弹性基础在轧辊磨床上的应用

弹性基础在轧辊磨床上的应用
王子洪;何川;谌立贵;叶芳
【摘要】振动是影响像轧辊磨床这样的高精度机床加工质量的一个重要因素,通过分析振动的传播、衰变规律,提出弹性基础是解决振动的一种有效方法,同时也根据实际需要确定隔振元件的选择,特别提及弹性基础应注意事项.
【期刊名称】《现代机械》
【年(卷),期】2011(000)006
【总页数】3页(P12-14)
【关键词】弹性元件;轧辊磨床;振源;被动隔振
【作者】王子洪;何川;谌立贵;叶芳
【作者单位】险峰机床厂,贵州惠水550601;险峰机床厂,贵州惠水550601;险峰机床厂,贵州惠水550601;险峰机床厂,贵州惠水550601
【正文语种】中文
【中图分类】TB535+.1
0 引言
轧辊磨床适合于磨削冶金工业中轧机上的工作辊和支撑辊，造纸工业中纸机上的轧辊，橡胶工业中各种压辊，印染工业中的各种金属和非金属压辊等，号称是大型机床的“母机”。

现代机床发展方向之一就是高精度、高数控、大型化发展，机床安装占地面积大，
现代化的工厂为了提高生产效率，减少运输等辅助加工时间，设备之间的间距越来越小，机床安装的密度也大幅提高;精加工设备及精加工机床非常灵敏，对环境振
动要求很高，为保证这些机床能正常工作，充分发挥出机床应有精度，各种精加工、数控机床对外来的振源的消除提出了更高的技术要求，尤其是数控轧辊磨床对外来振源消除的要求更为明显。

1 弹性基础的提出
早期的轧辊磨床是采用安装沉砂基础上再加水泥地基的方式，所需时间比较长，期间的工作步骤繁多，效率低下，具体比较如表1。

表1 基础类型方式建设时间早期普通基础沉砂+钢筋混凝土地基至少半年弹性
基础弹簧隔振器+钢筋混凝土地基一个月左右
由表1可见早期的轧辊磨床基础已经不适合现在轧辊磨床交货期的要求。

进行多
次实验，对多种方式的机床基础进行了比较，现选取一些参数进行对比，实验方法及结果如下。

(1)现场振动测点示意(图1)
(2)实验结果
表2 有弹性基础实验表
表3 早期无弹性基础实验表
(3)结论
由此可见弹性基础有良好的隔振效果。

从振源角度来看，多数动力设备，尤其是锻压设备和冲压设备附近的地面振动要大得多，动力设备引起的地面振动是大多数精密机床基础振动容许值的10～400倍。

虽然实践中精密机床距动力设备通常会有一定距离，但振动在土壤中的衰减比人们想象的要慢得多，在常见的40 m～100 m的距离内，衰减理论上只有2～10倍，
因此在大部分情况下，精密机床工作场地的振动会超标，这时最有效的办法就是采取弹性隔振基础。

2 振动的传播与衰减规律
在世界范围内，弹簧隔振技术成功运用于工业领域虽然已有超过百年历史，但在中国，从理论到实践来说都是一项比较新的技术，在众多领域都不被大家所认识和了解。

对轧辊磨床来说，要想减少振动影响，必须对振动的传播和衰减规律有所了解。

我们结合相关资料发现振动在土壤中的衰减有两种原因:一是因为土壤的阻尼作用对
振动能量的消耗吸收，高频波因为波长短，在土壤中衰减较快，低频波因为波长长，在土壤中衰减较慢;二是振动能量密度随着距振源中心的几何距离增大而降低，压
缩波呈半球状向外扩散，衰减较快;剪切波沿地表呈环状向外扩散，衰减较慢。

一
般情况下，距振源某处地面的振动能量由该处压缩波和剪切波叠加而成，压缩波的振动能量与离振源距离r成反比，剪切波的振动能量与离振源距离r的平方根成反比，合成后介于 r－1～r－0.5之间。

《动力机器基础设计规范》GB50040－96
给出了一地面振动衰减公式[1]，r0为能量吸收系数，ξ为几何衰减系数:
例如若大型轧辊磨床冲击波源12 m处振幅为380 μm，150 m 处为47 μm，距
离12.5倍，衰减了约8倍。

