一種靜平衡裝置的現(xiàn)場(chǎng)制作與應(yīng)用*

左章華

(廣東省南?；た倧S有限公司，廣東佛山 528200)

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)具有一定轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)體設(shè)備，由于設(shè)備制造安裝質(zhì)量缺陷、沖蝕腐蝕磨損 、應(yīng)力變形等原因使設(shè)備旋轉(zhuǎn)體重心偏移，造成設(shè)備振動(dòng)、噪聲、工作精度和可靠性下降、零件磨損加劇、軸承損壞等故障，影響設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以至損壞周圍建筑物危及操作者的人身安全。因此在設(shè)備管理這一環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量存在不平衡可能性時(shí)，都應(yīng)在檢修時(shí)考慮對(duì)旋轉(zhuǎn)體找平衡。消除這一設(shè)備缺陷帶來的危害及潛在隱患。

眾所周知，旋轉(zhuǎn)體校正平衡的方法無非兩種——?jiǎng)悠胶夂挽o平衡，動(dòng)平衡精度高，適用于絕大多數(shù)類型不平衡的校正，要求有專門的試驗(yàn)設(shè)備;靜平衡精度相對(duì)較低，但設(shè)備簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)操作方便。找平衡時(shí)究竟需要進(jìn)行靜平衡還是動(dòng)平衡是一個(gè)關(guān)鍵問題。這要根據(jù)具體情況而決定，如充分考慮旋轉(zhuǎn)體重量、結(jié)構(gòu)形狀、轉(zhuǎn)速、支座條件及用處等相關(guān)因素，要對(duì)轉(zhuǎn)子平衡型式心中有數(shù)［1］。另?yè)?jù)相關(guān)文獻(xiàn)［2］介紹，什么情況下做靜平衡校正，目前我國(guó)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，綜合參照GB9239.1－2006、API 610－2004、ISO 1940－1－2003等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)一般小企業(yè)或是一些中型企業(yè)而言，一些檢修工作不是很規(guī)范，檢修人員經(jīng)驗(yàn)也參差不齊，在這些企業(yè)中關(guān)于常規(guī)維修工作，有必要加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備平衡校正觀念的建立以及平衡校正方法的實(shí)踐，尤其是加強(qiáng)起碼的靜平衡校正，這很有必要也容易實(shí)現(xiàn)。筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，提出了一個(gè)簡(jiǎn)易的靜平衡臺(tái)的制作及操作方法，以對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備部件的質(zhì)心偏移進(jìn)行靜平衡檢查快速校正、檢修處理。

1 靜平衡調(diào)整架設(shè)計(jì)及制作

1.1 靜平衡調(diào)整架設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)制作靜平衡裝置要選用最容易尋找的材料制造靜平衡調(diào)整架。就曾經(jīng)制作過的靜平衡裝置來講，初步設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 靜平衡調(diào)整架1.工字梁 2.圓形導(dǎo)軌 3.調(diào)整螺栓 4.限位座

工字梁用14#工字鋼制造，調(diào)整螺栓為M12細(xì)牙螺栓，圓形導(dǎo)軌為活塞桿或其他光軸。靜平衡調(diào)整架成對(duì)使用。

工字梁及圓形導(dǎo)軌長(zhǎng)度保證所測(cè)輪盤類中心軸在上面可以滾動(dòng)2～3圈，初步定長(zhǎng)L=900 mm;圓形導(dǎo)軌材料為淬火光軸，表面粗糙度小于0.8 μm，初步選用了直徑30 mm光軸;工字梁選用了14號(hào)工字鋼。

核算參數(shù)選擇的是平衡調(diào)整架最大可能的撓度值Ymax。

準(zhǔn)備做靜平衡的旋轉(zhuǎn)體放在平衡架上后，平衡架將因受力產(chǎn)生撓曲，特別是旋轉(zhuǎn)體較重時(shí)，這個(gè)撓曲值要求不能超差，產(chǎn)生阻力力矩，對(duì)靜平衡結(jié)果產(chǎn)生影響。最好撓曲值不超過0.02 mm/1 000 mm，也就是光軸允許的直線度。靜平衡調(diào)整架的最大撓度核算公式，選用的是等截面鋼梁集中荷載的計(jì)算公式:

式中:Ymax為最大撓度值;P為靜平衡調(diào)整架單邊受力;L為靜平衡調(diào)整架兩端調(diào)整螺栓之間的跨度;E為彈性模量;IX為工字鋼慣性矩。

