盛德恩，郭衛(wèi)建

(1.衡超裝試(北京)科技有限公司，北京 100080； 2.北京雙元天衡檢測(cè)科技有限公司，北京 100085)

1 引 言

在動(dòng)平衡技術(shù)領(lǐng)域，低速動(dòng)平衡的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)相當(dāng)全面并且得到了廣泛應(yīng)用。關(guān)于通用型動(dòng)平衡機(jī)的描述與評(píng)價(jià)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[2]，從1975年至今更新了四版，其詳細(xì)規(guī)定了平衡機(jī)的性能指標(biāo)和檢驗(yàn)方法，包括用于檢驗(yàn)平衡機(jī)的校驗(yàn)轉(zhuǎn)子和試驗(yàn)質(zhì)量，已成為業(yè)內(nèi)描述和檢驗(yàn)平衡機(jī)的主要依據(jù)。航空及燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)較多采用的SAE標(biāo)準(zhǔn)，其用獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定立式和臥式平衡機(jī)以及檢驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子[3-6]。另一方面，低速平衡機(jī)的平衡對(duì)象剛性轉(zhuǎn)子的平衡精度也有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[7]。與之相比，高速動(dòng)平衡目前只有撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[8]，缺少高速動(dòng)平衡機(jī)描述與評(píng)價(jià)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)2017年制定了高速平衡機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速平衡機(jī)》(JB/T 13220-2017)[9]，這是世界上第一部關(guān)于高速平衡機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。

在該標(biāo)準(zhǔn)頒布之前，因一直沒有相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，高速平衡機(jī)用戶和制造廠家之間往往只能依據(jù)廠家的技術(shù)規(guī)格書來約定機(jī)器的配置、性能和驗(yàn)收等事項(xiàng)，缺乏雙方共同的對(duì)話平臺(tái)。該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，對(duì)于規(guī)范高速平衡領(lǐng)域的技術(shù)行為，為高速平衡機(jī)供需雙方提供了一個(gè)對(duì)話的基礎(chǔ)和依據(jù)，為促進(jìn)我國(guó)高速平衡機(jī)制造業(yè)健康發(fā)展，具有重要的意義。

但該標(biāo)準(zhǔn)目前還只是第一版，在高速平衡機(jī)性能指標(biāo)的定義和檢驗(yàn)方法等方面還有許多需要完善和提高的地方。因此，為了更好地反映高速動(dòng)平衡機(jī)的技術(shù)特征，更清晰地定義其技術(shù)指標(biāo)，并給出正確且可行的檢驗(yàn)方法，有必要對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一些修訂。本文對(duì)該領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和基本原理做了簡(jiǎn)要論述，進(jìn)而提出了一些關(guān)于高速動(dòng)平衡機(jī)性能的描述與檢驗(yàn)方法的建議，供業(yè)內(nèi)專家和廣大用戶討論，為將來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂提供參考意見。

2 高速動(dòng)平衡機(jī)的工作原理

根據(jù)文獻(xiàn)[9]的定義，高速平衡機(jī)是指對(duì)各類臥式撓性轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速平衡的試驗(yàn)測(cè)量裝置。其工作原理可這樣表述：高速動(dòng)平衡機(jī)是用來將被平衡的撓性轉(zhuǎn)子支承在特殊設(shè)計(jì)的擺架上高速旋轉(zhuǎn)，通過測(cè)量擺架軸承座的振動(dòng)速度基頻成分的大小和相位，用影響系數(shù)法求解各平面上需要修正的不平衡量大小和相位，從而使撓性轉(zhuǎn)子在直至其最高工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)擺架的振動(dòng)降低至可接受水平的設(shè)備。這里包括幾層含義：

第一，其平衡對(duì)象是撓性轉(zhuǎn)子，即工作轉(zhuǎn)速高于至少一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子。雖然高速動(dòng)平衡機(jī)也有低速平衡功能，但這不是其主要功能，是用來在高速平衡前對(duì)轉(zhuǎn)子剛性狀態(tài)進(jìn)行預(yù)平衡的。根據(jù)文獻(xiàn)[8]，有些撓性轉(zhuǎn)子的平衡問題是在低速平衡機(jī)上進(jìn)行低速平衡來解決的，這種情況不屬于高速動(dòng)平衡機(jī)應(yīng)用的范疇。

