浅谈立式离心机振动产生的原因及处理措施

焦建波

(邢台轧辊异型辊有限公司,河北邢台 054000)

离心铸造是一种特殊铸造工艺，是将液体金属注入高速旋转的模具内，使金属液体在离心力的作用下充满模具并形成铸件的技术和方法。可以根据工艺要求获取单金属、双金属、多金属材质铸件。离心铸造有助于将液体金属中气体和夹杂物进行有效排除，从而改善铸件的机械性能和物理性能，在冶金、矿山、国防、航空等行业普遍应用。

根据模具旋转轴线的空间位置，常见的离心铸造主要为卧式离心铸造和立式离心铸造。在冶金铸造企业中离心铸造应用最为广泛，主要生产大型离心轧辊、离心辊环、离心复合辊套类产品。本文着重介绍立式离心铸造机在使用过程中振动产生的原因及处理方法。

1 立式离心铸造机在使用中出现的问题

立式离心铸造机是冶金铸造企业的主要生产设备，用于许多复合金属产品的离心浇注生产，如复合金属离心轧辊、复合金属离心辊环、复合金属离心辊套等类产品的生产。离心机的工作转速在200～600 r/min 之间，连续运行时间4～6 h，设备承载在20～50 t 之间。

在实际生产过程中，离心机运行时常常会出现振动。尤其在钢液凝固后期，离心机振动会明显增大，严重时造成离心机剧烈晃动、地脚螺栓松动、油管脱落、密封件损坏、轴承磨损失效并影响周边设备正常运行等，对设备本身和周围环境造成较大的破坏。

2 立式离心铸造机振动原因分析

立式离心铸造机的结构及工作原理。铸造机的离心模具通过卡具固定在工作盘上，主轴通过轴承固定在机座内，上部连接工作盘，下部连接皮带轮，通过皮带传动使离心机旋转，在旋转过程中向离心模具中注入金属液体，在离心力的作用下逐渐凝固形成所需的铸件。图1 为立式离心机结构示意图。

根据离心机的结构设计及工作原理，引起离心机振动的因素主要有离心机的结构、设备的刚性、旋转件质量和转速、旋转件的质量偏心距。

合理的设备结构及设备刚性是保证设备运行稳定的关键，这些主要由设备设计制造单位按照生产工艺要求完成设备的设计与制造安装，保证设备具有合理的结构和刚性，从而保证设备运行的稳定。使用单位主要考虑离心机在使用过程中旋转件质量、转速、旋转件的质量偏心距对离心机运行稳定性的影响。由偏心力的公式F=m×e×ω²可知，旋转件质量、偏心距、转速是在生产过程中影响离心机振动的主要因素。偏心力的大小和旋转件质量、偏心距、转速的平方成正比。由于离心机载荷和转速是生产工艺的必要条件，在生产过程中一般不作调整。因此控制载荷的偏心距是减轻振动的主要措施，其偏心距越小，偏心力越小，振动就越小。

影响离心机载荷偏心的因素：①工作盘制造精度引起的质量偏心;②主轴轴承径向游隙引起的质量偏心;③离心模具与工作盘安装引起的质量偏心;④离心模具制造精度引起的质量偏心;⑤液态金属凝固收缩引起的质量偏心。

图1 立式离心机结构示意图

3 解决离心机振动的处理措施

根据离心机振动原因的分析，在离心机结构和生产使用环节上，采取一定的措施，可起到减轻离心机振动的效果。①在结构设计上，在离心机的纵向和水平方向设计安装减振装置，用于吸收和缓冲振动，降低对设备的损害；②在生产使用环节上，针对离心机在生产过程中引起振动的因素，重点控制离心机在生产过程中载荷偏心因素。

对工作盘制造精度与主轴轴承径向游隙引起的质量偏心在设计制造过程中应加以控制，消除其不良影响。在生产过程中主要控制离心模具与工作盘安装引起的质量偏心；控制离心模具制造精度；控制液态金属凝固收缩引起的质量偏心。

控制离心模具与工作盘安装引起的质量偏心，重点是控制离心模具安装精度。离心模具径向跳动控制在0.5 mm 以内，可明显减轻离心机振动。控制离心模具制造精度，主要要求模具铸造组织致密，内部无疏松、气孔等缺陷，模具的内外孔同轴度小于0.10 mm，同时在使用过程中检测模具的圆度是否发生热变形，并及时加工修整，保证离心模具的尺寸精度。

控制液态金属凝固收缩引起的质量偏心，由于大型离心机生产的产品直径均在Ø1 000～ Ø3 000范围，重量在5～15 t 之间，其凝固过程中铸件径向收缩量很大，造成的质量偏心多在几毫米以上，引起的偏心力成倍增加。因此，液态金属凝固收缩引起的质量偏心是离心机在生产过程中，尤其在金属液体凝固后期引起振动的主要原因。而液态金属在凝固过程中体积收缩不可避免，因此，在液态金属注入离心模具一定时间后，根据生产工艺要求，在不影响产品质量的情况下，适当降低离心机转速，抵消凝固收缩造成的偏心力，可减轻离心机的振动。

通过上述在离心机结构设计上进行改进与优化、主要备件加工质量控制、轴承选型以及生产过程中工序质量的控制，立式离心机在生产过程中的振动明显减轻，由振动引起的设备故障明显减少。

我公司的Ø4 000 mm 立式离心机，主要用于生产大型离心辊套、辊环，最大产品直径为Ø3 500 mm、设备载荷达到70 t。该设备在结构设计、设备制造以及生产工序质量的控制中，综合应用了上述成果，达到了该离心机设计的预期目标，设备运行平稳、可靠。

4 结束语

在立式离心铸造机的设计与使用管理上，经过多年致力于离心机振动的研究，不断对离心机结构及生产工艺进行总结与改进，尤其对大型离心机运行过程中振动的解决取得了较好的效果。如在结构设计上通过提高离心机机座刚度、增加离心机减振装置，合理选择主轴轴承等提高离心机的抗振性；在生产过程中加强对模具质量的控制、模具安装精度的控制、以及针对液态金属凝固收缩引起的质量偏心，采取的温控降速的方法，均对降低离心机振动取得了良好的效果。

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