现场动平衡技术在水泥生产企业设备维修中的应用

马龙

13910229160

摘  要：分析了设备产生动不平衡的原因。重点介绍了现场动平衡仪在两个企业中的应用实例。

关键词：不平衡、现场动平衡、转子、试重、配重、剩余振动。

    由于转子的材质的不均匀、制造和装配误差，转动部件的相对移动，可能使转子的质心偏离旋转的轴线。这种质量偏心将产生惯性力，从而使机器产生振动，由于不平衡而引起的主要振动频率往往和转子旋转频率（工频）相同。

机械加工设备存在不平衡时，在某种程度上会增加产品不合格率。如无心磨床存在不平衡时，被加工元件的圆度误差较大；同时不平衡的存在对机床本身如轴承也有较大的损害。

    动平衡就是在转子上选定适当的校正平面，在其上增加或减少适当的校正质量，使转子的振动减少到某个允许值以下。一般来说，工作转速低于其一阶临界转速0.5倍的转子，可视为刚性转子，否则为柔性转子处理。

    我们现在以刚性来分析：如图（一）

设任意回转体，以ω的等角速度绕Z轴旋转，取Z轴上任意一点（O），由理论力学原理可知：刚性回转体上无数个质点产生离心的惯性力向O点简化的结果，惯性的离心力系的主矢R0及主矩M0如下：

      R0 = ΣFj = Σmjω2rj = Mω2rc

     │R0│= Mω2│rc│

M0 = Σρ× F        

│M0│=ω2 (Jyz2+Jzx2)1/2

      Mj:第j个质点的质量（Kg）；

      Rj: 第j个质点到Z轴的矢量（m）

图一

      Fj: 第j个质点产生的离心力（N）

      Jyz:回转体对x轴的离心惯性积（Kg.m2）

      Jzx: 回转体对y轴的离心惯性积（Kg.m2）

      M:刚体的总质量；

      Rc: 刚体回转体质心C到Z轴的矢量（m）

      Ρj: 第j个质点到O点的矢量(m).

而R点的模与原点的位置无关，但是M0（主矩）的模却和原点位置选择有关。

由上可知：刚体回转平衡充要条件：惯性力系向任一点简化得到的主矢矩都为零；即：R0 = 0，即质点通过Z轴，M0 = 0；即Z轴必须是刚体回转体的一条惯性主轴，只要这两点满足就可称为中心惯性主轴，要想达到平衡，就必须调整质量的分布，那末如何校正不平衡？常用的校正方法有：减质量；增加质量；调整质量。我们举例以增加质量来进行动平衡校正：

在已知道该校正平面上算出不平衡量的大小和方向后，有意在其相反方向上给定一个大小相等、方向相反的值，这样一来就可以实现动平衡校正。

下面举例简要说明现场动平衡的步骤和方法：

1，单面平衡:我公司有日本产的KC-520无心磨床，德国产的MT85/LS无心磨床。无锡产M1200无心磨床。现在MT85/LS为例子：n=1500r/min；P = 15Kw.从现场的工作人员可知：用该磨床生产的滚子的圆度变化较大，不合格率较高。从现场测试的频谱分析可知（下图）：其一倍频（工频）的能量远远大于其它的频率能量，再从现场来看排除了不对中的可能性。初步可以判断：其不平衡是由于砂轮的磨削引起的。

   于是利用北京天成永业公司现场动平衡仪TC301（单、双通道）来进行动平衡校正，其方法如下：

   1）先在发兰盘上粘贴反光条，把光速传感器、振动传感器安装好，得到的数据如下：

       工频Vrms0=2.52mm/s；相角Ф0=140°

   2）测试后加的试重为m=40g，再测量得到工频Vrms1=1.14mm/s， 相角Ф1=152°；

3）自动动平衡解算得：在Ф2=10°加质量71g。由于其质量块是标准的（40g），利用矢量分解得到：在Ф=37°和Ф=343°各加质量为40g；

   3)再次测量其剩余量为5.35g，相角Ф=142°

测量值如下：基频振动:

幅值（mm/s） 角度（°） 初 始 振 动 2.52 140 加试重后振动 1.14 152 剩 余 振 动 0.19 92

 

 

 

质量(g) 角度（°） 试重 40 0 初始不平衡量 71 10（-190） 校正 质量 质量1 40 37 质量2 40 343 剩余不平衡量 5.35 142

试重及平衡解算：

 

 

 

 

 

 

    2，双面平衡:

图二

    有一台非国标的搅拌器；长8000；直径265；结构图如(二)；在开机器后，其振动特别严重：其总质量为200Kg底座在开机后就发现振动特别厉害，由现场采集的参数来结合实际分析可以得出如下结论：转子存在严重的不平衡！由于转子较长，于是我们采用双面现场动平衡，得到的数据如下：

  主动面    fn /2= 6Hz，   V=0.48mm/s     从动面:    fn /2= 6 Hz，    V=0.46mm/s

           1fn = 13 Hz，   V=7.84mm/s                fn = 13 Hz，    V=7.91mm/s 

           2fn= 26 Hz，   V=1.21mm/s                2fn= 26 Hz，    V=1.08mm/s      

           3fn= 40 Hz，   V=1.08mm/s                3fn= 40 Hz，    V=1.25m/s         

    从振动的频谱分析：工频处的能量远远大于其它频率分量的能量，这样一来可以基本确定是不平衡（或轴弯曲）导致了设备振动超标。

在转子端面A加上m=1000g，转子端面B加上m=850g的试重质量块，解算得到配重质量为：在转子端面A加上m=2950g，角度Ф=241°；转子端面B加上m=2870g，角度Ф=302°。再次测量得到剩余振动的数据为：转子端面A，1fn = 13 Hz， V=1.21mm/s；转子端面B，1fn = 13 Hz， V=1.10mm/s；从现场来看振动已经明显地降下来了。

二次平衡得到第二次配重质量为：在转子A端面Ф=201°处加 m=275g；在转子B端面

Ф=172°m =153g。

总之，通过以上两个实例我们可以看出，利用现场动平衡技术可以在很短的时间内解决设备转子不平衡的问题，并且效果很不错，时间短见效快。现场动平衡技术是一种值得推广的实用技术。

 

参考文献

[1] 振动与冲击手册（第二卷）  国防工业出版社  1988

[2] 动平衡使用说明书  

 

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