第二，支承擺架是高速動(dòng)平衡機(jī)的關(guān)鍵部件，有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)特征以保證在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)測(cè)量的正確性。文獻(xiàn)[8]指出，轉(zhuǎn)子應(yīng)安裝在合適的軸承座上，理想的情況是轉(zhuǎn)子在平衡機(jī)上的支承條件與其工作現(xiàn)場(chǎng)的類似，使得工作條件下轉(zhuǎn)子的運(yùn)行狀態(tài)在平衡機(jī)上得以充分地展現(xiàn)。

第三，測(cè)量參數(shù)通常是振動(dòng)速度基頻成分的有效值和相位，其是表征在一定轉(zhuǎn)速下?lián)闲赞D(zhuǎn)子由于不平衡量存在引起轉(zhuǎn)子撓曲變形而產(chǎn)生的離心動(dòng)載荷的較為理想的參數(shù)。

第四，高速動(dòng)平衡機(jī)上不能直接測(cè)得各指定修正平面上不平衡量的大小和相位，而要通過加試重并經(jīng)多次測(cè)量運(yùn)轉(zhuǎn)，用影響系數(shù)法來求得各修正面上不平衡量的大小和相位。

第五，高速動(dòng)平衡的結(jié)果不是以轉(zhuǎn)子上剩余不平衡量的大小來衡量的，而是以軸承座上的振動(dòng)(或軸頸振動(dòng)位移)降低至可接受的水平來衡量的。

從機(jī)械振動(dòng)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論上講，可以對(duì)高速動(dòng)平衡機(jī)做如下表述：被平衡的撓性轉(zhuǎn)子通過滑動(dòng)軸承支承在具有專門設(shè)計(jì)的各自由度方向剛度的擺架上被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由于滑動(dòng)軸承油膜具有系統(tǒng)隔離作用，轉(zhuǎn)子與擺架表現(xiàn)為各自獨(dú)立但又相互作用的振動(dòng)系統(tǒng)。一方面，轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡機(jī)上呈現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)特性，即臨界轉(zhuǎn)速和振型，與其工作狀態(tài)近似，從而使得轉(zhuǎn)子在平衡機(jī)上平衡后在其工作支承條件下也能獲得平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；另一方面，轉(zhuǎn)子對(duì)擺架的作用表現(xiàn)為不平衡離心力作為激勵(lì)施加于擺架自身構(gòu)成的一個(gè)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，其工作在亞共振區(qū)，其振動(dòng)基頻成分的幅值正比于激勵(lì)的大小，其相位與激勵(lì)的相位對(duì)應(yīng)。因此，在轉(zhuǎn)子不同的平面上加試重進(jìn)行旋轉(zhuǎn)能夠激起轉(zhuǎn)子不同的臨界轉(zhuǎn)速和振型，用影響系數(shù)法就能計(jì)算出對(duì)應(yīng)平面上的校正質(zhì)量的大小和相位，將對(duì)應(yīng)階振動(dòng)降低，如果用此方法從低階到高階逐步平衡各階振型，則稱作振型平衡法；如果逐次在多個(gè)不同校正平面加試重并進(jìn)行測(cè)量運(yùn)轉(zhuǎn)，采集足夠多的數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)軟件一次建立起各試重在不同轉(zhuǎn)速下與其所引起的擺架振動(dòng)之間的關(guān)系，即影響系數(shù)矩陣，由影響系數(shù)矩陣進(jìn)一步計(jì)算出各平面上修正不平衡量的大小和相位，此法稱為影響系數(shù)法。

由此可見，振型平衡法和影響系數(shù)法僅是操作步驟上不同，其背后所基于的理論都是影響系數(shù)法，是線性系統(tǒng)假設(shè)。

此外，高速動(dòng)平衡機(jī)還具有超速試驗(yàn)功能，但這里的超速試驗(yàn)不是為了試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度，而是試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)特性，比如工作轉(zhuǎn)速附近滑動(dòng)軸承的穩(wěn)定性、工作轉(zhuǎn)速是否接近更高階臨界轉(zhuǎn)速等。

