（内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司内蒙古包头市014080）
摘要：球磨机在矿山、冶金、水泥、建材等许多领域中广泛应用，但在运行过程会带来极大的噪声污染，不仅影响到人们的休息与工作，也对人的身体健康造成了极大的危害。球磨机的主要噪声来源包括齿轮噪声、筒体噪声和电机噪声，其中筒体噪声是最大的噪声源，而筒体噪声是筒体在旋转时钢球与筒体衬板、钢球与钢球、矿块与钢球之间撞击的机械噪声，长时间的球载撞击在圆柱壳内的衬板上，会产生非常大的冲击力，同时会使衬板产生振动而辐射高噪声。因此，分析球磨机筒体在工作状态下的应力应变分布规律对于确定其噪声辐射特性十分重要。
关键词：球磨机筒体；声辐射特性；噪声治理；
球磨机噪声主要来源于筒体噪声、电机噪声和齿轮噪声，其中筒体噪声即筒体旋转时钢球与钢球、钢球与筒体衬板、钢球与煤块之间撞击的机械噪声占主要。筒体噪声按发声机理分为加速度噪声和自鸣噪声。加速度噪声是因物体速度的迅
速变化，在空气媒质中产生压力扰动而形成的，其噪声声压级与冲击速度、冲击时间、物体体积因素有关，在整个噪声辐射能量中所占比重较小；自鸣噪声是由冲击引起的衬板与筒体振动所产生的声辐射，其噪声声压级决定于筒体的振动量级、振动速度分布、结构阻尼及结构声辐射效率等因素。一般比加速度噪声声压级高10-20dB，是筒体噪声的主要来源。
一、球磨机筒体的声辐射特性分析
1.筒体的载荷计算。球磨机筒体受到的载荷主要包括齿轮的载荷、介质物料的自重载荷和介质物料的离心力载荷。介质在球磨机中的运动主要存在以下几种方式：第一种，当球磨机转速提高到某个极限数值时，球磨机球载几乎随筒体作同心旋转而不下落。这种情况称为“离心运动”。球载产生离心运转时，理论上将失去磨矿作用。所以，球磨机应在低于离心运转的转速条件下工作。第二种，当筒体低速运转时，球载被带到较小的高度，球载的整体沿筒体旋转方向偏转一个角度，并维持这种状态。这时，除了每个球载都绕自身的轴线旋转外，位于球荷顶部的球载还不断地沿球荷表面滚下，球荷的这种运动状态称为泻落运动状态。第三种，正常转速运转时，介质随筒体作圆运动上升到一定高度后，就以一定的初速离开筒体，并沿抛物线轨迹作向下“抛落”。此时，介质抛落的冲击作用较强，研磨作用相对较弱。这种磨矿状态称为抛落式磨矿。大多数球磨机都处于这种磨矿状态下工作。根据动量定理可知，工作中的球载（例如钢球）在下落时对筒体的冲击力等于单位时间内抛出的球载质量乘以球载与筒体在落点处的相对速度。
2.筒体声模态分析。声辐射模态及其声辐射效率类似于结构振动问题中的振型和固有频率。声辐射模态是矢量空间中的一组正交基，每组基代表一种可能的声辐射形式，每一声模态对应一独立的声辐射效率。从物理意义上讲，声辐射模态就是物体表面一种可能的声辐射形式，是物体固有特性。由物体的几何形状和振动模态决定与物体本身的材料特性及边界条件无关。在外载荷作用下，声场有限元方程所对应的特征分别表示结构声辐射效率和声辐射模态。利用声学仿真软件，选用有限元声模态分析法对筒体进行声辐射分析。球磨机筒体固有动态特性对结构声的辐射影响显著，共振频率点声辐射效率高。球磨机筒体声辐射效率较高的频率点主要集中在低频段。
二、噪声治理
1.经过以上分析，考虑到在不影响机组正常运行、机组维修和美观的前提条件下，基于对该球磨机筒体的声辐射特性分析结果，拟采用空间吸声体、墙面吸声方式对球磨机机房进行吸声处理。为了缩短和调整室内混响时间，选择在机房的墙面和顶棚上安装水平悬挂空间吸声体；采用了两项专利技术宽频带组合式吸声板和玻璃钢复合降噪板。由穿孔护面板、吸声材料及空腔构成的复合吸声结构具有较宽的吸声频带，它一方面利用吸声材料吸收声波的能量，另一方面利用空气层提高吸声材料的吸声系数，另外还利用穿孔板的共振结构吸收声能。吸声材料主要吸收中高频噪声，空气层和穿孔板吸声结构主要提高对低频噪声的吸声性能。墙面吸声处理的材料大多数是吸声板，吸声材料的性能与本身的数量、大小、构造形式等均有一定关系，而且材料的厚度达到一定值时，才能起吸声作用；又因开孔型吸声材料一般是中高频的吸声系数比较大，而低频段的吸声系数比较小；为提高机房内整体的降噪效果，墙壁吸声板穿孔率取9%，从而增加墙壁对噪声低频成分的吸声系数。
