高速造紙輥動(dòng)平衡及動(dòng)撓度的控制

譚國輝（安德里茨（中國）有限公司,廣東 佛山 528000）

高速造紙輥動(dòng)平衡及動(dòng)撓度的控制

譚國輝
（安德里茨（中國）有限公司,廣東 佛山 528000）

本文簡單分析了不平衡及動(dòng)撓度的產(chǎn)生和危害，建立了不平衡種類的力學(xué)模型，給出平衡精度的概念，分析了不平衡量及動(dòng)撓度的控制方法，并通過實(shí)例分析了造紙輥不平衡量及動(dòng)撓度的具體控制及調(diào)整。

造紙機(jī)械；造紙輥；高速；動(dòng)平衡；平衡精度；不平衡量；動(dòng)撓度；控制

1　不平衡及產(chǎn)生原因

一個(gè)水車，如有不平衡量，停下來時(shí)，重心總是在下方，這是靜不平衡。在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，引起機(jī)器振動(dòng)及變形，該變形稱為動(dòng)撓度。振動(dòng)和動(dòng)撓度，會(huì)使機(jī)器性能低下，零部件過早損壞。造紙輥?zhàn)鳛樵旒垯C(jī)械的核心部件，其振動(dòng)及動(dòng)撓度的要求嚴(yán)格，否則會(huì)造成定量不穩(wěn)、軸承磨損。

不平衡的產(chǎn)生，可能是設(shè)計(jì)方面的原因，如有非加工面；可能是材料缺陷，密度不均勻，厚度不一致；可能是生產(chǎn)和裝配誤差。

為滿足造紙輥在高轉(zhuǎn)速、高能量和高應(yīng)力狀態(tài)下的工作要求，盡量使其重量最輕、尺寸最小和成本最低，首要是進(jìn)行振動(dòng)及動(dòng)撓度的控制，控制不平衡量源頭。

2　不平衡的力學(xué)模型及類型

根據(jù)力學(xué)模型可建立如下的力學(xué)公式：

主矢力：

主力矩

根據(jù)力系簡化結(jié)果的不同，可能存在四種不平衡狀態(tài)：靜不平衡，R0通過質(zhì)心不為零，M0=0；準(zhǔn)靜不平衡，R0不通過質(zhì)心不為零，=0；M0=0偶不平衡，R0為零，M0不為零；動(dòng)不平衡，R0不為零，M0不為零。

3　平衡精度

要想得到理論上絕對(duì)的動(dòng)平衡，必須使主矢力與主力矩都為零，即旋轉(zhuǎn)軸z必須通過質(zhì)心，而且是主慣軸之一。但幾乎很難實(shí)現(xiàn)，我們引入了平衡精度的概念。

對(duì)于2000m/min的造紙輥，選用精度為G1.0，而250m/min的，選用G2.5。

4　動(dòng)平衡及動(dòng)撓度的控制方法

對(duì)于車速2000m/min的高速造紙輥，需要控制兩個(gè)指標(biāo)——剩余不平衡量和動(dòng)撓度，保證紙機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無振動(dòng)、定量穩(wěn)定。

首先，要從源頭開始，控制不平衡量的產(chǎn)生，使它盡可能降低到最低，為后面動(dòng)平衡校準(zhǔn)打好基礎(chǔ)，否則不平衡量過大，無論如何也無法校正到符合要求。必須從原材料、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)嚴(yán)格控制。然后，在專用的動(dòng)平衡機(jī)上，進(jìn)行精確的動(dòng)平衡校正。常用的方法有兩種：兩校正面法和三校正面法。

兩校正面法，即兩端面配重，主要用于低速輥?zhàn)觿?dòng)平衡和高速輥?zhàn)拥念A(yù)平衡。輥?zhàn)铀俣鹊停植坎黄胶庖鸬膭?dòng)撓度不大，用此法校正整體不平衡量即可。此法將不平衡量分解到兩端面上，得到等效力R1和R2，通過動(dòng)平衡機(jī)測出其大小及相位，在相反相位上將其平衡。制造時(shí)，在兩端面靠近外圓的地方，預(yù)留幾個(gè)螺紋孔，根據(jù)不平衡量及相位，擰入配重塊，來調(diào)整動(dòng)平衡。

三校正面法，即中心面和兩端面配重，主要用于高速輥?zhàn)印］佔(zhàn)痈咚傩D(zhuǎn)時(shí)，如果輥?zhàn)拥木植坎黄胶饬考性谥胁?，?huì)引起較大的動(dòng)撓度，無法通過兩校正面法來降低，往往是整體動(dòng)平衡合格而局部動(dòng)撓度超標(biāo)。此法將不平衡量向中心面分解，得到力R0和力偶M0，在中心面上校正R0，在兩端面上校正M0，從而控制不平衡量及動(dòng)撓度。制造時(shí)，中心面上的配重，通過平衡環(huán)來實(shí)現(xiàn)，通過圓周均布的彈簧固定于中部，配重塊也是通過此彈簧壓緊在內(nèi)表面上，來校正動(dòng)平衡及動(dòng)撓度。

5　動(dòng)平衡控制實(shí)例分析

所分析造紙輥的主要參數(shù)為：設(shè)計(jì)車速2000m/min（轉(zhuǎn)速772rpm），包膠后直徑815mm，輥芯外徑/內(nèi)徑為803/754mm，軸承中心距6500mm，總重量4600kg，平衡精度G1.0，中心動(dòng)撓度0.1mm。

在原材料上，為了保證鋼板密度均勻、厚度一致，選用質(zhì)量可靠、有信譽(yù)的廠家。在生產(chǎn)上，輥殼焊接成型后，增加鏜內(nèi)孔車外圓工藝，來保證殼體的厚度均勻。在設(shè)計(jì)上，必須校核臨界轉(zhuǎn)速，保證運(yùn)行速度在85%臨界轉(zhuǎn)速之內(nèi)，從而有效避開共振，計(jì)算如下：

首先，在專用的平衡機(jī)上，用兩校正面法將整體動(dòng)平衡校正達(dá)標(biāo)，使兩端面不平衡量不超88g。用光電傳感器測出中心動(dòng)撓度及相位，一般動(dòng)撓度都小于0.1mm，而無需進(jìn)行三校正面校正。而對(duì)于個(gè)別情況，則需要繼續(xù)進(jìn)行校正。

先根據(jù)實(shí)際情況，在中間預(yù)裝的平衡環(huán)，與動(dòng)撓度相反的相位上試配重，同時(shí)，在兩端面，與平衡環(huán)配重相反的相位上，各配上1/2重配重塊，然后測試動(dòng)平衡及動(dòng)撓度，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，按比例調(diào)整配重，如動(dòng)撓度減少但偏少，那就增加重量，如動(dòng)撓度出現(xiàn)在反方向，那就減少重量。如此反復(fù)，直到動(dòng)平衡及動(dòng)撓度達(dá)標(biāo)。

通過校正，許用不平衡量小于88g和動(dòng)撓度小于0.1mm，達(dá)到要求，其中動(dòng)撓度曲線如下：

[1]機(jī)械手冊(cè)編輯委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)[S].第五卷.

[2]Mechanicalvibration—Balancequalityrequirementsforrotorsinaconstant(rigid)state—Part1:SpecificationandverificationofbalanceTolerancesISO1940-1.