綜上所述，高速動(dòng)平衡機(jī)的關(guān)鍵在于擺架支承系統(tǒng)，包括擺架、擺架底座(如果有)和艙體支承結(jié)構(gòu)，其在測(cè)量方向(通常為垂直方向)的固有頻率必須高于擺架最高工作轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率，或者換一種表述，擺架支承系統(tǒng)的動(dòng)剛度，即激振力除以振幅，在直至擺架最高工作轉(zhuǎn)速內(nèi)始終保持正值，不能接近或等于0以遠(yuǎn)離共振；其次，高速動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)，包括傳感器和跟蹤濾波測(cè)量系統(tǒng)，必須具有足夠的測(cè)量精度和分辨率，以保證測(cè)得的振動(dòng)值是正確的、可信的和具有足夠精度的；最后，高速動(dòng)平衡軟件的性能主要體現(xiàn)在計(jì)算的正確性與計(jì)算速度、功能的豐富性、操作的方便性和工作的可靠性等方面，一般沒有具體的技術(shù)指標(biāo)來描述其性能優(yōu)劣。

3 高速平衡機(jī)性能的描述

低速平衡機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械振動(dòng) 轉(zhuǎn)子平衡 第21部分：平衡機(jī)的描述與評(píng)定》(GB/T 9239.21-2019)為高速平衡機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了很好的參考，高速平衡機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能反映高速動(dòng)平衡機(jī)的技術(shù)特征，恰當(dāng)?shù)囟x和描述高速動(dòng)平衡機(jī)性能指標(biāo)和檢驗(yàn)方法。本文認(rèn)為以下指標(biāo)是描述高速平衡機(jī)的重要和關(guān)鍵指標(biāo)。

(1)擺架動(dòng)剛度

擺架動(dòng)剛度是擺架支承系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的直接表述，是作用于擺架軸承座上動(dòng)態(tài)力與其振動(dòng)位移幅值的比值，量綱為N/μm。其不是一個(gè)具體的數(shù)字，而是一條曲線，從低轉(zhuǎn)速到最高工作轉(zhuǎn)速呈下降趨勢(shì)。最低速端的數(shù)值為靜剛度，其大小反映了低速平衡測(cè)量靈敏度；在高速端，其也必須保持一定的正值才能保證擺架測(cè)量方向的固有頻率高于最高工作轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率。取決于動(dòng)平衡測(cè)量傳感器測(cè)得的是擺架軸承座的相對(duì)振動(dòng)還是絕對(duì)振動(dòng)，動(dòng)剛度也有相對(duì)動(dòng)剛度和絕對(duì)動(dòng)剛度之分。相對(duì)振動(dòng)是擺架軸承座相對(duì)于擺架底腳的振動(dòng)，用相對(duì)振動(dòng)換算得到的剛度為相對(duì)動(dòng)剛度，其是擺架自身的剛度。絕對(duì)振動(dòng)是擺架軸承座相對(duì)于大地的振動(dòng)，用絕對(duì)振動(dòng)換算得到的剛度為絕對(duì)動(dòng)剛度，其是包含了擺架桿簧及擺架底座和艙體支承結(jié)構(gòu)的整個(gè)支承系統(tǒng)的動(dòng)剛度。相對(duì)剛度總是大于絕對(duì)剛度的。如果在某轉(zhuǎn)速上絕對(duì)振動(dòng)幅值趨于無窮大，則換算得到的動(dòng)剛度接近0，表明遇到系統(tǒng)共振頻率了。

絕對(duì)動(dòng)剛度曲線需在現(xiàn)場(chǎng)通過激振試驗(yàn)測(cè)得，而擺架設(shè)計(jì)參數(shù)只能給出擺架本體(不包括底座和艙體支承結(jié)構(gòu))的靜剛度。擺架在出廠前的檢驗(yàn)，其相對(duì)動(dòng)剛度對(duì)于擺架制造質(zhì)量控制是有意義的，而絕對(duì)動(dòng)剛度只能代表擺架在制造車間地基剛度條件下的動(dòng)剛度，并不能代表擺架安裝在實(shí)際真空防爆艙內(nèi)條件下整個(gè)支承系統(tǒng)的性能與質(zhì)量。在機(jī)器技術(shù)規(guī)格書中給出最高工作轉(zhuǎn)速實(shí)際上就已包含了動(dòng)剛度的含義，也就是說，機(jī)器的最高工作轉(zhuǎn)速指標(biāo)是通過動(dòng)剛度測(cè)試來檢驗(yàn)的。

