LWB400型臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)整機(jī)動平衡試驗研究
技術(shù)支持
1 概述
旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子經(jīng)動平衡校驗后，裝配調(diào)試時整機(jī)振動及噪聲超標(biāo)現(xiàn)象常有發(fā)生，其主要原因是裝配產(chǎn)生的誤差，各部分組合后形成的累積誤差以及平衡效應(yīng)所產(chǎn)生的不平衡響應(yīng)。為避免此種情況的產(chǎn)生，國內(nèi)外許多制造廠家除對轉(zhuǎn)子本身進(jìn)行動平衡校驗外，還針對各自產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和振動特性，采用實(shí)際工況下的整機(jī)平衡方法進(jìn)行動平衡校驗，甚至有的直接在零部件組裝后，進(jìn)行額定工況下的整機(jī)全速動平衡校驗，大大縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，同時也保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
整機(jī)全速動平衡校驗運(yùn)用于LWB400型臥螺離心機(jī)時，慎重擬定了平衡校驗方案，考慮到臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，平衡校驗的試驗步驟是：先采用整機(jī)平衡方法進(jìn)行試驗，力求獲得必要的基本試驗數(shù)據(jù)，在掌握大量 手?jǐn)?shù)據(jù)后，進(jìn)行認(rèn)真分析，然后再對動平衡校驗方案進(jìn)行調(diào)整，希望獲得較滿意的試驗結(jié)果。
LWB400型臥螺離心機(jī)有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：
轉(zhuǎn)鼓外徑為φ480mm、長度為1500mm、轉(zhuǎn)速為3500r/min。
螺旋推料器直徑為φ400mm、長度為1200mm、螺旋推料器轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速。
轉(zhuǎn)鼓和螺旋推料器均繞同一軸心線，以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
分析雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在轉(zhuǎn)差較小的情況下拍振的形成原理，并通過試驗，采取拍振中單一轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)，將一般整機(jī)平衡方法運(yùn)用于該機(jī)，取得了較滿意的結(jié)果。此種方法校驗的臥螺離心機(jī)目前已投入用戶生產(chǎn)線，并經(jīng)受了耐久試驗考核，順利通過了產(chǎn)品 鑒定。
2 LWB400型臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)簡述
臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)鼓、差速器、帶輪和螺旋推料器組成。差速器外殼和帶輪被固定在轉(zhuǎn)鼓上，組成一個轉(zhuǎn)子：螺旋推料器在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔通過花鍵軸和另一個帶輪及差速器內(nèi)部組件形成另一個轉(zhuǎn)子。兩個轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)差繞同一軸心線同向旋轉(zhuǎn)，差轉(zhuǎn)速為16～26r/min。這樣即構(gòu)成了一個由帶輪、差速器外殼、轉(zhuǎn)鼓組成的A轉(zhuǎn)子以及由螺旋推料器等組成的B轉(zhuǎn)子的雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
3 雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的振動分析及采取的對策
從雙轉(zhuǎn)子的振動特性看，是以A轉(zhuǎn)子與B轉(zhuǎn)子的振動響應(yīng)合成的形式出現(xiàn)，即相似于簡諧振動過程，但兩者的振幅與初相位隨時間在改變，其振幅曲線從大到小又從小到大，有規(guī)律的變化。這種規(guī)則的振動變化一般稱之為“拍”，通常也有稱之為“周期”的。在實(shí)際試驗過程中也證明了這一點(diǎn)，臥螺離心機(jī)運(yùn)行過程中可以觀察到這種周期性振動現(xiàn)象，這種雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)振動合成后的幅值，即不平衡所產(chǎn)生的振動響應(yīng)，對左、右主軸承的壽命有很大影響。
從雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的振動分析和實(shí)際試驗中所觀察到的現(xiàn)象，要改善主軸承的受力狀態(tài)并延長其使用壽命，必須想辦法使雙轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)的幅值控制在盡可能小的范圍內(nèi)。因此，對臥螺離心機(jī)這樣具有雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的振動處理，應(yīng)提出較高的動平衡精度要求，這樣做對機(jī)器整機(jī)質(zhì)量的提高和保持其可靠性是大有好處的。