3 制定轧辊磨床隔振方案的策略
我们通过实践发现在修建机床基础前，应对轧辊磨床工作场地周围的振动环境进行调查和实测，摸清周围的主要振源及其对轧辊磨床工作场地的振动贡献。

调查的振源应包括锻锤、压力机、冲床、空压机、风机、水泵，天车等设备，以及附近公路、厂内卡车行驶路面和铁路，摸清不同振源对轧辊磨床基础地面的振动速度贡献(或
加速度)及其频谱特性。

必要时要测量磨床100 m范围内振源设备附近的地面振动
速度和频谱，一般以距振源设备中心10 m处的实心地面为测点。

然后地面根据振动情况和设备情况，挑选振动最小的场地作为数控轧辊磨床的工作场地，之后确定对机床进行被动隔振还是对振源进行主动隔振，主要原则是:
如果对振源设备进行主动隔振，可以使周围所有精密机床都受益，主动隔振的减振效果一般在70～90%之间;如果对轧辊磨床等精密机床进行被动隔振，能保护隔振对象不受周围设备干扰，投资相对较小，但只能保护本设备，被动隔振的减振效果一般在80～90%之间。

近10年来对轧辊磨床精度的要求达到了即使是非常微小的振动也能导致轧辊表面出现不允许的斑点或影纹。

轧辊磨床附近的轧机、以及用行车将轧辊起落到轧辊支承架上、附近公路和铁路交通都能引起这样的振动。

所以数控轧辊磨床一般应采用被动隔振，弹性隔振基础就是其中一种比较成熟、有效的隔振技术。

图2是轧辊磨床弹簧基础的原理图。

4 隔振元件的选取
钢弹簧隔振器是轧辊磨床隔振所用的最广泛的隔振器，其性能稳定，不蠕变，耐高温，耐低温，耐油，不老化，一般与阻尼器并联使用或集成有粘滞阻尼器。

钢弹簧隔振器由于线性好，理论计算与实际吻合很好，弹性范围宽，对于像轧辊磨床这样精密机床，隔振体系的固有频率一般在2 Hz～8 Hz之间。

大型隔振器一般为可预紧式，以方便调平。

除了钢弹簧隔振器外还有一种带有伺服系统的空气弹簧隔振器。

相对于钢弹簧隔振器，空气弹簧隔振器的寿命较短，使用和维护成本也较高。

橡胶隔振器由于易蠕变和老化，一般只用于小型精密机床隔振。

大量实践证明，浮置于钢弹簧隔振器上的基础均没有出现导致轧辊磨床无法正常磨削的情况，磨削精度大幅提高。

5 安装轧辊磨床弹簧隔振基础注意事项
轧辊磨床弹簧隔振基础在今天已经是非常普遍了，图3是险峰机床的MK8200数控轧辊磨床弹性基础示意图。

为了保证在安装不同重量的轧辊以及轧辊磨床托板移动时，机器轴线弯曲变化控制在允许的范围内，不但要选择弹簧系统的正确布置，而且对保证床身具有足够刚度的基础尺寸也是非常重要的。

此外，基础块还要注意以下事项:
●弯曲固有振动频率应足够高，以防止共振现象的发生;
●作为动态惯性质量;
●具有足够的质量，以保证在负荷变化或安装不同重量的轧辊时基础不会过度的倾斜。

●为保证机床正常使用，在机床安装之前，基础之下的弹性元件必须锁死，待机床安装好后才能打开。

另外在使用过程中我们发现弹性基础除了隔振作用，当存在地基不平或有不均匀沉降可能时，轧辊磨床所采用的弹性隔振基础可以使床身受力更为均衡，保持床身精度;当地基沉降过大时还可快捷调平基础。

6 结束语
其实还有其他解决振动的方法，这里只是根据我厂的生产实际情况采取的一种办法，各种机床对振动消除要求不一样，进而所采用的方法也不一样，希望通过对这种方法的介绍，抛砖引玉同广大同行进行探讨和互相学习。

参考文献
[1]徐建，刘纯康，黎益仁，俞渭雄等.隔振设计规范.中国计划出版社，2008-11-
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[2]汪星桥，盛伯浩，遇立基.机床部件设计手册.机械工业出版社，1986-12
[3]成大先，王德夫，姜勇.机床设计手册.化学工业出版社，1994-4。