(2)低速平衡功能

如前所述，低速平衡測(cè)量并不是高速平衡機(jī)的主要功能和應(yīng)用。由于高速平衡機(jī)的靜剛度遠(yuǎn)大于同等噸位大小的低速平衡機(jī)的擺架剛度，測(cè)量靈敏度遠(yuǎn)低于低速平衡機(jī)，兩者之間呈上百倍甚至數(shù)百倍的關(guān)系。因此，低速平衡精度，即剩余不平衡量克毫米數(shù)，通常達(dá)不到低速平衡機(jī)那樣水平。工程實(shí)際中，低速平衡測(cè)量并非最終平衡任務(wù)，而是主要用于高速平衡前的預(yù)平衡。但低速平衡測(cè)量指標(biāo)仍然是重要的，因?yàn)槠浔碚髁藴y(cè)量系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的正確性與性能的高低。

對(duì)高速平衡機(jī)的低速測(cè)量功能的描述應(yīng)當(dāng)給出某指定轉(zhuǎn)速上的最小可測(cè)不平衡量指標(biāo)，類似于低速平衡機(jī)的最小可達(dá)不平衡量Umar，比如1000rpm時(shí)不平衡量最小可測(cè)不平衡量400g·mm，同時(shí)再給出其與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，轉(zhuǎn)速越高，這個(gè)值越小。該指標(biāo)代表了在擺架剛度確定了的基礎(chǔ)上測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試能力。

關(guān)于一次不平衡減低率URR，由于沒有像低速平衡機(jī)那樣的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子，也沒有平衡效率方面的追求，所以不能夠也沒必要像低速平衡機(jī)那樣規(guī)定該指標(biāo)。

由于低速平衡測(cè)量的含義是指在轉(zhuǎn)子剛性狀態(tài)下測(cè)量系統(tǒng)的永久性標(biāo)定的適用范圍，類似但又不同于低速平衡機(jī)中的Wn2常數(shù)，在高速平衡機(jī)上進(jìn)行低速平衡測(cè)量時(shí)要求測(cè)量轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子第一階臨界轉(zhuǎn)速的30%。也就是說，選擇平衡轉(zhuǎn)速的上限是由轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的，而不是像低速平衡機(jī)那樣由轉(zhuǎn)子質(zhì)量與擺架剛度決定的。

(3)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度與精度

如前所述，由于高速動(dòng)平衡的測(cè)量參數(shù)和平衡結(jié)果的評(píng)判都是振動(dòng)參數(shù)，通常為振動(dòng)速度基頻成分，因此振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度和精度成為高速平衡機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。這里的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)指的是平衡機(jī)自身所配備的用于平衡測(cè)量目的的傳感器和測(cè)量?jī)x，而不是有些設(shè)備上增配的寬帶振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)的描述，平衡機(jī)技術(shù)規(guī)格書應(yīng)給出傳感器類型，是振動(dòng)位移、速度或加速度傳感器，測(cè)量參數(shù)是相對(duì)振動(dòng)還是絕對(duì)振動(dòng)，給出傳感器靈敏度和機(jī)械放大器(如果有)的放大比。測(cè)量系統(tǒng)與傳感器的綜合測(cè)量精度以好于+/-5%為宜。

(4)高速動(dòng)平衡功能

如前所述，高速動(dòng)平衡測(cè)量是基于影響系數(shù)法理論的，而影響系數(shù)，即振動(dòng)與不平衡量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系在很大程度上是由被平衡轉(zhuǎn)子，而不僅僅是由高速動(dòng)平衡機(jī)決定的。因此，不可能存在一個(gè)數(shù)值指標(biāo)來定義高速平衡機(jī)的高速動(dòng)平衡的性能，只能定性地描述和驗(yàn)證。在前述三項(xiàng)指標(biāo)得以保證的條件下，測(cè)量結(jié)果的正確性是可以得到保證的，高速動(dòng)平衡的效果便取決于測(cè)量系統(tǒng)的影響系數(shù)計(jì)算能力。