2.球磨机筒体组合式隔声瓦。由于球磨机现场煤尘较多。若在其外侧安装封闭式隔声罩可能造成罩内粉尘浓度过高，引发粉尘爆炸事故。为此本方案不对其进行完全封闭处理，在球磨机筒体上设置可拆组合式隔声瓦随球磨机筒体一同旋转，以减少噪声向周围辐射。隔声瓦与隔声瓦之间进行隔振处理，防止振动传递造成的降噪效果下降。露于筒体外侧的用于固定筒体内衬板的大螺栓的螺栓帽，为便于更换和检修衬板及螺栓，螺栓帽的部分不直接安装隔声瓦，在相应螺栓孔位上每相邻4个螺栓为一单元，在该空间部位盖上钢板，采用铰链和永久性磁铁使盖板与单元块钢板相吻合，空心处填充吸声材料。在大螺栓中用螺母将一弹簧压紧，一旦大螺栓断裂脱落，弹簧就会将盖板冲开，及时发现断裂螺栓。筒体端部采取在衬板与端部钢板之间加垫减振隔声层，防止筒体噪声从端部向外传播。
3.电机和变速箱声屏障。球磨机驱动电机和变速器运行时产生的噪声污染对周围环境的影响也较大。为确保电机设备正常散热，对设备进行半封闭降噪处理，安装吸隔组合式声屏障，对电机和变速箱进行局部隔声处理。（1）根据车间现场噪声情况分析和声学计算，从而确定声屏障有效高度为3.6m。（2）声屏障屏体结构选取吸隔组合式结构，吸声屏体选用宽频带组合式吸声板隔声屏体采用阻尼隔声板。（3）根据现场需要，在声屏障局部设置隔声观察窗。避免工作人员直接接触噪声源，同时可以保障工作人员在声屏障外可以进行设备的日常维修。（4）当机房内的噪声源发出声波遇到声屏障表面时，分三部分进行传播：一部分在声屏障壁面上产生反射，一部分穿透声屏障到达受声点，另一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点。为了有效消除绕射和透射噪声，降低机房噪声混响，在机房内机组顶部安装宽频带组合式吸声材料。（5）综合考虑各种因素，并针对球磨机机房设备日后的维修，声屏障采用可拆卸式结构，声屏障上设置隔声门。
4.空间吸声体。通过现场测试发现，现场噪声以中低频噪声能量为主，而低频噪声的绕射能力较强，单纯依靠设置声屏障很难达到最佳的降噪效果，为此本方案在声屏障上方设置宽频带空间吸声体，从而最大限度地降低绕射噪声对周围环境的影响。空间吸声体是一种分散悬挂于建筑空间上部、用以降低室内噪声或改善室内音质的吸声构件。空间吸声体具有用料少、重量轻、投资省、吸声效率高、布置灵活、施工方便的特点。常见的空间吸声体由骨架、护面层和吸声填料构成。材料的选择应视空间吸声体的大小、刚度和装修要求而定。（1）根据降噪要求和对设备噪声频谱图的分析，空间吸声体采用宽频带组合式吸声板，为有效降低低频绕射噪声对周围环境的影响，增加吸声板的低频吸声系数。（2）合理布置空间吸声体位置，在保证足够吸声量的同时，尽量加大吸声体间距，确保总体降噪效果的同时，不影响机组散热效果。
本文研究球磨机在正常工作条件下筒体内的应力应变分布，并根据载荷计算结果计算筒体的声辐射模态，从而确定球磨机筒体应力状态与噪声特性之间的关系，同时采取适当的噪声治理措施，通过实际的球磨机降噪处理过程，证明了该方法对于降低球磨机辐射噪声有着非常重要的意义。
参考文献：
[1]陈荐。钢球磨煤机噪声控制技术[M]。北京：中国电力出版社，2016。
[2]陈钢，赵国忠。声场-结构耦合系统灵敏度分析及优化设计研究[J]。振动与冲击，2017，26（4），86-89。
[3]毛崎波，徐柏龄。对声辐射模态法的改进[J]。振动工程学报，2016，15（3），262-266