книги из ГПНТБ / Колесник Н.В. Устранение вибрации машин

положения этого ориентира. Перенося виброметр на различные

точки измерения, определяют угловое перемещение ориентира, кото­

рое и характеризует фазовые отношения исследуемых колебаний. Работа токарных станков на скоростных режимах нередко сопро­

вождается интенсивными колебаниями, создающими «рябь» на обра­

батываемой поверхности. Причиной этого в большинстве случаев

являются . автоколебания. Подобный источник колебаний можно определить путем измерения частоты колебаний, которая при этом не совпадает с частотой вращения механизмов станка. Измерение

частоты колебаний производит­

ся обычным способом.

Помехой для работы на

чистовых операциях часто яв­ ляются высокочастотные коле­ бания, создаваемые некачествен­ ными шариковыми или роли­

ковыми подшипниками. Интен­

сивность таких колебаний легче всего оценить с помощью пре­

дельного акселерометра. При­

ведем один из практических

и правки кругов не давало положительных результатов. Измерение вибрации станка с помощью виброскопа обнаружило наличие коле­ баний с размахом 0,01 мм, что не могло быть причиной указанного

явления.

Измерение вибрации подшипника шпинделя (фиг. 61) с помощью предельного акселерометра 3 показало наличие высокочастотного колебания, имеющего предельное ускорение около 20 м/сек2. В ка­ честве индикатора применялась газосветная лампа 1, которой осве­

щался шлифовальный круг с нанесенным на него ориентиром 2. Этот ориентир наблюдался при вращении круга во время стробоско­

пического эффекта в виде ряда радиальных линий. Число этих линий,

помноженное на частоту вращения круга, позволило определить

частоту колебаний, которая совпала с частотой, создаваемой работой

шарикового подшипника и определяемой по формуле (45).

Интересно отметить, что измерение предельного ускорения коле­

бания периферии круга, произведенное тем же прибором посредством

промежуточной пластинки 4 (фиг. 61) из твердого сплава, показало

предельное ускорение более 30 м/сек2.

Послетого как шариковые подшипники станков были заменены

на более качественные, предельное ускорение снизилось до вели­ чины 5 м/сек2 и была получена возможность качественного шлифо­ вания.

100

При работе станков-автоматов часто наблюдается вибрация,

которая не только сказывается на качестве обрабатываемых деталей,

но и является причиной поломки инструментов.

Предпринятая на одном из заводов попытка перевести станки-

автоматы на повышенные скорости резания не увенчалась успехом

вследствие появления сильной вибрации, вызывающей поломку рез­ цов. Обследование станков посредством виброметра показало нали­

чие наиболее интенсивной вибрации с частотой 3000 кол/мин. и раз­ махом 0,03 мм. Предельное ускорение такого колебания (2 м/сек2)

навряд ли могло вызвать указанные поломки. Дальнейшие исследо­

вания были произведены с помощью предельного акселерометра.

В качестве индикатора предельного акселерометра был применен телефон (фиг. 24). Измерения производились на поперечном суппорте

1 станка (фиг. 62), и в процессе измерения велось наблюдение за рабо­

автомата (при 1900 об/мин.), не превышает 60

Определение механизма, вызывающего толчки с максимальным

ускорением, производилось следующим образом. Вначале напряже­

ние пружины акселерометра доводили до такого предела, что толчки

при работе автомата не вызывали колебания мембраны телефона.

По мере ослабления силы упругости пружины акселерометра прослу­

шивались толчки, создаваемые поворотом револьверной головки,

ускорение которых и было зафиксировано как максимальное. Затем,

по мере дальнейшего ослабления силы упругости пружины, стано­

вились ощутимыми толчки, создаваемые продольным ходом суппорта, и, наконец, последними — создаваемые ходом поперечного суппорта,

Таким образом, путем произведенного исследования было уста­

новлено, что для перевода станков-автоматов на повышенныеско­ рости резания необходима модернизация станков с целью снижения интенсивности толчков, создаваемых механизмом поворота револьвер­

ной головки.

101

21. Вибрация в машинах центробежного литья

За последнее время машины для центробежного литья получают

все большее применение. К числу недостатков этих машин следует отнести быстрый износ механизма, который объясняется повышен­ ной вибрацией. Ниже приводятся результаты исследования вибрации машин центробежного литья № 2 и 3, произведенного на одном из

уральских заводов.