現(xiàn)代高速動(dòng)平衡機(jī)，其測(cè)量系統(tǒng)都已計(jì)算機(jī)化，甚至配備有功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助高速動(dòng)平衡系統(tǒng)。對(duì)于前者，至少應(yīng)具備“特定轉(zhuǎn)子標(biāo)定”功能，能夠計(jì)算單轉(zhuǎn)速的影響系數(shù)。而對(duì)于后者，則更能計(jì)算多面多轉(zhuǎn)速的影響系數(shù)矩陣和各平面的不平衡校正量的大小和相位，并能根據(jù)給定的條件進(jìn)行優(yōu)化，甚至還能夠計(jì)算預(yù)期的殘余振動(dòng)等。所以，對(duì)于高速平衡功能只需描述具備怎樣的影響系數(shù)和不平衡校正量的計(jì)算功能，實(shí)際驗(yàn)證則需結(jié)合具體的被平衡轉(zhuǎn)子。

用戶方總是期望能夠規(guī)定“高速動(dòng)平衡精度”這一指標(biāo)并且能夠檢驗(yàn)，但這一期望是不現(xiàn)實(shí)的。文獻(xiàn)[8]給出了撓性轉(zhuǎn)子的平衡指導(dǎo)，即不同類型撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法和怎樣確定不同情況下?lián)闲赞D(zhuǎn)子的平衡目標(biāo)，而給不出撓性轉(zhuǎn)子的具體的平衡精度。對(duì)于使用方的這一期望，供需雙方可在合同中約定具體的實(shí)際轉(zhuǎn)子，其平衡后的振動(dòng)基頻成分(通常為軸承座絕對(duì)振動(dòng)速度有效值或軸頸相對(duì)振動(dòng)位移峰峰值)低于雙方約定值，此約定值的確定可參考文獻(xiàn)[8]的有關(guān)說明，應(yīng)低于該轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)下的振動(dòng)允許值。

(5)其它功能

同其它機(jī)器一樣，一些常規(guī)參數(shù)、配置組成和軟件功能等，在機(jī)器的技術(shù)規(guī)格書中也必須予以描述，包括但不限于：適用的轉(zhuǎn)子參數(shù)范圍，如轉(zhuǎn)子質(zhì)量范圍、直徑和長(zhǎng)度范圍、擺架軸承座孔接口尺寸；擺架的能力參數(shù)，如最高測(cè)量轉(zhuǎn)速和最高超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速、允許最大動(dòng)載荷或最大振動(dòng)，擺架的基本相對(duì)剛度和帶附加剛度后的總相對(duì)剛度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，如驅(qū)動(dòng)功率、齒輪箱各擋輸出轉(zhuǎn)速、所配各傳動(dòng)軸的扭矩與轉(zhuǎn)速；輔機(jī)系統(tǒng)參數(shù)，如艙體最低可達(dá)真空壓力和抽真空時(shí)間，大氣及真空油站供油流量和壓力；真空防爆艙的防護(hù)等級(jí)須達(dá)到平衡機(jī)安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[10]規(guī)定的D級(jí)，即防護(hù)轉(zhuǎn)子爆裂的能力。

4 高速動(dòng)平衡機(jī)的檢驗(yàn)

高速動(dòng)平衡機(jī)難以像低速平衡機(jī)那樣制定出校驗(yàn)轉(zhuǎn)子和試驗(yàn)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制造出各規(guī)格的校驗(yàn)轉(zhuǎn)子與試驗(yàn)質(zhì)量，用以檢驗(yàn)規(guī)定的性能指標(biāo)。高速動(dòng)平衡機(jī)可行的和目前實(shí)踐中應(yīng)用的方法是用激振器進(jìn)行激振檢驗(yàn)。

第一，系統(tǒng)動(dòng)剛度檢驗(yàn)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速平衡機(jī)》(JB/T 13220-2017)給出了擺架動(dòng)剛度檢驗(yàn)方法和參數(shù)計(jì)算公式，也就是用激振器來對(duì)擺架進(jìn)行全轉(zhuǎn)速的激振試驗(yàn)，在直至最高轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)均勻選取10個(gè)速度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，將各轉(zhuǎn)速上測(cè)得的數(shù)據(jù)，根據(jù)給出的參數(shù)計(jì)算公式由不平衡量、轉(zhuǎn)速和測(cè)得的振值，計(jì)算出各轉(zhuǎn)速點(diǎn)上的剛度值，標(biāo)示在坐標(biāo)圖上，繪制剛度-轉(zhuǎn)速曲線。

