高速造紙輥動平衡及動撓度的控制

譚國輝（安德里茨（中國）有限公司,廣東 佛山 528000）

高速造紙輥動平衡及動撓度的控制

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撓度的產生和危害，建立了不平衡種類的力學模型，給出平衡精度的概念，分析了不平衡量及動撓度的控制方法，并通過實例分析了造紙輥不平衡量及動撓度的具體控制及調整。

造紙機械；造紙輥；高速；動平衡；平衡精度；不平衡量；動撓度；控制

1　不平衡及產生原因

一個水車，如有不平衡量，停下來時，重心總是在下方，這是靜不平衡。在高速旋轉時，會產生很大的離心力，引起機器振動及變形，該變形稱為動撓度。振動和動撓度，會使機器性能低下，零部件過早損壞。造紙輥作為造紙機械的核心部件，其振動及動撓度的要求嚴格，否則會造成定量不穩、軸承磨損。

不平衡的產生，可能是設計方面的原因，如有非加工面；可能是材料缺陷，密度不均勻，厚度不一致；可能是生產和裝配誤差。

為滿足造紙輥在高轉速、高能量和高應力狀態下的工作要求，盡量使其重量最輕、尺寸最小和成本最低，首要是進行振動及動撓度的控制，控制不平衡量源頭。

2　不平衡的力學模型及類型

根據力學模型可建立如下的力學公式：

主矢力：

主力矩

根據力系簡化結果的不同，可能存在四種不平衡狀態：靜不平衡，R0通過質心不為零，M0=0；準靜不平衡，R0不通過質心不為零，=0；M0=0偶不平衡，R0為零，M0不為零；動不平衡，R0不為零，M0不為零。

3　平衡精度

要想得到理論上絕對的動平衡，必須使主矢力與主力矩都為零，即旋轉軸z必須通過質心，而且是主慣軸之一。但幾乎很難實現，我們引入了平衡精度的概念。

對于2000m/min的造紙輥，選用精度為G1.0，而250m/min的，選用G2.5。

4　動平衡及動撓度的控制方法

對于車速2000m/min的高速造紙輥，需要控制兩個指標——剩余不平衡量和動撓度，保證紙機正常運轉，無振動、定量穩定。

首先，要從源頭開始，控制不平衡量的產生，使它盡可能降低到最低，為后面動平衡校準打好基礎，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、設計、生產各個環節出發嚴格控制。然后，在專用的動平衡機上，進行精確的動平衡校正。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，主要用于低速輥子動平衡和高速輥子的預平衡。輥子速度低，局部不平衡引起的動撓度不大，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，通過動平衡機測出其大小及相位，在相反相位上將其平衡。制造時，在兩端面靠近外圓的地方，預留幾個螺紋孔，根據不平衡量及相位，擰入配重塊，來調整動平衡。

三校正面法，即中心面和兩端面配重，主要用于高速輥子。輥子高速旋轉時，如果輥子的局部不平衡量集中在中部，會引起較大的動撓度，無法通過兩校正面法來降低，往往是整體動平衡合格而局部動撓度超標。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撓度。制造時，中心面上的配重，通過平衡環來實現，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表面上，來校正動平衡及動撓度。

5　動平衡控制實例分析

所分析造紙輥的主要參數為：設計車速2000m/min（轉速772rpm），包膠后直徑815mm，輥芯外徑/內徑為803/754mm，軸承中心距6500mm，總重量4600kg，平衡精度G1.0，中心動撓度0.1mm。

在原材料上，為了保證鋼板密度均勻、厚度一致，選用質量可靠、有信譽的廠家。在生產上，輥殼焊接成型后，增加鏜內孔車外圓工藝，來保證殼體的厚度均勻。在設計上，必須校核臨界轉速，保證運行速度在85%臨界轉速之內，從而有效避開共振，計算如下：

首先，在專用的平衡機上，用兩校正面法將整體動平衡校正達標，使兩端面不平衡量不超88g。用光電傳感器測出中心動撓度及相位，一般動撓度都小于0.1mm，而無需進行三校正面校正。而對于個別情況，則需要繼續進行校正。

先根據實際情況，在中間預裝的平衡環，與動撓度相反的相位上試配重，同時，在兩端面，與平衡環配重相反的相位上，各配上1/2重配重塊，然后測試動平衡及動撓度，根據實測數據，按比例調整配重，如動撓度減少但偏少，那就增加重量，如動撓度出現在反方向，那就減少重量。如此反復，直到動平衡及動撓度達標。

通過校正，許用不平衡量小于88g和動撓度小于0.1mm，達到要求，其中動撓度曲線如下：

[1]機械手冊編輯委員會.機械設計手冊(新版)[S].第五卷.

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