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高速造纸辊动平衡及动挠度的控制

发布时间：2023-03-22 03:26:13 来源：文档文库

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工业技术　柬工紊　术　２４　高速造纸辊动平衡及动挠度的控制　谭国辉　（安德里茨（中国）有限公司，广东佛山５２８０００）　摘要：本文简单分析了不平衡及动挠度的产生和危害，建立了不平衡种类的力学模型，给出平衡精度的概念，分析了不平衡量及动挠度的控　制方法，并通过实例分析了造纸辊不平衡量及动挠度的具体控制及调整。　关键词：造纸机械；造纸辊；高速；动平衡；平衡精度；不平衡量；动挠度；控制　１不平衡及产生原因　一个水车，如有不平衡量，停下来时，重心总是在下方，这是静　不平衡。在高速旋转时，会产生很大的离心力，引起机器振动及变形，　该变形称为动挠度。振动和动挠度，会使机器性能低下，零部件过早　损坏。造纸辊作为造纸机械的核心部件，其振动及动挠度的要求严格，　否则会造成定量不稳、轴承磨损。　不平衡的产生，可能是设计方面的原因，如有非加工面；可能是　材料缺陷，密度不均匀，厚度不一致；可能是生产和装配误差。　为满足造纸辊在高转速、高能量和高应力状态下的工作要求，尽　量使其重量最轻、尺寸最小和成本最低，首要是进行振动及动挠度的　控制，控制不平衡量源头。　２不平衡的力学模型及类型　根据力学模型可建立如下的力学公式：　主矢力：Ｒｏ＝∑　＝］ｇｍｉ０３　ｒ［＝Ｍ０３　ｒｃ　主力矩：Ｍｏ＝∑Ｒ　ＸＲ　其中，　为微小质心产生的离心力，ｍ沩微小质心，（Ｉ）为角速度，　ｎ为微小质心到旋转轴ｚ的距离矢量，　为质心到轴ｚ的距离矢量，Ｐｉ　为微小质心到原点０的距离矢量。　根据力系简化结果的不同，可能存在四种不平衡状态：静不平衡，　通过质心不为零，　＝Ｏ；准静不平衡，Ｒ。不通过质心不为零，＝０；　Ｍ０＝ｏ偶不平衡，　为零，Ｍ。不为零；动不平衡，　不为零，Ｍ０不为零。　３平衡精度　要想得到理论上绝对的动平衡，必须使主矢力与主力矩都为零，　即旋转轴ｚ必须通过质心，而且是主惯轴之一。但几乎很难实现，我　们引入了平衡精度的概念。　平衡精度Ｇ代表不平衡程度为：Ａ＝　，那么许用不平衡量为：　ｕｌ＝Ｍｅ，其中ｅ为许用偏心距，单位岬，ｕ为角速度，单位ｒａｄ／ｓ，　Ｍ为总质量，单位　。　对于２０００ｍ／ｍｉｎ的造纸辊，选用精度为Ｇ１．０，而２５０ｍ／ａｒｉｎ的　选用Ｇ２．５。　４动平衡及动挠度的控制方法　对于车速２０００ｍ／ｍｉｎ的高速造纸辊，需要控制两个指标一一剩余　不平衡量和动挠度，保证纸机正常运转，无振动、定量稳定。　首先，要从源头开始，控制不平衡量的产生，使它尽可能降低到　最低，为后面动平衡校准打好基础，否则不平衡量过大，无论如何也　无法校正到符合要求。必须从原材料、设计、生产各个环节出发严格　控制。然后，在专用的动平衡机上，进行精确的动平衡校正。常用的　方法有两种：两校正面法和三校正面法。　两校正面法，即两端面配重，主要用于低速辊子动平衡和高速辊　子的预平衡。辊子速度低，局部不平衡引起的动挠度不大，用此法校　正整体不平衡量即可。此法将不平衡量分解到两端面上，得到等效力　Ｒ１和Ｒ　，通过动平衡机测出其大小及相位，在相反相位上将其平衡。　制造时，在两端面靠近外圆的地方，预留几个螺纹孔，根据不平衡量　及相位，拧入配重块，来调整动平衡。　