Фиг. 63. Конструктивная схема машины центробежного литья.

Взадачу исследования входило:

1)выяснить причину повышенного брака литья (приваривание

отливки к изложнице) на машине № 2; 2) определить причину повышенного износа изложниц машин

№2 и 3;

3)дать рекомендации по устранению указанных недостатков

Машина центробежного литья состоит из трех корпусов люне­

тов 1 (фиг. 63), закрепленных на раме 4 из сортовой стали и соединен­

ных между собою трубами 2. По роликам 8, число которых в каждом

люнете четыре (два нижних — несущие, а два верхних — поддер­ живающие), вращается трубчатая изложница 9 посредством зубча­ того привода от электромотора 3, имеющего бесступенчатое регули­

рование скорости вращения. Пространство между изложницей и тру­

бами заполняется циркулирующей жидкостью для охлаждения.

Со стороны привода отверстие изложницы запирается специаль­

ной заглушкой 10. Заливка металла производится с противополож-.

ной стороны через литниковую заглушку 7.

102

Перед заливкой металла внутренняя полость изложницы (при

вращении) покрывается тонким изолирующим слоем песка, после чего левая сторона машины слегка приподнимается путем вращения

вокруг оси 5, и затем заливается жидкий металл.

Центрифугирование отливки производится при вращении излож­

ницы со скоростью 1000об/мин. в течение 27 мин., после чего труб­ чатая отливка при сравнительно высокой температуре (цвет крас­

ного каления) выталкивается из изложницы.

Фиг. 64. Результаты исследования вибрации.

Исследование вибрации машин проводилось в два этапа. При

Измерение вибрации производилось с помощью виброскопа и пре­ дельного акселерометра.

Второй этап исследования заключался в измерении вибрацион­ ного состояния машины в течение времени рабочего процесса — цент­ рифугирования отливки.

Результат измерений характеризуется графиками, приведенными

на фиг. 64. График а показывает зависимость размаха колебания

машин от скорости вращения при холостом ходе. Здесь приводится

характеристика колебаний, имеющих частоту, равную частоте вра­

щения изложниц. Колебания других частот, оказавшиеся для этих

машин незначительными, не принимались во внимание.

Как видно из графика, максимальная вибрация машины № 3

соответствует 850 об/мин, изложницы. При дальнейшем повышении

103

скорости вращения интенсивность вибрации снижается и при 1000 об/мин. приходит к вполне удовлетворительному для машин данного класса уровню.

Машина № 2 имеет иную характеристику зависимости размаха колебаний от скорости вращения, а именно, максимальный размах колебаний этой машины имеет место при рабочей скорости вращения

изложницы 1000 об/мин.

Положение фазы характеризуется графиком б, где для

машины № 3 при повышении скорости вращения от 700 до 1000 об/мин.

оно меняется на 160°, а для машины № 2 в тех же условиях всего

лишь на 80°.

Измерение предельного ускорения показало, что наибольшее

ускорение (порядка 60—70 м/сек2) имеет место при рабочей скорости вращения в точке II (фиг. 63) измерения у среднего люнета, в то время как следовало бы ожидать этот максимум в точке I, наиболее близкой к зубчатым передачам механизма привода.

График фиг. 64, в показывает характеристику размаха колебания

в зависимости от времени рабочего процесса центрифугирования отливки. Как видно, интенсивное колебание машины № 2 в течение первой минуты работы машины (время заливки) в значительной степени снижается и достигает сравнительно невысокого уровня,

На основе произведенных измерений можно сделать следующие выводы.

1.Причиной вибрации машин является наличие неуравновешен­

ных центробежных сил изложниц, о чем свидетельствует сов­

падение частоты основной вибрации с частотой вращения по­

следних.

2.Машина № 3 при рабочей скорости вращения (1000 об/мин.) находится в зарезонансном режиме. Это видно из того, что кривая (фиг. 64, а) прошла максимальное значение, а фаза изменила свое

положение более чем на 160° (фиг. 64, б). Наоборот, машина № 2 при рабочей скорости входит в состояние, близкое к резонансу, что видно по характеру кривых указанных двух графиков.