根據(jù)初步設(shè)計(jì)所考慮的靜平衡調(diào)整架各相關(guān)參數(shù)的取值:P為按我們?cè)?jīng)做過的最大轉(zhuǎn)子80 kg質(zhì)量的一半40 kg取值，即靜平衡調(diào)整架單邊受力40 kg;L為按跨度900 mm取值，即調(diào)整螺栓之間的距離;E為按普通結(jié)構(gòu)鋼彈性模量，取200 GPa;IX的按初步選用的14#工字鋼對(duì)應(yīng)參數(shù)取值，為712 cm4;按集中荷載的最大撓度核算公式，計(jì)算撓度值得到Y(jié)max= 0.004 3 mm，這一數(shù)值完全滿足實(shí)際需要。而且在上述核算中并沒有考慮氣缸桿對(duì)集中載荷應(yīng)力的分散作用。

1.2 靜平衡調(diào)整架制作

如圖1，在截取的工字鋼的底面兩端，各鉆兩個(gè)孔，孔徑配M12細(xì)牙螺紋攻絲，加工出調(diào)整用螺絲孔;調(diào)整螺絲的頭部要加工成圓球狀，以利于形成良好的支點(diǎn)。

將已經(jīng)截取的光軸及工字鋼上面除油除銹處理，光軸放在工字鋼上，穩(wěn)定住光軸，使光軸處于工字鋼中間部位，用A/B雙組份膠將光軸粘牢固定，也可以用一些楔形鐵片輕輕固定光軸，這樣在楔形鐵和膠粘劑的作用下，保持了光軸的位置固定。制作U型限位座，將限位座用螺栓固定在光軸兩端。其他制造相關(guān)要求可參考相關(guān)文獻(xiàn)［3］。

2 實(shí)際操作

靜平衡的操作要把兩端調(diào)整螺栓放置在底板上進(jìn)行，一般選擇25 mm厚鋼板，將厚鋼板放置在水泥地面上。擺正靜平衡調(diào)整架位置，選好旋轉(zhuǎn)體在導(dǎo)軌上滾動(dòng)的支撐點(diǎn)，一般為兩端軸頸部位，調(diào)整好轉(zhuǎn)子的支撐間距。調(diào)整每個(gè)靜平衡調(diào)整架四棵調(diào)整螺栓，使每個(gè)靜平衡調(diào)整架沿導(dǎo)軌軸線方向水平度偏差≤0.02 mm/1 000 mm;兩軌道之間，架設(shè)平尺，水平度偏差≤0.2 0 mm/1 000 mm，此時(shí)兩導(dǎo)軌道間距、高度都適合靜平衡實(shí)際操作要求。

標(biāo)定支架位置，防止碰撞串位，然后進(jìn)行常規(guī)的靜平衡校正，具體校正方法，這里不再贅述［4－6］。

3 使用情況

公司生產(chǎn)所用的原材料硝銨由于吸潮結(jié)塊需要凸輪粉碎機(jī)破碎處理，凸輪粉碎機(jī)見圖2旋轉(zhuǎn)體經(jīng)常磨損嚴(yán)重，造成轉(zhuǎn)子不平衡，產(chǎn)生振動(dòng)。還有一種爪型凸輪粉碎機(jī)用于破碎膨化硝銨半成品見圖3，也存在齒爪磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)造成過軸承損壞，粉碎機(jī)支架開焊。由于上述粉碎機(jī)破碎的是有一定危險(xiǎn)的硝銨材料，安全隱患必須給予處理，為快速完成檢修任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)按該方法制造了簡(jiǎn)易靜平衡裝置，快速對(duì)粉碎機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查調(diào)整處理。此后，也多次用上述裝置靜平衡處理過這兩種凸輪粉碎機(jī)，它們是比較典型的兩類旋轉(zhuǎn)體，凸輪粉碎機(jī)是一種最大外徑D與長(zhǎng)度L之比D/L≥5的轉(zhuǎn)子，只做靜平衡。原材料硝銨粉碎機(jī)，凸輪長(zhǎng)600 mm直徑為350 mm，D/ L＜5的轉(zhuǎn)子，按標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)做動(dòng)平衡校正，只做了靜平衡后，效果也很理想。

圖2 凸輪粉碎機(jī)

圖3 爪式凸輪粉碎機(jī)

4 實(shí)際操作過程中注意事項(xiàng)