該項(xiàng)檢驗(yàn)應(yīng)該用平衡機(jī)自身的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量振動(dòng)，在傳感器靈敏度已知和測(cè)量?jī)x已正確設(shè)置的前提下進(jìn)行，測(cè)量參數(shù)為振動(dòng)位移或振動(dòng)速度的基頻幅值。

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)[9]推薦的是檢驗(yàn)擺架的動(dòng)剛度，本文認(rèn)為應(yīng)該檢驗(yàn)整個(gè)支承系統(tǒng)的動(dòng)剛度，也就是絕對(duì)振動(dòng)動(dòng)剛度，因?yàn)檫@里談的是高速動(dòng)平衡機(jī)整體，而不僅是擺架這一部件，擺架以下的支承結(jié)構(gòu)的剛度也對(duì)整機(jī)性能產(chǎn)生影響。如果檢測(cè)的是相對(duì)動(dòng)剛度，為了檢出擺架以外的結(jié)構(gòu)共振頻率，測(cè)點(diǎn)應(yīng)加密到20點(diǎn)以上，如果有測(cè)點(diǎn)數(shù)值明顯偏離整體動(dòng)剛度曲線，此轉(zhuǎn)速點(diǎn)附加應(yīng)加密測(cè)量。

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)[9]稱檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合第6.3.1.2條要求，但此條并未給出具體要求，結(jié)合其上一條6.3.1.1條的含義，本文認(rèn)為，最高轉(zhuǎn)速上的動(dòng)剛度值不應(yīng)低于靜剛度值的25%。

除了基本剛度條件下的動(dòng)剛度需要檢測(cè)，施加了附加剛度條件下的動(dòng)剛度也應(yīng)檢測(cè)，但該檢測(cè)只用來驗(yàn)證附加剛度系統(tǒng)的功能，其具體數(shù)據(jù)并無更多含義。

激振器的激振質(zhì)量和其安裝半徑(二者的乘積為不平衡量)應(yīng)予以精確規(guī)定，并在激振器的合格證書中予以記載。

關(guān)于對(duì)擺架軸承座進(jìn)行六個(gè)自由度上用沖擊錘進(jìn)行固有頻率試驗(yàn)，本文認(rèn)為做了全轉(zhuǎn)速動(dòng)剛度檢驗(yàn)后不再具有必要性。

第二，低速動(dòng)平衡功能檢驗(yàn)。建議在擺架最高工作轉(zhuǎn)速的10～30%范圍內(nèi)用激振器檢驗(yàn)低速不平衡量測(cè)量精度這一指標(biāo)。低端轉(zhuǎn)速選取10%主要是考慮由于擺架剛度在極低轉(zhuǎn)速下的測(cè)量靈敏度很低，另一方面則是10%以下基本不會(huì)用到。高端轉(zhuǎn)速范圍選取擺架最高工作轉(zhuǎn)速的30%的原因在于，在高速平衡機(jī)上進(jìn)行低速平衡測(cè)量時(shí)要求轉(zhuǎn)子必須處于近似剛性狀態(tài)，要求轉(zhuǎn)速不能高于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的30%，因此實(shí)踐中低速平衡的測(cè)量轉(zhuǎn)速不可能高于擺架最高工作轉(zhuǎn)速的30%。更高的轉(zhuǎn)速則無必要進(jìn)行檢驗(yàn)。

關(guān)于不平衡量幅值量精度檢驗(yàn)，可以借鑒低速平衡機(jī)的Umar檢驗(yàn)方法，激振器的不平衡量取平衡機(jī)標(biāo)稱最小可測(cè)不平衡量的10倍，在擺架最高工作轉(zhuǎn)速的10～30%范圍內(nèi)均勻取10點(diǎn)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，而不是像低速平衡機(jī)那樣固定測(cè)量轉(zhuǎn)速而改變不平衡量的相位角，測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)波動(dòng)幅值不應(yīng)超過平均值的±12%。

關(guān)于不平衡測(cè)量相位精度檢驗(yàn)，由于不再進(jìn)行URR檢驗(yàn)，所以應(yīng)在上述不平衡量幅值測(cè)量的同時(shí)一并測(cè)量相位，同時(shí)規(guī)定相位的波動(dòng)量不應(yīng)超過一個(gè)合理的數(shù)值，比如±3°。

