錢(qián)紅梅 張映寧

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

根據(jù)離心設(shè)備運(yùn)行原理，因不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)是影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，因此在其制造過(guò)程中靜平衡是極其重要的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)靜平衡消除在制造和裝配過(guò)程中因重心與旋轉(zhuǎn)中心不重合產(chǎn)生的不平衡離心力，可以使設(shè)備的振動(dòng)處于允許范圍。離心設(shè)備中的關(guān)鍵零件——轉(zhuǎn)臂由臂架和支承組成，零件的結(jié)構(gòu)型式屬于長(zhǎng)條型，不同于常規(guī)的盤(pán)狀或輥狀的旋轉(zhuǎn)零件，其靜平衡的方法一直有待研究。

1 結(jié)構(gòu)及組成

設(shè)備中轉(zhuǎn)臂是由臂架與支承組合而成，見(jiàn)圖1。轉(zhuǎn)臂通過(guò)支承與傳動(dòng)系統(tǒng)的主軸脹緊固定，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)臂的運(yùn)行平穩(wěn)性決定了整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行是否滿(mǎn)足要求。根據(jù)要求，臂架、轉(zhuǎn)臂支承、轉(zhuǎn)臂都須進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，滿(mǎn)足平衡等級(jí)的要求。

如圖1所示，轉(zhuǎn)臂屬于大型組裝式長(zhǎng)條型工件，其組裝后長(zhǎng)約7 m、寬約2 m、厚度約0.7 m，組裝后重約30 t，按照GB/T 9239.1—2006《機(jī)械振動(dòng) 恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求：第1部分 規(guī)范與平衡允差的檢驗(yàn)》，要求平衡品質(zhì)級(jí)別達(dá)G16。整體工件尺寸大、重量大、平衡精度要求高。傳統(tǒng)的靜平衡方法一般用于長(zhǎng)度直徑之比較小(即盤(pán)狀)的回轉(zhuǎn)體零件上，有時(shí)也出現(xiàn)在長(zhǎng)度直徑之比較大的空心軸類(lèi)零件上，而象轉(zhuǎn)臂這種大型組裝式長(zhǎng)條型工件屬于對(duì)稱(chēng)非回轉(zhuǎn)體形狀的零件，無(wú)法象現(xiàn)有的盤(pán)狀或軸狀工件那樣，在平行導(dǎo)軌式平衡架上正反向自由滾動(dòng)進(jìn)行配重平衡。

圖1 轉(zhuǎn)臂組裝件

2 長(zhǎng)條型旋轉(zhuǎn)零件的靜平衡

2.1 臂架的靜平衡

如圖1所示，臂架屬長(zhǎng)條型對(duì)稱(chēng)零件，長(zhǎng)6.8 m，重約30 t。零件進(jìn)行傳統(tǒng)的靜平衡試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)型式無(wú)法設(shè)置平衡芯軸。因此通過(guò)研究分析，根據(jù)力矩平衡原理，結(jié)合機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種新平衡方法。其原理就是設(shè)計(jì)定位支承軸支承臂架，通過(guò)機(jī)床配合將定位支承軸的軸向中心線(xiàn)和臂架幾何中心線(xiàn)調(diào)整重合，調(diào)整臂架水平，然后在臂架兩側(cè)中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)位置布置重力傳感器，使兩個(gè)重力傳感器、定位支承軸三者支撐在臂架的同一水平面上，通過(guò)重力傳感器測(cè)出不平衡重量所在的方位和大小進(jìn)行配平。

2.1.1 靜平衡工藝裝置

靜平衡裝置見(jiàn)圖2。

1—定位支承軸 2—機(jī)床工作臺(tái) 3—可調(diào)墊鐵 4—高精度重力傳感器 5—百分表 6—方箱 7—定位軸支承墊板 8—定位支承軸壓板 9—螺栓、螺母 10—配重 11—工件臂架

2.1.2 靜平衡工藝方法步驟

(1)首先將臂架平放在機(jī)床工作臺(tái)上，利用定位支承軸、定位支承軸墊板和兩端可調(diào)墊鐵、方箱，把臂架調(diào)整水平，并在臂架厚度、寬度方向打百分表，監(jiān)測(cè)臂架的水平、平行變化情況。

(2)將定位支承軸中心線(xiàn)和臂架幾何中心線(xiàn)調(diào)整重合，機(jī)床打表檢測(cè)，用螺栓、螺母和壓板將定位支承軸固定在臂架上。

(3)調(diào)整兩端可調(diào)墊鐵高度，讓定位支承軸將臂架支承，保證臂架兩端高度一致。

(4)在左端加配重，并在右端降低可調(diào)墊鐵高度，保持中間和左端支承臂架、右端產(chǎn)生0.1 mm間隙。

(5)在臂架右端逐步施加配重，使臂架微量轉(zhuǎn)動(dòng)，左端產(chǎn)生間隙，計(jì)算兩端配重量差值。

(6)按上述步驟(3)～(5)重復(fù)，先在臂架右端加配重、左端逐步加配重，使臂架輕微反轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄配重差值，反復(fù)試驗(yàn)，優(yōu)選、計(jì)算平均靜不平衡量。