目前我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：臥螺離心機(jī)零部件（指旋轉(zhuǎn)部件）動平衡精度等級為G6.3級，整機(jī)的振動烈度指標(biāo)空載為7.1mm/s，負(fù)載為11.2mm/s，現(xiàn)將整機(jī)動平衡校驗試驗的目標(biāo)值定為比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值優(yōu)一個等級即振動烈度指標(biāo)控制在4.5mm/s內(nèi)，并按此設(shè)想進(jìn)行試驗準(zhǔn)備，制定詳細(xì)試驗方案和實(shí)施步驟。
目前國外發(fā)達(dá) 利用 的頻譜分析儀，可調(diào)頻濾波器、積分振動儀等測試儀器，采用相關(guān)濾波原理提取并分離拍振中單一轉(zhuǎn)子的振動響應(yīng)，取得動平衡校驗中的主要關(guān)鍵參數(shù)即平衡轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)幅值和相位，對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)平衡校驗。因受條件限制，決定采用轉(zhuǎn)鼓和螺旋推料器分開試驗，用較簡單實(shí)用的一般試驗儀器提取拍振中單一振子的振動響應(yīng)來進(jìn)行試驗工作。
4 試驗步驟、試驗儀器及平衡試驗實(shí)例
試驗工作在臥螺機(jī)試車臺位上進(jìn)行，試驗儀器采用了動平衡測量箱、位移振幅測量儀、閃光測相儀、光電頭、數(shù)字測振儀等。振動傳感器布置在左、右軸承座、差速器處，并以此部位測得的振動信息作為平衡的主要依據(jù)；光電頭置放于轉(zhuǎn)鼓大端外徑相近處，并與相位測量裝置和測振儀相聯(lián)接。
整個現(xiàn)場平衡過程可分為如下三個步驟：
（1）首先測出轉(zhuǎn)子在原始失衡狀態(tài)下左、右軸承座處各自的振幅和相位角。
（2）然后在轉(zhuǎn)子左端側(cè)面上加一試驗配重，重新測出左、右軸承座處各自振幅和相位角。
（3）再取下左側(cè)面上所加的試驗配重，在轉(zhuǎn)子右側(cè)面加一試驗配重，再測出左、右軸承座處各自振幅和相位角。
試驗配重根據(jù)現(xiàn)場測試所得數(shù)據(jù)分析處理后確定。
這樣，有了振幅、相位角、試驗配重等數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析整理和適當(dāng)計算，即可確定左、右側(cè)面上配重的平衡量大小和相位。
試驗時機(jī)器工作轉(zhuǎn)速定為3000r/min，差轉(zhuǎn)速為16r/min，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：
項目 | g/° | 左軸承處（μm/°） | 右軸承處（μm/°） |
原始 | 未加重（試重）狀態(tài) | 156/148 | 172/62 |
試重1 | 80/20 | 30/90 | 117/70 |
試重2 | 100/140 | 140/114 | 30/120 |
加重1 | 140/60 | 8/130 | 15/69 |
加重2 | 165/70 |
試驗結(jié)果證明，采用以上做法是可行的，但存在的不足之處是：由于臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)子從理論上講屬于剛性轉(zhuǎn)子范疇，其左、右軸承座的結(jié)構(gòu)布置使振動傳感器得到的反應(yīng)信號較弱，加大了信號處理的難度，這就需要操作和試驗人員有相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗進(jìn)行正確判讀，作出準(zhǔn)確處理。
為了證明這種方法的可靠性和實(shí)用性，在整機(jī)平衡工作結(jié)束后，對機(jī)器在額定工況下的整機(jī)振動烈度進(jìn)行了測定，結(jié)果試驗機(jī)振動烈度為左軸承座處水平方向4.1mm/s，垂直4.4mm/s；右軸承座水平方向4.5mm/s，垂直5.1mm/s（空載狀態(tài)）。達(dá)到或優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，機(jī)器振動比試驗時的初始狀態(tài)大為減小，整機(jī)動平衡校驗及其試驗結(jié)果，令人滿意。
5 試驗結(jié)果討論
通過LWB400型臥螺離心機(jī)整機(jī)動平衡試驗的實(shí)踐過程，初步得到了如下結(jié)論：
（1）整機(jī)現(xiàn)場平衡對具有雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的臥螺離心機(jī)不失為一種好的方法，但要將機(jī)器動平衡校驗到較好水平，則必須具備必要的測試手段、制作專門的工裝以及具有一定專業(yè)經(jīng)驗的工程技術(shù)人員。
（2）在進(jìn)行整機(jī)動平衡試驗過程中，與臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)子相聯(lián)接的差速器質(zhì)量對整機(jī)振動的影響很大，試驗中發(fā)現(xiàn)機(jī)器運(yùn)行過程中振動指標(biāo)值波動經(jīng)查明系差速器所引起，就此采取了針對性措施，消除了波動，收到了效果。
（3）螺旋推料器、轉(zhuǎn)鼓、差速器三者聯(lián)接的同軸度以及各自內(nèi)部組件的形位公差控制對振動的影響也是不可忽視的，因為整機(jī)平衡的前提之一，就是零部件的制造質(zhì)量和關(guān)鍵的形位公差要求必須在制造加工時就要嚴(yán)格控制，否則將對整機(jī)平衡帶來不利，特別是試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性難以保證，從而大大影響整機(jī)平衡效果。
（4）不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行平衡校驗，平衡效果基本一致。
