造纸机械旋转件现场动平衡技术的研究

摘要

近年来造纸机车速不断提高，幅宽不断增加，中高速纸机国产化关键技术研究已经进入我国“863”计划。对于中高速纸机，在生产过程中旋转件不平衡问题变得更加突出，已成为必须关注的重要问题。而采用现场动平衡技术能够改善纸机旋转件的工作性能，并带来显著的经济效益。本文对造纸机械旋转件现场动平衡技术做了系统的研究，必将推进这项技术在我国造纸行业的发展和应用。 本文从理论上有针对性地分析了造纸机械旋转件不平衡的类型、振动机理，以及相应平衡理论方法；探讨了造纸机械旋转件及其支承系统的典型故障的机理、构件系统在诊断不平衡等过程中可能存在的影响；通过转子实验台模拟分析了造纸机旋转件的典型故障和现场动平衡过程；建立了造纸机械现场动平衡分析系统，探讨了动平衡分析系统的现场安装过程；最后，通过复卷机进行了现场动平衡实践。 本文研究结果如下： (1)在现场动平衡研究中，可将造纸机械旋转件一支承系统看作单自由度振动系统处理。确定了辊体的平衡品质以及允许不平衡量在校正面上的分配。由于造纸机旋转件表面属于工作区，一般不宜作为校正面。因此，校正面位置仅限于两端，对大直径辊体可在端面附加片状质量块进行校正，对小直径辊体可在辊壳内表面附加棒状平衡重进行校正。 (2)造纸机械转子系统中，各零部件故障相互影响，可能有两个或两个以上故障的耦合出现，导致振动信号特征相互叠加，增加了诊断的难度。对此，可先通过转子实验台对现场可能存在的故障进行模拟分析确定。 (3)现场动平衡模拟实验结果表明，采用影响系数法可以快速有效地实现刚性转子平衡校正，更适于造纸机旋转件的现场动平衡。另外，平衡过程中发现校正面位置的选择会对平衡质量产生明显的影响。而采用振型平衡法可很好的实现转子过1阶临界转速的平衡，但此方法起停车次数多，计算较为复杂。 (4)采用非接触电涡流传感器测轴振，减少了轴承缺陷故障振动的干扰，快速、准确实现了对不平衡故障的诊断。考虑到某些转子组成部分涡流传感器安装不便，制定了以加速度传感器代替涡流传感器进行信号采集的备用方案。动平衡分析系统设计为三个模块，即故障监测诊断模块，数据管理模块和动平衡计算分析模块。便于实现对转子系统故障监测诊断，提高诊断效率，同时也提高了现场动平衡的效率。 (5)确定了校正配重计算方法，并设计了标准配重质量块尺寸和安装方式。 (6)通过对复卷机底辊的现场测试与动平衡实践，成功地将辊体的不平衡量控制在允许范围内，说明应用本文成果于造纸机械实际是可靠可行的。