(7)校驗(yàn)靜不平衡量

通過(guò)機(jī)床打表在兩端長(zhǎng)度中心線(xiàn)精確的對(duì)稱(chēng)位置放高精度重力傳感器并輕微接觸，受力相同。

調(diào)低兩端可調(diào)墊鐵高度，使臂架和可調(diào)墊鐵之間產(chǎn)生間隙，重力傳感器稱(chēng)量出靜不平衡量，讀取兩端重力傳感器顯示數(shù)據(jù)差值，比對(duì)計(jì)算結(jié)果，確定靜不平衡量進(jìn)行配平滿(mǎn)足要求。

2.1.3 臂架靜平衡方案的應(yīng)用實(shí)施

在制造過(guò)程中運(yùn)用上述靜平衡方法成功實(shí)施了臂架的靜平衡，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的精度。該靜平衡方法提供了一種操作簡(jiǎn)單、成本低廉、質(zhì)量和效率較高的大型板條形臂架靜平衡的工藝方法。相對(duì)于在大型工裝上滾動(dòng)的靜平衡方法，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、機(jī)動(dòng)靈活、成本較低。

2.2 轉(zhuǎn)臂的靜平衡

轉(zhuǎn)臂由臂架與轉(zhuǎn)臂支承組成一體形成部件，整體部件屬長(zhǎng)條型對(duì)稱(chēng)零件。根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式，雖然可以設(shè)置中心平衡芯軸，但所需的高精度平衡導(dǎo)軌刃口長(zhǎng)而且轉(zhuǎn)臂尺寸大，仍屬于對(duì)稱(chēng)的非回轉(zhuǎn)體形狀工件，滾動(dòng)時(shí)安全性很差，平衡精度不高。因此，運(yùn)用傳統(tǒng)的靜平衡原理，結(jié)合轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)型式，研制了專(zhuān)用的長(zhǎng)條型工件擺動(dòng)靜平衡調(diào)節(jié)工藝。其原理是設(shè)計(jì)專(zhuān)用滾輪式工裝，支撐軸連接于轉(zhuǎn)臂中心，將轉(zhuǎn)臂落于專(zhuān)用的平行導(dǎo)軌上，通過(guò)增減配重的方式在轉(zhuǎn)臂的長(zhǎng)度方向和寬度方向進(jìn)行調(diào)平試驗(yàn)，整個(gè)調(diào)平過(guò)程只需要將轉(zhuǎn)臂繞著工裝支撐軸擺動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)臂處于水平、豎直兩種特征狀態(tài)下得出的偏重，根據(jù)許用不平衡量計(jì)算出需去除量，進(jìn)行減重處理，以滿(mǎn)足平衡品質(zhì)的要求。

2.2.1 長(zhǎng)條型工件(轉(zhuǎn)臂)擺動(dòng)靜平衡試驗(yàn)裝置

轉(zhuǎn)臂的靜平衡是在專(zhuān)用的平行導(dǎo)軌式的平衡架上進(jìn)行，用于平衡導(dǎo)軌的斷面是平刀形，由于平衡工作的精度高，須在保證強(qiáng)度、剛度的前提下盡可能減少工裝支撐軸與導(dǎo)軌間的滾動(dòng)摩擦，因此根據(jù)轉(zhuǎn)臂重量P、工裝支撐軸的軸徑d、平衡導(dǎo)軌的寬度b三者的關(guān)系表進(jìn)行綜合平衡后，確定平衡導(dǎo)軌的寬度b取值，并將工作面淬硬磨光達(dá)Ra0.8 μm，確定工裝支撐軸軸徑d的取值。通過(guò)有限元分析確定平衡導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足使用要求。

轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)型式無(wú)法進(jìn)行自由滾動(dòng)，因此根據(jù)運(yùn)行原理選取兩個(gè)特征位置即水平位置和豎直位置進(jìn)行平衡，如圖3所示。

(a)轉(zhuǎn)臂水平狀態(tài)平衡試驗(yàn) (b)轉(zhuǎn)臂豎直狀態(tài)平衡試驗(yàn) 1—轉(zhuǎn)臂 2—工裝平衡支撐軸 3—平衡導(dǎo)軌 4—工裝銷(xiāo)軸 5—配重A(或稱(chēng)重傳感器) 6—支承方箱 7—百分表 8—支承調(diào)整墊鐵A 9—輔助方箱A 10—支承調(diào)整墊鐵B 11—配重B(或稱(chēng)重傳感器) 12—支承調(diào)整墊鐵C 13—輔助方箱B

