基于非线性耦合动力学的轨式输送机的噪声预测与研究

摘要

轨式输送机作为一种新型节能产品可以实现单机超长距离（＞20km）运输，为客户实现散料厂距离物流提供了更多选择，轨式输送机工作原理是：将传统输送机改为轨道式输送机，输送带在轨道上运行的承托车的牵引下进行物料输送，但是输送承托车在轨道上运行会产生振动和噪声，研究噪声产生机理，如何降低运行噪声是大家关注的课题，本文提出对轨式输送机的噪声进行研究及预测，为轨式输送机系统优化提供依据。
　　输送机产生噪声的直接原因为轮轨系统的结构特性，本文首先对输送机轮轨系统振动特性进行分析，建立有限元模型，利用软件对承托车车轮进行模态分析，桁架轨道系统的振动特性分析中，引入导纳的概念，利用解析法分析输送机轮轨系统的导纳特性，在以上的基础上对输送机轮轨振动噪声进行预测，并通过现场试验与预测结果进行对比分析，以下为本文的主要研究内容：
　　首先对承托车车轮进行模态分析，得到承托车车轮的自振频率。由于车轮成对称结构，其阵型特性也存在对称性，模态为低阶时，主要表现为轮缘的扭摆及振动，随着阶数增加，踏面开始产生弯曲变形，当模态达到10阶时，车轮轮缘开始变为复杂的非线性扭摆变形。
　　利用数值法解析轮轨关系的微分方程，对轮轨关系进行分析，得到轮轨在不同速度下作用力随时间的变化关系，以便与后期试验数据进行对比分析。
　　以桁架结构的速度导纳作为分析结构振动的评价标准，利用动柔度法推出桁架的速度导纳幅值，用软件对桁架的速度导纳进行分析，得到桁架在模型原点以及跨点处随频率变化的速度导纳曲线，两点的速度导纳幅值随频率增加跨点处速度导纳明显大于原点处，得出结论桁架振动主要由轮轨之间相互作用引起的。
　　分析桁架与轨道参数对系统振动特性的影响，主要包括轨道扣件刚度以及轨道材料对系统振动以及噪声辐射的影响。
　　通过现场试验的方法，得到输送机轮轨在4个典型性位置下的振动以及噪声情况，利用数据采集装置获取轮轨振动以及噪声数据，将数据在软件中进行对比分析。
　　结合噪声基本理论，以轮轨系统以及桁架的振动特性分析为基础，对输送机轮轨噪声进行预测，预测结果如下：
　　分析轮轨在不同运行速度下特性，分别取速度1m/s、1.5m/s、2m/s,随着输送机运行速度的增加，各个频率下的车轮噪声、轨道噪声以及轮轨噪声均增大，且轮轨噪声增加值随着速度的提高增加逐渐缓慢，相同速度下噪声声压级随着频率的增加会逐渐趋于定值，该预测结论与第四章现场试验结果进行对比，验证了模型的正确性。
　　轨道扣件刚度对振动噪声的影响主要集中在低频，高频处刚度参数对噪声基本无影响，轨道材料主要研究了铸铁和高分子材料两种，预测结果显示高分子材料在轮轨降噪方面起到明显的效果，试验结果同样验证了模型的可行性。

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摘要

ABSTRACT

Contents

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 轨道输送噪声预测国内外现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 轨式输送机系统振动特性分析

2.1 概述

2.2 轮轨系统振动特性分析

2.2.1 振动激励源

2.2.2 激励模型

2.2.3 轮轨振动模态分析

2.2.4 车轮的有限元模型建立

2.2.5 车轮有限元分析

2.3 桁架结构振动特性分析

2.3.1 概述

2.3.2 桁架轨道结构振动特性分析

2.3.3 轨道固定方式的影响

2.3.4 材料对轨道噪声的影响

3.1 概述

3.2 测试仪器

3.3 测试步骤

3.4 测点布置

3.5 现场不同测点

3.5.1 现场测点一

3.5.2 现场测点二

3.5.3 现场测点三

3.5.4 现场测点四

3.6 本章小结

4 轮轨噪声预测

4.1 概述

4.2 噪声的基本理论

4.2.1 噪声的危害

4.2.2 声压、声功率、声强以及声级

4.2.3 低频噪声的评价

4.3 轮轨系统预测模型各参数计算

4.3.1 中心频带和带宽

4.3.2 轮轨径向振动功率谱

4.3.3 轨道与车轮声辐射系数

4.3.4 轮轨平均速度功率谱

4.4 轮轨辐射噪声预测

4.4.1 地面反射对声辐射的影响

4.4.2 承托车车轮辐射平均噪声

4.4.3 线路旁轨道辐射平均噪声

4.4.4 线路旁输送机轮轨辐射平均噪声

4.5 输送机轨道参数对轮轨噪声的影响

4.5.1 输送机运行速度对轮轨噪声的影响

4.5.2 输送机轨道扣件刚度对轮轨噪声的影响

4.5.3 轮轨材料对轮轨噪声的影响

5 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况