抑制高速圆锯片哨叫声的研究

胡耀武

摘要：哨叫声即为一种类似哨子吹动时产生的细长、尖锐噪声，令人产生不适感。在高速圆锯片运转过程中，哨叫声是一种较为常见的噪声。本文分析了高速圆锯片切割运转过程中的振动机理及哨叫声（噪声）产生机理，提出优化锯切参数、合理运用阻尼处理技术、科学调整圆锯片尺寸及结构等抑制哨叫声的方式，供参考。

关键词：高速圆锯片;哨叫声;阻尼处理技术;锯切参数

分类号：TU63

引言：圆锯片是一种规格在200及以上的通用锯片材料，主要用途为：切割低碳度碳钢、有色金属棒及工业管材。近年来，随着技术的提升，圆锯片的强度更高，运转时的转速更快。在圆锯片工作时，操作人员需根据振动及噪声情况、加工面的走料情况判断圆锯片的运转擒故康，必要时停机调整，并尽量降低哨叫声。

一、高速圆锯片的振动机理及产生哨叫声的原因分析

1、高速圆锯片的运转及振动机理

圆锯片的厚度极薄、直径较大，在回转切割钢管等材质的过程中容易激发振动。此种现象会在不同程度上影响对材料表面的加工质量，并对圆锯片道具的性能造成伤损。一般而言，随着圆锯片运转速度的提升，产生的哨叫声强度便会越大，会对周圍环境造成较为严重的声音污染，甚至破坏生态平衡。为了抑制高速圆锯片的哨叫声，需对运转及振动机理进行解析。具体而言：

（1）圆锯片是一种薄圆盘型弹性结构，其振动模式为三维耦合振动形式，具体可分为径向、扭转、横向共三种振动形式[1]。

（2）相较而言，圆锯片轴向的刚度较低，锯片普遍沿着主轴方向进行往复运动。在此种运转状态下，横向的振动方式最容易激发。此外，此种振动方式做功最大，产生的能量也最大。

（3）无论圆锯片选用何种振动形式，其振动运转过程均可视为单一振动模态的持续叠加。

2、高速圆锯片的哨叫声（噪声）产生机理

圆锯片在运转振动的过程中，噪声来源主要分为空气动力学噪声和结构噪声共两个部分。其中，前者指代圆锯片在运转过程中，会对周围的空气造成一定的压缩，故产生的噪声可视为空气中的元素分子与圆锯片之间因高速运转摩擦而产生;后者即为圆锯片系统设备运转时，不同构件受到摩擦之后而产生的噪声，比如锯片与中轴之间的摩擦等。

通常情况下，如果圆锯片处于“空载运行状态”，即锯片保持高速转动，但并未切割任何物品时（也可视为在“切割空气”），尽管依然会产生哨叫声等噪声，但强度相对有限。当圆锯片切割钢管、大理石等质地坚硬的材料时，发出的噪声十分尖锐，能够对人的耳膜产生极大的刺痛感。对哨叫声的产生原因进行分析后发现：圆锯片工件振动产生的噪声在所有锯切噪声中的占比非常高，具体而言：当圆锯片处于高速运转的状态下，与被切割物体发生接触时，二者之间周期性的碰撞（圆锯片一圈接着一圈的转动）必然产生摩擦力，此种摩擦力做功而产生的能量全部回传到攻坚中，导致高频噪声。

二、抑制高速圆锯片哨叫声的有效方式

1、优化锯切参数

在有效抑制高速圆锯片哨叫声的技术中，对锯切参数进行优化是最常见、技术成熟度最高的方式。该技术的主要实现原理为：在控制圆锯片锯切效率及质量不变的情况下，调整圆锯片的运转速度至最合适的状态。如上文所述，圆锯片运转过程中会与被切割物体之间产生摩擦。按照常理，圆锯片的运转速度越快，单位时间内产生的摩擦力便会越大。但实际情况是，并非圆锯片的运转速度越快，切割的速度也会随之提升。针对不同材料的工件进行切割时，圆锯片的运转速度需要调整至对应的最佳范围内。如此一来，锯切参数得到优化，圆锯片的运转速度得到精确控制，产生的哨叫声会在一定程度上降低。

2、合理运用阻尼处理技术

阻尼是指摇荡系统或振动系统受到阻滞时，系统本身蕴含的能量会随着时间的累积而逐渐耗散的现象。阻尼的作用在于：①能够减小机械结构的共振增幅，可有效避免结构因自身动应力达到极限状态时对结构自身造成破坏;②能够使机械系统受到突发性（瞬间）的冲击后，在短时间内便可恢复至稳定状态;③可帮助机械系统减少因机械振动而产生的声音辐射，达到降低机械性噪声的目的[2]。对圆锯片基体材料的性能进行测定后可知，圆锯片系统自身内部的固有阻尼值较小，在运转振动的过程中，每个应力-应变循环过程中都不会消耗较大的能量，因此，不能寄希望于圆锯片系统本身完成对哨叫声的抑制。可行性方式为，在圆锯片振动系统结构的表面增加一定的阻尼材料，可通过降低整体震动的方式降低哨叫声。

3、科学调整圆锯片尺寸及结构

常见的圆锯片结构表面阻尼材料均为黏性填充材料，通过此种方式降低哨叫声的效果虽好，但却需要额外支出大量成本，经济性较低。基于此，可运用另一种性价比更高的方案——科学调整圆锯片的尺寸及结构组成。调整的核心原理为，经过优化调配，可将圆锯片的扰动激励值降至最低，进而减小锯片的震动强度，达到抑制哨叫声的目的。

结语：综合而言，高速圆锯片在运转的过程中，基于机械系统自身的特性（振动必然产生摩擦，动应力会作用于系统本身及空气），必定会产生一定的噪声。除非圆锯片系统停止运动，否则噪声不会消失。因此，通过合理的计算，尽量降低哨叫声等噪声是可行性思路，需要技术人员精确探查，找到最优解决方案。

参考文献：

[1]田永军，孙爽，张翔宇，等.金刚石圆锯片振动与噪声机理及其减振降噪技术研究综述[J].机械设计，2020，37（03）：1-13.

[2]魏永.基于绝对节点坐标法的高速旋转圆锯片动态特性分析[D].西安理工大学，2018.

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