Bullerreducering för traverskranar: Analys och lösningar för excentricitet hos kugghjul

Buller från traverskranar kan uppstå vid lyft och materialhantering i verkstäder, vilket påverkar kranens normala drift. Denna artikel analyserar onormalt buller ur perspektivet av excentricitetsfel i kugghjulspar. Baserat på resultat från simuleringsanalys av strukturellt buller ger den också motsvarande lösningar som referens för att förbättra travers driftsprestanda.

1 Analys av växelexcitation under excentricitetsfel

Traverskranen som analyseras i den här artikeln är en LD10 t-28.5 m-modell, utrustad med en 13 kW trefas asynkronmotor. Reducerväxeln använder en fyrstegs parallellaxlad spiralväxel. När excentricitetsfelet beaktas börjar analysen först med ett enda kugghjulspar och dess ingreppslinjelängd.

1.1 Växelparmodell

När kugghjulets excentricitet beaktas används excentriciteten hos det drivande och det drivna kugghjulet som utgångspunkt. Baserat på det kända antalet kuggar på kugghjulet och det drivande kugghjulets hastighet kan tid-frekvenskarakteristikkurvan för det drivna kugghjulets hastighet erhållas och jämföras med resultatet under antagandet om ingen excentricitet. Den excentriska kugghjulsparmodellen visas i figur 1.

O1 och Syre är kugghjulsparets geometriska mittpunkter under antagandet om ingen excentricitet. Efter excentriciteter E1 och E2 inträffar, blir kugghjulets geometriska mittpunkter O11 och O22Det kan ses att, oavsett excentricitetsvärdet, nätlinjen som bildas av sammankopplande tangentpunkter T1(xT1, yT1) och T2(xT2, yT2) har alltid en dynamisk skärningspunkt M(xM, yM) med linjen som förbinder kugghjulens geometriska mittpunkter.

Med tanke på offseten har kugghjulsparets ingreppslinje tidsvarierande egenskaper. Dess ekvation kan uttryckas som:

När koordinatorigo placeras vid punkten O11, den dynamiska transversella koordinaten för punkten M kan uttryckas som:

Det momentana utväxlingsförhållandet för kugghjulsparet är:

I den faktiska beräkningen är den dynamiska skärningspunkten M har ett visst samband med ingreppslinjen, vinkeln mellan rörelseriktningen och kugghjulets momentana ingreppslinjehastighet. Efter att excentricitetsområdet och ingångsvinkelhastigheten har bestämts kan formlerna (1) till (3) användas för att erhålla den drivna kugghjulets vinkelhastighet och ytterligare beräkna den dynamiska excitationen av kugghjulsparet vid excentricitetsfel.

I faktisk tillverkning, excentriciteter E1 och E2 kan ungefär tas som densamma. Med en excentricitet för det spiralformade kugghjulsparet på 20 μm under den kända noggrannhetsgraden visas den beräknade tid-frekvenskarakteristikkurvan för det drivna kugghjulet i figur 2.

När inget excentricitetsfel antas representeras den drivna kugghjulets vinkelhastighet av den rosa raka linjen i figur 2a. När excentricitetsfel föreligger uppvisar den drivna kugghjulets vinkelhastighet tydlig och regelbunden fluktuation, koncentrerad i intervallet 40,5-41,5 rad/s. Frekvensdomänresultatet efter Fouriertransformen återspeglar den ingående axelns rotationsfrekvens på 25 Hz och den drivna kugghjulets utgångsrotationsfrekvens på 6,5 Hz. Detta indikerar att excentricitetsfluktuationen hos ingångsstegets kugghjulspar kan fortsätta att överföras genom växelsystemet och stråla ut till utsidan av växellådan.

2 Numerisk beräkning av kugghjulsexcitation i traverskranens bullerreducerare

2.1 Vibrationsdifferentialekvation

Vibrationsdifferentialekvationen för växelsystemet i en traverskrans reducerväxel är en viktig grund för att studera dess dynamiska egenskaper. Genom att reducera ordningen och beräkna växelns dynamiska ingreppskraft kan vibrationsegenskaper som vibrationsintensitet och strukturellt buller simuleras numeriskt. Den erforderliga andra ordningens differentialekvation är:

Tidsekvationen för dynamiska koordinater M är ersatt i θ, och Runge-Kuttas ordningsreduktionsprincip används för att lösa den dynamiska ingreppskraften hos höghastighetskugghjulsparet. Figur 3 visar resultaten av beräkningen av ingreppskraften för ingångssteget och det slutliga utgångssteget.

2.2 Resultat av vibrationsanalys

Figur 4 visar reducerkonstruktionen. Lagersätespositionerna vid ingångs- och utgångsändarna väljs för beräkning, och frekvensdomänens vibrationskarakteristikkurvor under 20 μm excentricitetsfel erhålls.

Som visas i figur 5, efter att excentricitetsfelet har beaktats, påverkar ingångsaxelns rotationsfrekvens på 25 Hz andra kugghjulspar i olika skeden, särskilt i deplacementkurvan. Ljudberäkning baserad på vibrationsresultaten kan sedan visa excentricitetsfelets inverkan på onormalt reducerljud.

