振動時效技術(shù)在冶金機(jī)械上的運用分析

陳建杰，謝文敏

（1.云南云銅鋅業(yè)股份有限公司；2.云南銅業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650032）

在有色金屬冶煉機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)過程中，必然涉及大量的焊接和拼接過程，在機(jī)械設(shè)備投入運行后，這些區(qū)域中存在的應(yīng)力將從根本上降低設(shè)備的運行穩(wěn)定性，當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出了多種應(yīng)力消除技術(shù)，最常見的為熱處理法，但是這種方法需要消耗大量時間，并且在處理過程中還要消耗大量能源，這導(dǎo)致振動時效技術(shù)在當(dāng)前廣受青睞。

1 振動時效技術(shù)的原理

振動時效技術(shù)的原理為，在被處理區(qū)域設(shè)置一個振動源，該振動源會向相關(guān)構(gòu)件提供一個動應(yīng)力，這種動應(yīng)力會與相關(guān)構(gòu)件中的原有應(yīng)力疊加，最終使被處理區(qū)域產(chǎn)生微變形，從而對相關(guān)區(qū)域中的應(yīng)力進(jìn)行有效分散。在該項技術(shù)的具體應(yīng)用中，當(dāng)前應(yīng)用面更廣泛的為自動振動時效技術(shù)，在振動時效技術(shù)的應(yīng)用中，振動源的振動頻率會對最終的處理結(jié)果造成很大影響，所以需要對振動源的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。自動振動時效技術(shù)除了會在相關(guān)區(qū)域中設(shè)置振動源，也會在其余區(qū)域設(shè)置傳感器，探究被處理設(shè)備的自然頻率，計算機(jī)系統(tǒng)通過對自然頻率信息的收集，對振動源的運行參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定，使振動供給設(shè)備與被處理設(shè)備之間產(chǎn)生亞共振，實現(xiàn)對設(shè)備中應(yīng)力的有效消除和分散。

2 振動時效技術(shù)在冶金機(jī)械上的應(yīng)用方式

2．1 設(shè)備放置

在設(shè)備放置過程中，主要包括兩類設(shè)備的放置，一種為被處理的設(shè)備，另一種振動時效技術(shù)的相關(guān)設(shè)備，其中被處理設(shè)備稱為構(gòu)件，振動時效技術(shù)設(shè)備包括激振器和相關(guān)控制設(shè)備，對于各類設(shè)備來說，需要按照以下方式進(jìn)行放置：（1）構(gòu)件放置。為了能夠保證構(gòu)件被有效處理，構(gòu)件需要被放置在平坦的地勢中，同時為了保證構(gòu)件能夠全面吸收振動能量，構(gòu)件不可直接與地面進(jìn)行接觸，而是要將其放置在橡膠圈等具備彈性性能的支座上。（2）激振器放置。激振器通常為偏心電機(jī)，偏心電機(jī)需要被放置在被處理區(qū)域附近，為構(gòu)件的相關(guān)區(qū)域提供動應(yīng)力。（3）振動建設(shè)設(shè)備。為了消除激振器對這些設(shè)備的負(fù)面影響，通常這類設(shè)備需要在一定程度上遠(yuǎn)離激振器，實現(xiàn)對震動頻率的有效檢測，并在此基礎(chǔ)上對激振器的運行參數(shù)進(jìn)行控制。例如在鋅冶煉渣處理設(shè)備的應(yīng)力消除過程中，整個設(shè)備中存在焊接板，并且這些焊接板的結(jié)構(gòu)呈直角配置，對于三塊板連接的區(qū)域，根據(jù)從業(yè)經(jīng)驗可以確定設(shè)備中存在的應(yīng)力最大，所以在應(yīng)力消除中，首先向該設(shè)備放置在具備3個橡膠底座的設(shè)備上，其次在設(shè)備的一角上安裝激振器，最后為在構(gòu)件同一塊板的另一角設(shè)置振動監(jiān)測器，經(jīng)過合理接線后，控制系統(tǒng)能夠?qū)?shù)進(jìn)行合理確定和控制。需要注意的是，在該過程中設(shè)計激振器自身參數(shù)選擇問題，激振器選擇過程中要對構(gòu)件進(jìn)行了解，保證激振器能夠向構(gòu)件施加足夠大小的動應(yīng)力。