目录

文摘

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致谢

第1章 绪论

1.1论文背景

1.1.1高速纸机国产化及其运行中面临问题

1.1.2我国造纸机械运行动平衡状况

1.1.3课题意义

1.2平衡技术与机械振动监测诊断技术

1.2.1不平衡振动识别

1.2.2振动监测技术发展概况

1.2.3振动监测方法

1.2.4振动监测技术的发展趋势

1.3动平衡技术的起源与发展

1.3.1平衡技术的起源

1.3.2转子平衡方法

1.3.3动平衡技术发展历程

1.3.4现场动平衡技术发展状况

1.3.5国内动平衡技术发展概况

1.3.6动平衡技术发展趋势

1.4动平衡技术在造纸行业的发展与应用概况

1.4.1造纸机械旋转件不平衡产生的原因及后果

1.4.2造纸工业动平衡技术发展与应用

1.4.3造纸机械旋转件动平衡存在的技术问题

1.5课题研究的主要内容、目标与创新点

1.5.1主要内容与目标

1.5.2本论文主要特点与创新点

第2章 纸机旋转件的力学分析与平衡机理的研究

2.1概述

2.1.1引起旋转件（转子）不平衡的原因

2.1.2柔性转子和刚性转子

2.2造纸机械刚性转子平衡的力学分析

2.2.1刚性转子平衡的力学原理

2.2.2静动平衡的选择

2.2.3转子-支承振动系统的动力学分析

2.2.4刚性转子的动平衡原理

2.2.5刚性转子平衡方法

2.3造纸机械挠性转子平衡力学分析

2.3.1不平衡挠性转子系统振动分析

2.3.2挠性转子的动平衡方程

2.3.3影响系数法

2.3.4利用最小二乘的影响系数法

2.3.5加权迭代影响系数法

2.3.6影响系数的修正

2.3.7振型影响系数平衡法

2.3.8振型圆法

2.3.9全息谱动平衡法

2.4造纸机转子动平衡品质评定

2.4.1旋转件动平衡校验允许误差

2.4.2平衡品质标准

2.4.3许用不平衡量的分配

2.5平衡校正方法

2.6本章小结

第3章 造纸机械转子系统的监测与诊断

3.1造纸机械故障故障概况

3.2造纸机械转子系统振动分析方法

3.2.1振动信号时基波形分析法

3.2.2轴心位置、偏位角及转子轴心轨迹分析法

3.2.3振动信号相位分析法

3.2.4振动信号的频域分析法

3.2.5转子起停过程分析

3.2.6全息谱分析法

3.2.7基于小波变换的不平衡故障诊断分析法

3.2.8转子故障位置诊断的“三位”法

3.3造纸机械转子-支承系统典型故障的振动分析

3.3.1不平衡故障特征

3.3.2相邻旋转部件振动的相互影响

3.3.3转子弯曲的故障机理与振动分析

3.3.4转子轴系不对中及传动轴故障分析

3.3.5转子裂纹故障分析

3.3.6旋转件轴承故障分析

3.3.7转子-支承系统连接松动故障分析

3.3.8转子系统动静件碰摩故障分析

3.3.9网毯偏移打滑故障分析

3.3.10烘缸凝结水对现场动平衡的影响

3.4本章小结

第4章 纸机旋转件故障与现场平衡的模拟研究

4.1转子模拟试验台及监测系统

4.1.1试验台组成及技术参数

4.1.2转子模拟实验系统测点确定

4.1.3不平衡监测系统组成

4.2不平衡转子系统临界转速

4.2.1理论分析转子的动态特性

4.2.2不平衡转子系统临界转速试验

4.3转子不平衡的分析

4.3.1波形分析

4.3.2轴心轨迹分析

4.4转子不对中的分析

4.4.1振动波形分析

4.4.2轴中心线位置图

4.4.3频谱分析

4.5不平衡与不对中耦合故障频谱分析

4.6其它故障特征分析

4.6.1转子的初始弯曲

4.7转子现场动平衡的模拟分析

4.7.1单跨单面静平衡

4.7.2单跨双面动平衡

4.7.3振型平衡法

4.8本章小结

第5章 造纸机械旋转件现场平衡分析系统

5.1监测特征参数的选择

5.2信号监测位置与采集通道数的选择

5.2.1监测点和监测方向的选择

5.2.2监测方向和采集通道数的确定

5.3传感器的选择

5.3.1被测对象的要求和条件

5.3.2测轴振传感器的选择

5.3.3键相传感器的选择

5.3.4传感器的性能要求

5.3.5涡流传感器及监测系统的标定

5.4传感器系统现场安装

5.4.1电涡流传感器的安装

5.4.2键相传感器的安装

5.5校正配重的确定

5.5.1校正配重质量的确定

5.5.2校正配重的尺寸和安装

5.6动平衡分析系统介绍

5.6.1系统硬件

5.6.2系统软件功能

5.6.3系统的标定

5.7本章小结

第6章 复卷机现场动平衡实践

6.1研究对象及现场测试装置简介

6.1.1研究对象

6.1.2现场动平衡装置与辅助工具

6.2传感器的安装

6.2.1测振传感器的安装

6.2.2键相传感器的安装

6.3纸卷渐变载荷对底辊动态特性的影响

6.4复卷机辊筒不平衡振动分析

6.4.1时域波形分析

6.4.2频谱分析

6.5现场动平衡

6.5.1底辊不平衡量允许值的确定

6.5.2不平衡辊体的识别

6.5.3校正过程

6.6本章小结

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文