需要說明的是，低速平衡功能反映了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡解算功能和綜合精度，包括擺架、傳感器和濾波測(cè)量系統(tǒng)。需首先用激振器對(duì)擺架和測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定，然后再對(duì)該指標(biāo)予以檢驗(yàn)。所謂標(biāo)定，本質(zhì)上就是擺架靜剛度的測(cè)試和設(shè)定。

第三，測(cè)量系統(tǒng)精度檢驗(yàn)。擺架上所配備的振動(dòng)傳感器的靈敏度特性曲線應(yīng)由原始制造廠家提供，其定期檢驗(yàn)應(yīng)按照傳感器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[11]執(zhí)行。平衡機(jī)調(diào)試期間按照傳感器靈敏度設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量值應(yīng)與實(shí)際振動(dòng)值一致，但整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度值應(yīng)予以檢驗(yàn)。

由于平衡機(jī)上測(cè)量的是濾波后的振動(dòng)基頻成分，與通常的寬度振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)不同，所以不能直接引用機(jī)械振動(dòng)測(cè)量?jī)x的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[12]來進(jìn)行檢驗(yàn)。

對(duì)于高速平衡機(jī)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的檢驗(yàn)，本文主張用激振器的方法，在10～30%轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)予以檢驗(yàn)。低端轉(zhuǎn)速選取10%的理由同低速平衡測(cè)量一條，高端轉(zhuǎn)速選取30%主要是考慮排除動(dòng)剛度值下降的影響。本文建議用動(dòng)剛度檢驗(yàn)得到的10～30%轉(zhuǎn)速范圍的剛度值的平均值作為靜剛度值，用文獻(xiàn)[9]中給出的計(jì)算動(dòng)剛度公式的反函數(shù)，由激振不平衡量、轉(zhuǎn)速和靜剛度值計(jì)算出理論振動(dòng)幅值，將實(shí)測(cè)振動(dòng)值與理論值比較，誤差應(yīng)在+/-5%以內(nèi)。在10～30%轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均勻選取10點(diǎn)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。

此項(xiàng)檢驗(yàn)與動(dòng)剛度檢驗(yàn)有互相檢驗(yàn)印證之嫌，但這里檢驗(yàn)的是測(cè)量誤差，而不是靈敏度，并且擺架靜剛度的正確性在低速平衡檢驗(yàn)中已經(jīng)得到了保證，因此本文認(rèn)為是可行的。

由此可以看出，上述三項(xiàng)檢驗(yàn)是一個(gè)整體，缺一不可。

第四，高速動(dòng)平衡與超速試驗(yàn)功能檢驗(yàn)。本文建議的檢

驗(yàn)方法為：高速平衡功能檢驗(yàn)由制造商和使用方約定，針對(duì)約定的實(shí)際轉(zhuǎn)子在約定的轉(zhuǎn)速(如臨界轉(zhuǎn)速或工作轉(zhuǎn)速)，經(jīng)過平衡后振動(dòng)低于雙方約定值，該約定值應(yīng)根據(jù)文獻(xiàn)[8]確定，其應(yīng)低于轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)時(shí)軸承座振動(dòng)允許值。

超速試驗(yàn)功能檢驗(yàn)應(yīng)在高速動(dòng)平衡完成后進(jìn)行，超速試驗(yàn)時(shí)允許施加附加剛度，同時(shí)也檢驗(yàn)了附加剛度裝置的功能。

5 小 結(jié)

本文簡(jiǎn)要敘述了高速動(dòng)平衡機(jī)的工作原理，對(duì)于確定高速動(dòng)平衡機(jī)性能的描述方法、指標(biāo)的定義和檢驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)，給出的高速平衡機(jī)性能指標(biāo)、描述和檢測(cè)方法能較好地反映高速平衡機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用，所提出的技術(shù)指標(biāo)含義清晰，檢驗(yàn)方法具有可操作性，為高速平衡機(jī)制造方和使用方達(dá)成共識(shí)提供了技術(shù)依據(jù)，有利于促進(jìn)該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。本文提出的建議可作為現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步修訂的參考。