摘　要：電動滾筒是近年來出現的新型帶式輸送設備的驅動部件，具有適宜在惡劣場合工作的能力。然而，電動滾筒的噪聲卻帶來污染，并在高要求場合應用受到限制，為此必須降低其噪聲。在對電動滾筒可能存在的主要噪聲源進行分析的基礎上，應用頻譜識別技術，確定了單相驅動電機是該型電動滾筒的主要噪聲源，它使得電動滾筒在１００Ｈｚ及其高次諧頻噪聲成分較大。經分析，造成此現象的原因是單相驅動電機的空間不對稱驅動力矩，在采用三相電機驅動后，電動滾筒的噪聲下降了６～７ｄＢ（Ａ）左右，有效地控制了電動滾筒的電磁噪聲。

       近年來，根據帶式輸送機的某些特殊場合需要，出現了電動滾筒驅動形式。與分離式驅動裝置相比，電動滾筒具有結構緊湊、傳動效率高、使用壽命長，運轉平穩、工作可靠、密封性好、占據空間小、安裝方便等諸多優點，并且適合在潮濕、泥濘、粉塵多等各種惡劣環境條件下工作，廣泛應用于礦山、冶金、化工、煤炭、建材、電力、糧食及交通運輸等部門。然而，電動滾筒工作時產生的噪聲不僅會給使用環境帶來一定程度的污染，也會限制電動滾筒在要求高的場合使用。
           通常，電動滾筒主要由驅動電機、齒輪減速機構、旋轉殼體等部件組成，如圖１所示。
                         
          某企業生產的電動滾筒在使用時會產生較大振動與噪聲，當此電動滾筒安裝在傳動機構中時，除了電動滾筒的噪聲會直接由空氣介質傳播外，電動滾筒的振動還會通過傳動機構的支架等結構件的振動進行傳播，并形成結構噪聲。電動滾筒存在的振動、噪聲問題，嚴重限制了該企業產品的使用場合。為了進一步提高電動滾筒的振動、噪聲性能，有必要對電動滾筒的主要噪聲激勵源進行試驗分析，尋求引起其振動、噪聲的主要原因并加以控制，以提高電動滾筒的產品質量。
         
１　電動滾筒的激勵源分析
        從電動滾筒的結構可知，電動滾筒的振動、噪聲應該是由電動機、齒輪減速器等運動部件的激勵引起。從發聲機理上看，其噪聲應是電磁噪聲與機械噪聲的組合。
1.1　電磁噪聲
       電動機工作時，電動機內交變磁場對定子和轉子作用產生周期性的交變電磁力，這個交變力與磁通密度的平方成正比，它的切向矢量形成的轉矩有助于轉子的轉動，而徑向分量則引起矽鋼
片產生振動，從而形成噪聲，其頻率與電源頻率為工頻的高次諧頻，一般在１００—４０００ＨＺ頻率范圍內。電磁噪聲的聲源類型有：
（１）感應電機的嗡嗡聲。這種噪聲的頻率為電源頻率的兩倍，即為２ｆ１＝２×５０＝１００（Ｈｚ），它是由定子中磁滯伸縮引起的。
（２）溝槽諧波噪聲。當轉子的每一個導體通過定子磁極時，作用在轉子和定子氣隙中的整個
磁動勢將發生變化而引起噪聲，噪聲頻率的表達 式為：
                     
        過轉子槽，橫越氣隙并通過定子線包。當徑向氣流突然中斷時，由于空氣流的斷續，也會引起噪聲，此類型噪聲的頻率為：
                                           
       　電源電壓不穩時，最容易產生電磁振動和電磁噪聲。由于轉子在定子內不可避免地存在偏心，還會引起氣隙偏心等，這對電磁噪聲也會產生影響。
 1.2　機械噪聲
         齒輪傳動系統可以看作由質量、彈簧組成的一個振動系統，輪齒的剛度具有周期性變化的性質，制造裝配誤差、傳動誤差的存在和扭矩的變動形成激振力，在此激振力的作用下，齒輪會產生振動，此振動通過軸、軸承座向外傳遞。電動滾筒內減速器由三級定軸減速齒輪傳動機構組成，每級包括一個驅動輪和一個從動輪。圖２顯示了電動滾筒減速器的內部結構，圖３為電動滾筒減速器的機構簡圖。    
                             