2．2 處理前應(yīng)力檢測

在構(gòu)件的處理過程中，在正式處理之前需要對冶金設(shè)備中的應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力檢測，并將檢測結(jié)果與設(shè)備的生產(chǎn)要求參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的應(yīng)力高于相關(guān)要求時，則可以確定需要對設(shè)備的相關(guān)區(qū)域進(jìn)行處理。在當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)中，已經(jīng)開發(fā)出了多種應(yīng)力檢測設(shè)備，本文選用的設(shè)備為磁測應(yīng)力儀，對設(shè)備中的各個焊接區(qū)域進(jìn)行測試。例如對于上文中提及的鋅冶煉渣處理設(shè)備來說，在應(yīng)力檢測過程中主要檢測區(qū)域為設(shè)備中的各類板件銜接區(qū)域，尤其是對于設(shè)備中的各個邊角來說，根據(jù)經(jīng)驗這些區(qū)域中的應(yīng)力更大，通常會超出設(shè)備的安全應(yīng)力范圍，所以需要對這些區(qū)域進(jìn)行重點檢測。通過檢測發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域中最大應(yīng)力為67MPa，最小為54MPa，已經(jīng)接近安全標(biāo)準(zhǔn)，可以推測的是，在設(shè)備的實際應(yīng)用中這些應(yīng)力會對系統(tǒng)的運行狀態(tài)造成負(fù)面影響，所以需要對這些區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力消除。

2．3 參數(shù)確定

在自動化振動時效技術(shù)的應(yīng)用中，會對相關(guān)區(qū)域的固有頻率進(jìn)行掃描，或者也可通過對檢測設(shè)備的應(yīng)用推測出相關(guān)區(qū)域的固有頻率，本文在具體的研究過程中，應(yīng)用第二種方式對設(shè)備的固有頻率進(jìn)行檢測。通過對震動曲線的研究和分析，發(fā)現(xiàn)激振器轉(zhuǎn)速為2609r/min時，在震動曲線上出現(xiàn)諧振峰值，具體數(shù)值為85m/s2，所以可以確定激振器的參數(shù)需要在一定程度上低于該轉(zhuǎn)速。通過對該項技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的研究與分析，最終確定的激振器轉(zhuǎn)速為2590r/min，在這種轉(zhuǎn)速下，整個系統(tǒng)處于亞共振狀態(tài)，在后續(xù)的參數(shù)確定中，只需確定處理時間即可，通常情況下，應(yīng)用該項技術(shù)后半小時左右即可實現(xiàn)對應(yīng)力的有效消除和分散，本文最終確定的時間為35min。

2．4 處理后應(yīng)力檢測

在完成對冶金設(shè)備的處理后，設(shè)備中的應(yīng)力集中區(qū)域已經(jīng)發(fā)生了微小變形，但是這種變形很難通過肉眼或者檢測設(shè)備進(jìn)行識別，并且即使確定了變形量，還需要對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，導(dǎo)致整個應(yīng)力檢測過程較為繁瑣。本文采用的方法為，應(yīng)用相關(guān)設(shè)備對構(gòu)件中的應(yīng)力進(jìn)行檢測。在本文的研究的過程中，對經(jīng)過振動時效技術(shù)處理的各個區(qū)域應(yīng)力進(jìn)行測試，最終發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域中最大的應(yīng)力為30MPa，最小為20MPa，其余區(qū)域的應(yīng)力未發(fā)生明顯變化，始終保持在安全范圍內(nèi)。從整體上來看，振動時效技術(shù)在構(gòu)件處理中取得了很好的應(yīng)用效果，能夠達(dá)到消除和分散應(yīng)力的目的。

2．5 工藝管理

在振動時效技術(shù)的應(yīng)用中，只有通過嚴(yán)格的工藝管理制度才能夠保證對構(gòu)件的處理質(zhì)量，對于技術(shù)提供單位來說，需要能夠全面落實相關(guān)工作，其中最基礎(chǔ)的工作為在構(gòu)件處理過程中要生成振動曲線，讓設(shè)備制造廠商進(jìn)行驗收，當(dāng)發(fā)現(xiàn)最終結(jié)果不能滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)時，需要對處理構(gòu)件和設(shè)備進(jìn)行再次處理。另外工藝管理過程中還包括激振器參數(shù)確定、設(shè)備日常維護(hù)和管理等多方面內(nèi)容，需要全面按照相關(guān)要求落實該項工作，保證各類設(shè)備都能夠穩(wěn)定運行，在構(gòu)件處理過程中發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)語

綜上所述，振動時效技術(shù)在應(yīng)用過程中，應(yīng)用前需要對各類設(shè)備以及構(gòu)建進(jìn)行放置和安裝，為后續(xù)的處理過程奠定基礎(chǔ)。在具體的處理過程中，需要確定構(gòu)件的固有頻率，應(yīng)用控制設(shè)備對激振器的參數(shù)進(jìn)行確定，使整個系統(tǒng)處于亞共振狀態(tài)。最后需要落實工藝管理工作，保證設(shè)備的運行穩(wěn)定性。