總結(jié)曾經(jīng)做過的所有相關(guān)靜平衡工作，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)不平衡量的調(diào)整的數(shù)值及調(diào)整位置(指增減調(diào)整量的位置)確定后，焊接調(diào)整前，應(yīng)該復(fù)測(cè)軌道的水平狀況是否與不平衡測(cè)量之前是一致的，情況變化不大，方可進(jìn)行不平衡重量的焊接、去除等調(diào)整操作。

(2)做好基礎(chǔ)找平工作，墊平調(diào)整好底板與地面的接觸情況，底板與混凝土地面接觸點(diǎn)應(yīng)均勻分布為合格。

(3)在圓形導(dǎo)軌選擇上，應(yīng)該保證所選直徑配合水平儀測(cè)量面的V型槽口的寬度，V型槽口能夠完整卡在圓形導(dǎo)軌上，形成兩條均勻的接觸直線，以達(dá)到良好準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)值。

(4)加減磁鐵或橡皮泥，檢測(cè)調(diào)整不平衡量時(shí)。要重復(fù)多次試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)做好記錄表格的設(shè)計(jì)及記錄，避免混亂，以至調(diào)整錯(cuò)誤，影響快速檢修工作的要求。

(5)靜平衡校正前應(yīng)對(duì)軸的變形事先檢查，如果軸發(fā)生彎曲，予以校正，避免額外工作量的增加。

(6)考慮鍵槽、鍵等對(duì)靜平衡的測(cè)試影響，不要忽略該部件重量;在修理過程中，確定偏心質(zhì)量的大小及方位后，如果結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性沒有影響，應(yīng)先考慮用磨削、挖補(bǔ)的方法控制調(diào)整量更容易控制一些。

(7)對(duì)于長(zhǎng)徑比超差的旋轉(zhuǎn)體，為消除偶不平衡影響，穩(wěn)妥起見，補(bǔ)焊調(diào)整不平衡量時(shí)要靠經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的測(cè)量確定調(diào)整量的位置，盡量?jī)啥朔稚⒓訙p調(diào)整量。

(8)光軸安裝前最好在平臺(tái)上作直線度檢查。

(9)注意靜平衡前要先檢查旋轉(zhuǎn)體軸頸的粗糙度和軸的橢圓度 ，使用假軸做靜平衡時(shí)工件孔與主軸配合應(yīng)嚴(yán)密0.01～0.02 mm的間隙配合為宜，工件鍵槽必須用同比重的材料堵實(shí)。

(10)導(dǎo)軌所用光軸要淬火處理，具有相當(dāng)?shù)挠捕炔藕?，在急用的現(xiàn)場(chǎng)情況下，不一定能迅速找到相應(yīng)的材料，但要盡量尋找硬度接近HRC62～65的導(dǎo)軌材料，如鉻錳鋼。滾動(dòng)時(shí)如果考慮避免傷害軸頸，可以加裝與導(dǎo)軌硬度相同材料的軸套。

(11)旋轉(zhuǎn)體半徑較大時(shí)要考慮增加要制作輔助支座，支撐起靜平衡調(diào)整架。

(12)需要進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)量的重要設(shè)備部件建議先做靜平衡測(cè)量，預(yù)判不平衡量的大小。

(13)僅僅做過靜平衡的設(shè)備，如果不能確定設(shè)備是否能夠正常、安全試運(yùn)行的，要對(duì)試運(yùn)行有相對(duì)的客觀評(píng)測(cè)，試機(jī)運(yùn)行時(shí)要有一定的應(yīng)對(duì)預(yù)案。

5 結(jié)語(yǔ)

通過多次實(shí)際靜平衡校正工作，所處理旋轉(zhuǎn)體運(yùn)行效果均有明顯改善，幾次實(shí)際觀測(cè)，測(cè)得軸承座各方向振動(dòng)值均在0.05 mm以內(nèi)，破碎機(jī)軸承使用壽命明顯延長(zhǎng)。對(duì)理論上需要做動(dòng)不平衡的旋轉(zhuǎn)體，只是做了靜平衡，效果也達(dá)到了合格的水平。作為現(xiàn)場(chǎng)使用，靜平衡裝置設(shè)計(jì)制作快速、靈活、有效，規(guī)格完全可以按自己的實(shí)際需要設(shè)計(jì)，靜平衡效果達(dá)到專門制造的靜平衡裝置。從改善的角度來看，在時(shí)間寬裕的時(shí)候，可以對(duì)簡(jiǎn)易的靜平衡裝置進(jìn)一步加工處理，如選擇合適導(dǎo)軌材料，導(dǎo)軌下加裝V型墊塊等，使圓形導(dǎo)軌更穩(wěn)定。

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