا با من تماس بگیرید، من از تخصص و تجربه عملی خود برای کمک به شما در حل مشکل استفاده خواهم کرد!