2.2.2 長(zhǎng)條型工件(轉(zhuǎn)臂)擺動(dòng)靜平衡試驗(yàn)方法

(1)平衡工具的安裝

組裝工裝平衡支撐軸于轉(zhuǎn)臂中心孔處預(yù)緊固牢，要求各貼合面貼合緊密。根據(jù)轉(zhuǎn)臂外徑尺寸及組裝工裝后的開(kāi)襠尺寸，在裝配鑄梁平臺(tái)上布置方箱及可調(diào)墊鐵，將平衡導(dǎo)軌就位，檢查靜平衡導(dǎo)軌上刃口間開(kāi)襠尺寸滿(mǎn)足要求后，調(diào)整兩平衡導(dǎo)軌刃口工作面的水平度和平行度，要求不得大于0.02 mm/m。吊裝轉(zhuǎn)臂與工裝組裝件于平衡導(dǎo)軌上，通過(guò)支承調(diào)墊A支墊平穩(wěn)，保證轉(zhuǎn)臂水平度0.10 mm。

(2)靜平衡試驗(yàn)

測(cè)試平衡時(shí)，先進(jìn)行粗配重，通過(guò)逐步增加配重重量使轉(zhuǎn)臂分別順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度(擺動(dòng)角度逐步減小)，以消除滾動(dòng)摩擦的影響。

然后進(jìn)行精調(diào)：

a)在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臂處于水平時(shí)，在轉(zhuǎn)臂的兩端分別設(shè)置百分表，且兩端百分表的安裝位置關(guān)于第一對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)，距離中心大于2 m。

b)在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臂處于豎直時(shí)，在轉(zhuǎn)臂的兩側(cè)分別設(shè)置百分表，且兩側(cè)百分表的安裝位置關(guān)于第二對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)。

按如下步驟分別進(jìn)行水平狀態(tài)下和豎直狀態(tài)下的配平：松開(kāi)一端支承調(diào)墊，在轉(zhuǎn)臂其中一端的第一掛接點(diǎn)逐步增加配重，使轉(zhuǎn)臂擺動(dòng)α角度；接著，在轉(zhuǎn)臂的另一端的第一掛接點(diǎn)逐步增加配重，使轉(zhuǎn)臂反向擺動(dòng)α角度復(fù)位。重復(fù)2～3次，直至轉(zhuǎn)臂在水平和豎直時(shí)保證兩側(cè)百分表微動(dòng)0.10 mm以?xún)?nèi)。判斷出偏重側(cè)，將兩側(cè)配重和工裝銷(xiāo)軸分別通過(guò)電子秤進(jìn)行稱(chēng)量，其差值即為偏重方位掛配重處需減去的重量Q。

(3)靜平衡校驗(yàn)

在兩端長(zhǎng)度中心線(xiàn)精確的對(duì)稱(chēng)位置放置高精度重力傳感器并輕微接觸，受力相同。

調(diào)低兩端可調(diào)墊鐵高度，使臂架和可調(diào)墊鐵之間產(chǎn)生間隙，重力傳感器稱(chēng)量出靜不平衡量，讀取兩端重力傳感器顯示數(shù)據(jù)差值，比對(duì)計(jì)算結(jié)果，確定靜不平衡量進(jìn)行配平滿(mǎn)足要求。

(4)減重處理后，重新進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，直至確保滿(mǎn)足平衡品質(zhì)級(jí)別G16的要求。

2.2.3 轉(zhuǎn)臂靜平衡試驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)施

通過(guò)長(zhǎng)條型工件擺動(dòng)靜平衡方案的研究，在制造過(guò)程中成功地完成了轉(zhuǎn)臂組裝件的靜平衡試驗(yàn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的精度。該平衡方法，通過(guò)增減配重的方式在待平衡工件的長(zhǎng)度方向和寬度方向進(jìn)行調(diào)平試驗(yàn)，便可實(shí)現(xiàn)待平衡工件的靜平衡調(diào)節(jié)。整個(gè)調(diào)平過(guò)程只需要將待平衡工件繞著工裝支撐軸擺動(dòng)，規(guī)避了傳統(tǒng)的自由滾動(dòng)的方式進(jìn)行配平的問(wèn)題，從而使長(zhǎng)條型工件靜平衡調(diào)節(jié)的操作更安全可靠，縮短需要的導(dǎo)軌刃口長(zhǎng)度，節(jié)約成本。而且，通過(guò)兩端配備高精度傳感器的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行偏重測(cè)定，平衡精度高。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)長(zhǎng)條型的旋轉(zhuǎn)零件進(jìn)行靜平衡，通過(guò)對(duì)其運(yùn)行原理及其平衡技術(shù)進(jìn)行分析研究，結(jié)合長(zhǎng)條型零件在制造不同階段呈現(xiàn)的不同狀態(tài)，制定了不同的靜平衡方案。通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)，驗(yàn)證了該長(zhǎng)條型零件的靜平衡技術(shù)方案是合理的，滿(mǎn)足了產(chǎn)品的質(zhì)量要求，其精度達(dá)到了用戶(hù)設(shè)計(jì)要求。對(duì)長(zhǎng)條型旋轉(zhuǎn)零件的靜平衡技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為今后不同結(jié)構(gòu)型式的旋轉(zhuǎn)零件進(jìn)行靜平衡提供了思路。