3 Utstrålat bullerprognos för boggiaxelbrygga

3.1 Akustisk modell

Enligt de citerade referenserna tillhör akustik området fluidforskning. Därför kan den akustiska vågekvationen studeras från fluidkontinuitetsekvationen. I termer av mediets tillstånd kan den uttryckas som:

I formeln, ρ, v, p, och s är luftens densitet, hastighet, ljudtryck och entropi, medan f och q är externa excitationskällor för luftmediet.

Baserat på vibrationsresponsen hos traverskranens reducerväxel bearbetas accelerationsberäkningsresultatet med Fouriertransform och en tredjedels oktavbehandling. Resultatet av beräkningen av strukturbuller för reducerväxelns höghastighetslagersäte visas i figur 6.

När man tar hänsyn till excentricitetsfelet ökar reducerns strukturella brus tydligare i lågfrekvensområdet 0-100 Hz. Enligt akustisk teori representerar en skillnad på 6 dB en engångsskillnad i energinivå. I figur 6 når brusskillnaden i vissa frekvensband ungefär tre gånger, vilket visar att excentricitetsfelet har en stor inverkan på reducerns lågfrekventa vibrationer. Tydliga toppar uppträder också vid 500 Hz och 1 000 Hz, vilka orsakas av ingångsstegets kugghjulsingreppsfrekvens.

3.2 Åtgärder för att minska onormalt buller

Excentriciteten på 20 μm som används i beräkningen väljs utifrån växellådans noggrannhetsgrad. I faktisk drift kan ett större excentricitetsfel förekomma, vilket kan påverka vibrationer och brusreducering i växellådan avsevärt. Baserat på analysen och slutsatserna i den här artikeln kan onormalt buller minskas utifrån följande aspekter:

1. Förbättra valet av noggrannhetsgrad för kuggväxellådan. Många traverskranar använder spiralkugghjul genererade av grad 8. Vanliga kranreducerare tar inte hänsyn till efterföljande precisionsbehandling, så excentricitetsfel kan leda till högre utstrålat buller. Om kylning och kuggslipning, tandytans slipning eller liknande behandling beaktas i den slutliga ytbehandlingsfasen kan noggrannhet av grad 7 eller grad 6 uppnås. Detta kan vara ett bättre alternativ för verkstäder med strängare krav på bullerkontroll.

2. Optimera kuggväxelsystemet. Ur ett transmissionssystemsperspektiv bör begränsningar som utmattningshållfasthet vid sluten kuggväxelkontakt, utväxlingsförhållande och ytbreddskoefficient beaktas. En genetisk algoritm kan användas för att justera kuggmodulen, tandbredden och antalet kuggar på drivkugghjulet något utan att dessa begränsningar väsentligt ändras, så att reducerarens brusöverföringsfrekvens hålls borta från det område som är känsligt för mänsklig hörsel. Den specifika metoden kräver motsvarande program och tester för att verifiera de optimala kuggparametrarna.

3. Optimera reducerhusets struktur. Huvudsyftet med optimering av huset är att förbättra dess naturliga frekvens. De första tio naturliga frekvenserna i ett flerstegs parallellaxlat transmissionssystem är generellt låga, vanligtvis i intervallet 50-500 Hz, och kan lätt överlappa med drivväxelns rotationsfrekvens och dess övertoner, vilket orsakar resonans. Baserat på reducerhusets struktur kan material avlägsnas från vissa positioner. Detta sparar inte bara materialkostnader, utan kan också öka reducerhusets naturliga frekvens och effektivt minska onormalt buller orsakat av excentricitetsfel.

4 Slutsats

Denna artikel använder en traverskran och dess reducerväxel som forskningsobjekt och analyserar inverkan av kugghjulsparets excentricitetsfel på onormalt reducerljud. Slutsatserna är följande:

1. När excentricitetsfelet beaktas uppvisar den drivna växelns vinkelhastighet regelbundna fluktuationer. Fluktuationsintervallet är koncentrerat inom 40,5-41,5 rad/s. Det återspeglar den ingående axelns rotationsfrekvens på 25 Hz och den drivna växelns utgångsrotationsfrekvens på 6,5 Hz, och det fortsätter att påverka efterföljande kugghjulspars transmission.

2. Vid excentricitetsfel ökar reducerns strukturella buller tydligare i lågfrekvensområdet 0-100 Hz. Den maximala skillnaden når 15 dB, och bullernivån ökar med 2,5 gånger, vilket tydligt intensifierar växellådans onormala buller.

3. Flera lösningar föreslås, inklusive förbättring av transmissionens noggrannhet, optimering av växelparametrar och ökning av den strukturella egenfrekvensen.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-post: cindywang@hndfcrane.com

Jag är Cindy, med 10 års arbetslivserfarenhet inom kranbranschen och samlat på mig en mängd professionell kunskap. Jag har valt de tillfredsställande kranarna för 500+ kunder. Om du har några behov eller frågor om kranar är du välkommen att kontakta mig, jag kommer att använda min expertis och praktiska erfarenhet för att hjälpa dig att lösa problemet!