淺談立式離心機振動產(chǎn)生的原因及處理措施

焦建波

(邢臺軋輥異型輥有限公司,河北邢臺 054000)

離心鑄造是一種特殊鑄造工藝，是將液體金屬注入高速旋轉的模具內(nèi)，使金屬液體在離心力的作用下充滿模具并形成鑄件的技術和方法?？梢愿鶕?jù)工藝要求獲取單金屬、雙金屬、多金屬材質鑄件。離心鑄造有助于將液體金屬中氣體和夾雜物進行有效排除，從而改善鑄件的機械性能和物理性能，在冶金、礦山、國防、航空等行業(yè)普遍應用。

根據(jù)模具旋轉軸線的空間位置，常見的離心鑄造主要為臥式離心鑄造和立式離心鑄造。在冶金鑄造企業(yè)中離心鑄造應用最為廣泛，主要生產(chǎn)大型離心軋輥、離心輥環(huán)、離心復合輥套類產(chǎn)品。本文著重介紹立式離心鑄造機在使用過程中振動產(chǎn)生的原因及處理方法。

1 立式離心鑄造機在使用中出現(xiàn)的問題

立式離心鑄造機是冶金鑄造企業(yè)的主要生產(chǎn)設備，用于許多復合金屬產(chǎn)品的離心澆注生產(chǎn)，如復合金屬離心軋輥、復合金屬離心輥環(huán)、復合金屬離心輥套等類產(chǎn)品的生產(chǎn)。離心機的工作轉速在200～600 r/min 之間，連續(xù)運行時間4～6 h，設備承載在20～50 t 之間。

在實際生產(chǎn)過程中，離心機運行時常常會出現(xiàn)振動。尤其在鋼液凝固后期，離心機振動會明顯增大，嚴重時造成離心機劇烈晃動、地腳螺栓松動、油管脫落、密封件損壞、軸承磨損失效并影響周邊設備正常運行等，對設備本身和周圍環(huán)境造成較大的破壞。

2 立式離心鑄造機振動原因分析

立式離心鑄造機的結構及工作原理。鑄造機的離心模具通過卡具固定在工作盤上，主軸通過軸承固定在機座內(nèi)，上部連接工作盤，下部連接皮帶輪，通過皮帶傳動使離心機旋轉，在旋轉過程中向離心模具中注入金屬液體，在離心力的作用下逐漸凝固形成所需的鑄件。圖1 為立式離心機結構示意圖。

根據(jù)離心機的結構設計及工作原理，引起離心機振動的因素主要有離心機的結構、設備的剛性、旋轉件質量和轉速、旋轉件的質量偏心距。

合理的設備結構及設備剛性是保證設備運行穩(wěn)定的關鍵，這些主要由設備設計制造單位按照生產(chǎn)工藝要求完成設備的設計與制造安裝，保證設備具有合理的結構和剛性，從而保證設備運行的穩(wěn)定。使用單位主要考慮離心機在使用過程中旋轉件質量、轉速、旋轉件的質量偏心距對離心機運行穩(wěn)定性的影響。由偏心力的公式F=m×e×ω2可知，旋轉件質量、偏心距、轉速是在生產(chǎn)過程中影響離心機振動的主要因素。偏心力的大小和旋轉件質量、偏心距、轉速的平方成正比。由于離心機載荷和轉速是生產(chǎn)工藝的必要條件，在生產(chǎn)過程中一般不作調(diào)整。因此控制載荷的偏心距是減輕振動的主要措施，其偏心距越小，偏心力越小，振動就越小。

影響離心機載荷偏心的因素：①工作盤制造精度引起的質量偏心;②主軸軸承徑向游隙引起的質量偏心;③離心模具與工作盤安裝引起的質量偏心;④離心模具制造精度引起的質量偏心;⑤液態(tài)金屬凝固收縮引起的質量偏心。

圖1 立式離心機結構示意圖

3 解決離心機振動的處理措施

根據(jù)離心機振動原因的分析，在離心機結構和生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)上，采取一定的措施，可起到減輕離心機振動的效果。①在結構設計上，在離心機的縱向和水平方向設計安裝減振裝置，用于吸收和緩沖振動，降低對設備的損害；②在生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)上，針對離心機在生產(chǎn)過程中引起振動的因素，重點控制離心機在生產(chǎn)過程中載荷偏心因素。

對工作盤制造精度與主軸軸承徑向游隙引起的質量偏心在設計制造過程中應加以控制，消除其不良影響。在生產(chǎn)過程中主要控制離心模具與工作盤安裝引起的質量偏心；控制離心模具制造精度；控制液態(tài)金屬凝固收縮引起的質量偏心。

控制離心模具與工作盤安裝引起的質量偏心，重點是控制離心模具安裝精度。離心模具徑向跳動控制在0.5 mm 以內(nèi)，可明顯減輕離心機振動?？刂齐x心模具制造精度，主要要求模具鑄造組織致密，內(nèi)部無疏松、氣孔等缺陷，模具的內(nèi)外孔同軸度小于0.10 mm，同時在使用過程中檢測模具的圓度是否發(fā)生熱變形，并及時加工修整，保證離心模具的尺寸精度。

控制液態(tài)金屬凝固收縮引起的質量偏心，由于大型離心機生產(chǎn)的產(chǎn)品直徑均在?1 000～ ?3 000范圍，重量在5～15 t 之間，其凝固過程中鑄件徑向收縮量很大，造成的質量偏心多在幾毫米以上，引起的偏心力成倍增加。因此，液態(tài)金屬凝固收縮引起的質量偏心是離心機在生產(chǎn)過程中，尤其在金屬液體凝固后期引起振動的主要原因。而液態(tài)金屬在凝固過程中體積收縮不可避免，因此，在液態(tài)金屬注入離心模具一定時間后，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在不影響產(chǎn)品質量的情況下，適當降低離心機轉速，抵消凝固收縮造成的偏心力，可減輕離心機的振動。

通過上述在離心機結構設計上進行改進與優(yōu)化、主要備件加工質量控制、軸承選型以及生產(chǎn)過程中工序質量的控制，立式離心機在生產(chǎn)過程中的振動明顯減輕，由振動引起的設備故障明顯減少。

我公司的?4 000 mm 立式離心機，主要用于生產(chǎn)大型離心輥套、輥環(huán)，最大產(chǎn)品直徑為?3 500 mm、設備載荷達到70 t。該設備在結構設計、設備制造以及生產(chǎn)工序質量的控制中，綜合應用了上述成果，達到了該離心機設計的預期目標，設備運行平穩(wěn)、可靠。

4 結束語

在立式離心鑄造機的設計與使用管理上，經(jīng)過多年致力于離心機振動的研究，不斷對離心機結構及生產(chǎn)工藝進行總結與改進，尤其對大型離心機運行過程中振動的解決取得了較好的效果。如在結構設計上通過提高離心機機座剛度、增加離心機減振裝置，合理選擇主軸軸承等提高離心機的抗振性；在生產(chǎn)過程中加強對模具質量的控制、模具安裝精度的控制、以及針對液態(tài)金屬凝固收縮引起的質量偏心，采取的溫控降速的方法，均對降低離心機振動取得了良好的效果。

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