3.При заливке металла (начало кривой машины № 2, фиг. 64, в)

частота собственных колебаний машины № 2 понижается добавле­

нием массы металла, что вызывает резкое снижение уровня вибрации

этой машины до уровня вибрации машины № 3.

4. Резкое повышение уровня вибрации машин на 18—20-й

минуте рабочего процесса объясняется отрывом отливки от литника

вследстве ее остывания и сокращения длины, а также смещением

отливки в сторону на величину образовавшегося к этому времени

диаметрального зазора между отливкой и внутренними стенками изложницы. Это вызывает резкое смещение центра тяжести вращаю­

щихся масс, появление значительных неуравновешенных центробеж­

ных сил и как следствие этого повышенную вибрацию.

104

5. Наблюдающееся повышенное предельное ускорение у сред­

него люнета (точка /7) объясняется неправильными условиями мон­

тажа машины. Согласно этим условиям изложница устанавливается

на двух нижних парах роликов крайних люнетов, после чего подво­

дятся (до соприкосновения с бандажом изложницы) два нижних ролика среднего люнета. Затем устанавливаются верхние поддер­ живающие ролики с соблюдением необходимого температурного

зазора.

При таком монтаже нагрузка от веса изложницы в основном

воспринимается крайними опорами, в средних же опорах она вра­ щается с большей свободой, что вызывает удары о ролики, соз­ дающие повышенное предельное ускорение колебаний среднего

люнета.

На основании изложенных выводов можно сделать следующие

заключения.

1. Повышенный брак при литье на машине № 2 объясняется тем,

что разливка металла происходит при чрезмерной вибрации машины, обусловливаемой явлением резонанса. Эта чрезмерная вибрация увеличивает текучесть теплоизоляционного слоя песка, что и является причиной образования непосредственного контакта жид­

в конце процесса отливки после отрыва заготовки от литника.

Для устранения установленных исследованием причин повышен­

ного брака литья на машине № 2 и износа изложниц и механизма

машин необходимо:

1.Изменить режим работы машины таким образом, чтобы исклю­ чить условия резонанса при заливке металла. Для этого необходимо либо понизить жесткость конструкции машины, либо увеличить ее

массу. В последнем случае необходимый результат может быть достиг­ нут установкой на люнеты этой' машины дополнительных грузов

весом 100—120 кг. Это понизит частоту собственных колебаний этой

машины и приблизит условия ее работы к условиям работы

машины № 3.

2.Монтаж машин производить с таким расчетом, чтобы нагрузка от изложниц равномерно распределялась между роликами всех

трех люнетов. Для этого необходимо производить установку средних

нижних роликов так, чтобы устранить стрелу упругого прогиба

изложницы, которая при существующих условиях монтажа соста­

вляет величину порядка 0,5 мм.

3.Исключить чрезмерную вибрацию машин в конце процесса

отливки путем изменения режима, с тем чтобы к моменту отрыва

заготовки от литника, когда процесс центрифугирования литья уже

закончен, был осуществлен перевод машины на пониженный режим

вращения (порядка 300—400 об/мин.) для завершения процесса

остывания отливки.

Следует заметить, что приведенные рекомендации вполне оправ­ дали себя на практике.

105

22. Вибрация бункера

На многих предприятиях, перерабатывающих сыпучие мате­ риалы, вибрация используется как средство интенсификации про­ цесса уплотнения, перемешивания, транспортировки материалов.

На одном из заводов железобетонных конструкций для повы­ шения пропускной способности бункеров были применены инер­

ционные электровибраторы И-7.

Электровибратор И-7 представляет собою электромотор, вра­ щающийся со скоростью 2800 об/мин. и имеющий на двух концах

вала неуравновешенные массы. Статический момент неуравнове­

Врезультате установки вибраторов несколько улучшилась

на заводское здание, разрушая штукатурку стен, и, воздействуя на организм рабочих, вызывала повышенную утомляемость.

Рассмотрим причины указанных явлений.

Бункера (фиг. 65, а) устанавливались в специальных окнах

междуэтажных железобетонных перекрытий заводского корпуса. На боковой стенке бункеров закреплялись электровибраторы И-7

таким образом, что ось их вращения располагалась параллельно

площади перекрытия.