三校正面法，即中心面和两端面配重，主要用于高速辊子。辊子　高速旋转时，如果辊子的局部不平衡量集中在中部，会引起较大的动　挠度，无法通过两校正面法来降低，往往是整体动平衡合格而局部动　挠度超标。此法将不平衡量向中心面分解，得到力　和力偶Ｍ　，在　中心面上校正　，在两端面上校正　，从而控制不平衡量及动挠度。　制造时，中心面上的配重，通过平衡环来实现，通过圆周均布的弹簧　固定于中部，配重块也是通过此弹簧压紧在内表面上，来校正动平衡　及动挠度。　５动平衡控制实例分析　所分析造纸辊的主要参数为：设计车速２０００ｍ／ｒａｉｎ（转速　７７２ｒｐｍ），包胶后直径８１５ｒａｍ，辊芯外径／内径为８０３／７５４ｍｍ，轴承　中心距６５００ｒａｍ，总重量４６００ｋｇ，平衡精度Ｇ１．０，中心动挠度０．１ｍｍ。　在原材料上，为了保证钢板密度均匀、厚度一致，选用质量可靠、　有信誉的厂家。在生产上，辊壳焊接成型后，增加镗内孔车外圆工艺，　来保证壳体的厚度均匀。在设计上，必须校核临界转速，保证运行速　度在８５％临界转速之内，从而有效避开共振，计算如下：　，　根据公式：ｎＩ临　√　，Ｉ为惯性矩，Ｅ为弹性模　量，Ｍ为重量，Ｌ为支撑位距离，　为支座形式系数。通过计　算及资料得到：Ｉ：ＴｒＸ—８０３４－－—７５４￣：４．５４×１０９ｍｍ４，Ｅ＝２．１×１０　Ｎ／　ｍｌＴｌｚ，Ｌ＝６５００ｍｍ，　ｋ取一阶系数为９．８７，Ｍ＝４６００ｋｇ。　计算得到：ｎ　＝３　ｏ　ｘ　９．８７　ｘ２＆　Ｘｌ、　Ｏ熏Ｓｘ曩４，Ｓ磊４ｘｌ　Ｏ９＝ｚｓ９０　ｍ，那　么设计转速７７２＜０．８５×２５９０＝２２０１，也就是说设计转速避开了一阶临　界转速，符合使用要求。　通过上述几个环节控制，下面进行动平衡的校正。许用不平衡量　为：ｌｕＩ＝Ｍ×　×６０＝４６００　ｘ罢　×６０＝５６９００９．ｍｍ，已知配　重螺孑Ｌ的定位半径为３２５ｍｍ（动平衡半径），那么两端面许用不平衡　重量为：ｌｍｌ＝　÷２＝８８ｇ。　首先，在专用的平衡机上，用两校正面法将整体动平衡校正达标，　使两端面不平衡量不超８８ｇ。用光电传感器测出中心动挠度及相位，　一般动挠度都小于Ｏ．１ｍｍ，而无需进行三校正面校正。而对于个别情　况，则需要继续进行校正。　先根据实际情况，在中间预装的平衡环，与动挠度相反的相位上　试配重，同时，在两端面，与平衡环配重相反的相位上，各配上１／２　重配重块，然后测试动平衡及动挠度，根据实测数据，按比例调整配重，　如动挠度减少但偏少，那就增加重量，如动挠度出现在反方向，那就　减少重量。如此反复，直到动平衡及动挠度达标。　通过校正，许用不平衡量小于８８ｇ和动挠度小于Ｏ．１ｍｍ，达到要求，　其中动挠度曲线如下：　匿。壤ｌ　黼　０．１　－－　－　罐　０　。　。　聊　＃　＃　∞　转滤：辅　箭ｃ耩　，　动挠度曲线　参考文献：　［１】机械手册编辑委员会．机械设计手册（新版）【ｓ］．第五卷．　［２］Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ—Ｂａ１８ｎｃｅ　ｑｕａ１ｉｔｙ　ｒｅｑｕｉ　ｒｅｍｅｎｔ　Ｓ　ｆｏｒ　ｒｏｔｏｒ　ｓ　ｉｎ　ａ　ｃｏｎｓｔａｎｔ（ｒｉｇｉｄ）Ｓｔａｔｅ—Ｐａｒｔ　１：Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂａｌ８ｎｃｅ　Ｔｏ１ｅｒａｎｃｅＳ　ＩＳ０１　９４　０－１．　

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