          驅動電機的輸出軸直接作為該行星齒輪系的第Ⅰ驅動輪，并與第Ⅰ 級從動輪嚙合，后面每級的驅動輪又與其從動輪嚙合在一起，最后一級的從動輪為內齒輪，并固定在滾筒內從而帶動滾筒  旋轉。其中第一級和第二級嚙合的齒輪均為嚙合系數大于１，剛度大、噪聲小的斜齒輪。根據電動機的輸入轉速和齒輪系每級齒輪的參數可以計算出：
    第一級齒輪的嚙合頻率ｆＺ１＝Ｎ×ｎ１×ｚ１／６０＝Ｎ×２２８．４８Ｈｚ（Ｎ＝１，２…）；
    第二級齒輪的嚙合頻率ｆＺ２＝Ｎ×ｎ２×ｚ３／６０＝Ｎ×５９．１Ｈｚ（Ｎ＝１，２…）；
    第三級齒輪的嚙合頻率ｆＺ３＝Ｎ×ｎ３×ｚ５／６０＝Ｎ×１７．８５Ｈｚ（Ｎ＝１，２…）。    
        即第一級齒輪嚙合頻率為２２８．４８Ｈｚ及其高次諧頻；第二級齒輪嚙合頻率為５９．１Ｈｚ及其高次諧頻；第三級齒輪嚙合頻率為１７．８５Ｈｚ及其高次諧頻，這些頻率都是電動滾筒內減速器的振動、噪聲的特征頻率。
         
２　電動滾筒噪聲的測試
        文獻［１］設計的電動滾筒噪聲測試系統如圖４所示。在圖４中，噪聲測量點（傳聲器）距離電動滾筒電機、減速器側１ｍ，傳聲器將噪聲信號轉換為電信號輸送給聲級計，在聲級計上讀出測點處的Ａ計權聲壓級，同時，聲級計還將噪聲信號送給動態分析儀進行窄帶頻譜分析和１／３倍頻程分析。
                  
          圖５ａ為測點處噪聲窄帶頻譜圖，圖５ｂ為相應的Ａ計權１／３倍頻程頻譜圖。從圖５容易看出，在采集的整個頻域內，最高聲壓級主要集中在１００Ｈｚ等工頻的諧頻處，其中１００Ｈｚ處的噪聲分量最大，有６１ｄＢ。而齒輪減速器各級的嚙合頻率Ｎ×２２８．４８Ｈｚ、Ｎ×５９．１Ｈｚ和Ｎ×１７．８５Ｈｚ（Ｎ＝１，２，３…）等頻率位置處的最大值也小于４０ｄＢ。由此可以判斷出，此種電動滾筒的噪聲主要是驅動電機的噪聲，相比之下，減速器的齒輪噪聲可以忽略。因此，為了降低電動滾筒的總噪聲，首先必須降低驅動電機的噪聲。
                         
           
３　測試結果分析與改進
         在該電動滾筒中，使用的驅動電機是單相電動機。而單相電動機一般都采用電容分相起動方式，即：單相電機的Ａ、Ｂ兩個定子繞組并聯在一起接入單相電路中，所不同的是，Ｂ繞組中串聯了一個移相電容器。電機工作通入電流時，兩個線圈繞組的電流經電容器移相后流入，其中Ｂ繞組的電流滯后Ａ繞組９０°，但對于下一個相序，則Ａ繞組滯后Ｂ繞組２７０°，如圖６ａ所示。電機的工作是由定子繞組電流形成的空間旋轉磁場產生的力矩來驅動轉子的，繞組空間磁場的不對稱使得驅動力矩也不對稱，單相電機的空間磁場在旋轉一周的過程中會產生２次相位差的不對稱變換，這就造成了較大的工頻２次諧頻成分和其它諧頻成分，從而產生了１００Ｈｚ等較大的低頻激勵力。激發出１００Ｈｚ及其諧頻的噪聲。 
                        
         然而，如果驅動電機采用三相電機，由于三相電機的定子具有Ａ、Ｂ、Ｃ三個繞組，它的空間磁場是由三相電源的相位差形成的，它們互成空間１２０°角，空間磁場每旋轉一周的過程中驅動電流相位差沒有發生變化，空間磁場對稱且穩定勻稱，如圖６ｂ所示，故其在１００Ｈｚ等諧頻處的成分很小。因此，如在電動滾筒中采用三相電機，則會使噪聲中１００Ｈｚ等諧頻成分會大大減小。
        圖７是采用三相電機時電動滾筒噪聲的１／３倍頻程頻譜圖，與圖５ｂ相比較，可以看出，１００Ｈｚ等處的噪聲明顯地下降，這與上面的分析結果完全一致。
        
        表１是采用不同驅動電機時電動滾筒的噪聲測量值。由表１知，采用三相電機的電動滾筒噪聲明顯小于采用單相電機電動滾筒的噪聲。
                   
        
４　結　　論
 （１）電動滾筒的噪聲通常由驅動電機的電磁噪聲和減速器的齒輪噪聲組成，但要識別出電動滾筒的主要噪聲成分，需要對這些噪聲的特征頻率進行分析，并結合必要的測試手段加以確定。
（２）造成某企業電動滾筒噪聲過大的主要原因為電動滾筒內單相電機的不均勻電磁激勵力的激勵，不均勻激勵通過機架的傳遞造成機架和外殼的振動過大，引起更大的噪聲輻射。
（３）試驗表明，將電動滾筒內的單相電動機更換為三相電機是一種簡便易行的方法，在更換電機后，１００ＨＺ及其高次諧頻處的噪聲聲壓級在很大程度上得以降低，總噪聲的控制幅度在６～７ｄＢ（Ａ）左右。