В результате такой установки неуравновешенная центробежная

сила электровибратора Р воздействует не только на бункер, но

ив равной степени в направлении, перпендикулярном перекрытию.

Врезультате измерения было установлено, что вибратором

создается вибрация в следующих размерах:, на корпусе вибратора

S = 0,22 мм; вертикальная вибрация перекрытия в пределах S =

=0,08 — 0,12 мм; в нижней части бункера (в месте, где происхо­

дит заклинивание транспортируемого материала) S = 0,07 — 0,10 мм.

106

Очевидно, что столь неудовлетворительный результат приме­

нения вибраторов имеет место вследствие их неправильной уста­

новки на бункере.

На основе анализа результатов обследования было рекомендо­

вано:

1)произвести перестановку вибратора с таким расчетом, чтобы наиболее интенсивная вибрация создавалась в нижней части бун­ кера, в которой вероятно заклинивание транспортируемого мате­

риала;

2)установить вибратор таким образом, чтобы ось его вращения

располагалась перпендикулярно площади перекрытия, что должно

взначительной степени снизить воздействие вибрации на перекры­

тие.

Врезультате перестановки (фиг. 65, б) вибрация нижней части

бункера повысилась до S — 0,2 — 0,25 мм, а вибрация перекры­ тия снизилась до S = 0,01 — 0,02 мм. Таким образом, эффектив­

ность вибрирования бункера повысилась более чем в два раза, а вредное воздействие вибрации уменьшилось в 6—7 раз. Значи­

тельно повысилась пропускная способность бункеров, практически

прекратилось вредное воздействие вибрации на организм обслужи­ вающего персонала.

23. Вибрация компрессоров

На одном из ленинградских заводов был нарушен нормальный

ход работ по сборке и регулировке точных приборов из-за появив­

шейся вибрации цехового помещения.

Фиг. 66. Двухцилиндровый поршневой компрессор.

Было установлено, что вибрация с частотой 720 кол/мин. и раз­

махом 0,05—0,08 мм наблюдалась во всем помещении сборочного цеха, расположенного на четвертом этаже производственного кор­

пуса.

Появление вибрации совпадало по времени с установкой и пуском нового компрессора типа 200-В-10/8, расположенного в подвальном

помещении на расстоянии примерно 70 м от цехового помещения. Компрессор (фиг. 66) представлял собою двухпоршневую с вер­ тикальным расположением цилиндров машину, приводимую в дей-

107

ствие электромотором со скоростью вращения 720 об/мин. Компрес­

периодические силы инерции 1-го порядка, действующие в вер­

тикальном направлении с частотой 720 кол/мин., амплитуда кото­ рых составляет: со стороны шатунно-поршневого механизма ступе-

пени низкого давления Рг — 1800 кг и со стороны второй ступени (высокого давления) Р2 = 1100 кг.

Эти силы, действуя в противофазе, создавали периодическую пару сил Р21 и вертикальную периодическую силу, амплитудное

значение Р3 которой определялось

Рв = Р± — Р2 — 700 кг.

Влиянием действия этой силы вполне объяснялось появление

направлениях и с другими частотами имели намного меньшие зна­

чения.

Таким образом, измерения подтвердили, что возможным источ­

с размахом 0,05—0,08

Предпринятые дополнительные исследования подтвердили, что

источником вибрации является работа компрессора, так как во

время его остановки вибрация цеха прекращалась, а при пуске

вновь возобновлялась.

Единственным объяснением повышенной вибрации цехового поме­ щения могло быть явление резонанса. С целью выяснения этого обстоятельства было произведено измерение частоты собственных

колебаний перекрытия цеха.

Измерение производилось с помощью виброметра виброскопа.

Для этого ударами трамбовки через войлочную прокладку в пере­ крытии возбуждались свободные затухающие колебания. Частота

собственных колебаний виброметра, ориентированного для изме­ рения этих колебаний, регулировалась в зоне возможной ожидае­

мой частоты. По резкому нарастанию колебаний индикатора прибора при совпадении частот собственных колебаний прибора и перекры­

тия было установлено, что частота собственных колебаний пере­

п0

Аналогичным измерением было установлено, что частота соб­

ственных колебаний перекрытия производственного помещения,

108