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振动时效设备在石油钻机传动装置的联动机底座上的应用

分类:消除残余应力    关键词:振动时效设备

石油机械中大量焊接件、锻件、铸件在加工制造过程中需要去应力退火,其目的主要是为了降低残余应力、减小工件的变形和开裂。在钻机制造过程中需对井架架身、井架底座、机房底座、联动机底座、绞车支架等重型焊接构件进行振动时效技术试验和研究,本文是采用振动时效设备对某石油钻机传动装置的联动机底座进行消除应力处理,确定合理的振动时效工艺参数,研究振动时效工艺有效性。

工件尺寸和使用设备

某新型钻机传动装置1号联动机底座长7145mm,宽1540mm,高380mm,长与宽之比等于4.6大于3,长与高之比等于18.8大于10。

设备采用聚航科技生产的JH-700A智能频谱交流振动时效设备,采用高速变频伺服电机,激振力大,适合高刚性和高固有频率零件的残余应力消除。

振动时效处理参数

支撑点、激振点、拾振点的选择

振动时效的激振力是由激振器产生,工件在共振时,振动波形为正弦波,可以清楚地观察到工件的某些部位剧烈振动(振幅*大),该处为波峰,而某些部位又基本不振动(振幅*小),该处为波谷。为了便于激发和用较小的激振力获得较大的振幅,一般激振器安装在靠近波峰的位置,但不能完全安装在波峰处,因在此处,振幅变化较大,造成激振器底座的弯曲变形,但不能完全安装在波谷处,因为处时基本不振动。另外在安装激振器时还要考虑选取局部刚度大、强度高的部位,以便使激振器更好的带动工件振动。在对钻机进行振动时效处理时,将支撑点选在波谷处,激振点和拾振点选在波峰处。

设定工件为梁型,其振动为弯曲振型,橡胶垫采用四点支撑,支撑在距两端的2/9处,即1590mm处。激振器应用弓型卡栏固定在底座的中间一侧,加速度计被用永磁铁固定在底座远离激振器的一个角上。

激振频率测定

激振频率选择在共振峰的前沿,即接近共振峰的亚共振区内,这样避免了工件的硬化、软化和疲劳损坏,并且振动效果稳定。

启动激振器,使它从起始转速自动升速,根据加速度一频率特性曲线可以看出有两个共振频率,3520r/min和5900r/min,其加速度值分别为2.6g、2.8g,可见两个共振频率的加速度幅值相差不大。根据噪音低、防止设备高负荷运转的要求,选择第一个共振频率,为了保证亚共振区内的激振,选择激振频率为3515r/min。

激振力的调整

改变激振力大小是通过改变激振器的偏心距来实现的,即通过改变激振器的偏心档位来完成,经过反复试验,发现将激振器的偏心档位设置在第二档能获得非常理想的处理效果。

激振时间的确定

在底座振动时效处理过程中,实测出加速度--时间曲线,确定对底座的处理时间为20min。从曲线可以看出:振动时效前5min残余应力变化最快,15min以后就趋于稳定。

振动时效处理效果评定

曲线判断法

如何根据振动曲线快速判断时效结果是一项重要的工作,首先利用振动时效处理前后曲线的变化来判断其结果。

从振动曲线图可以看出:振动时效后的加速度-频率曲线比振动时效前的加速度-频率曲线有明显的升高和左移,比较振前、振后扫描的两条曲线,发现共振峰幅值从2.6g增加到3.3g,且波峰从3520r/min左移到3515r/min,因此可以判定底座达到了振动时效工艺的处理效果。

工件尺寸稳定性测量

采用比较法对底座的几项主要精度测试项目进行了研究。底座经振动时效处理后存放一段时间,对其精度保持情况作了测试比较,证明振动时效处理后,底座的尺寸精度保持情况良好。

以上就是振动时效设备在石油钻机传动装置的联动机底座上的应用,经实验证明,振动时效工艺效果是有效的。并且其工艺简单,节能环保,可在石油机械制造行业中推广使用。


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