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四八一二廠高壓空壓機(jī)異常噪聲的分析與處理

時(shí)間：2020-04-27 19:37:47 點(diǎn)擊：次

1　引言
高壓空壓機(jī)是軍港或軍械供氣站等場(chǎng)所的主要設(shè)備之一，通過(guò)空壓機(jī)各級(jí)氣缸中工作容積的不斷變化,，對(duì)吸入的空氣進(jìn)行壓縮,，從而產(chǎn)生具有一定壓力的壓縮空氣,。空壓機(jī)啟動(dòng)后,，壓力逐漸升高,，其產(chǎn)生的綜合活塞力通過(guò)活塞、連桿及曲軸部件傳遞給滾動(dòng)軸承,，滾動(dòng)軸承再通過(guò)其安裝孔傳遞給兩端支撐的曲軸箱和軸承座上,，最后通過(guò)空壓機(jī)支腳傳遞給安裝基礎(chǔ)]?？諌簷C(jī)工作時(shí),，滾動(dòng)軸承與其安裝孔之間有交變的作用力，同時(shí)為了降低空壓機(jī)的振動(dòng)和噪聲等指標(biāo),，一般既要控制曲軸的徑向跳動(dòng),，也要控制曲軸的軸向竄動(dòng)，即要限制曲軸在徑向和軸向上的運(yùn)動(dòng)而不能發(fā)生大的位移變化量,。
2　異常噪聲的現(xiàn)象及原因分析
某型高壓空壓機(jī)在首臺(tái)樣機(jī)開始試運(yùn)行的過(guò)程中,，逐漸出現(xiàn)間歇性的異常噪聲,，且隨著末級(jí)背壓的升高，噪聲值有加大的趨勢(shì),，且當(dāng)時(shí)除了噪聲異常外,，空壓機(jī)仍能“正常”運(yùn)行,。在發(fā)現(xiàn)此異?，F(xiàn)象后，工廠工程技術(shù)人員第一時(shí)間到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查驗(yàn),、分析,。基于此款高壓空壓機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊和出現(xiàn)異常噪聲現(xiàn)象的特點(diǎn),，經(jīng)初步判斷,，可能有如下幾個(gè)方面的原因：
（1）組合氣閥。由于各級(jí)的氣閥均為組合閥,，在工作過(guò)程中,，其進(jìn)、排氣閥片或彈簧片可能出現(xiàn)了局部斷裂或破損,，在高頻率的吸氣和排氣過(guò)程中,，發(fā)出間歇性的空氣噪聲；
（2）風(fēng)扇葉片,。因風(fēng)扇與曲軸采用錐面配合,，且冷卻風(fēng)扇的葉片直徑較大，在曲軸帶動(dòng)風(fēng)扇做高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中,，由于其錐面加工誤差,、裝配質(zhì)量、葉片剛度以及動(dòng)平衡等因素的綜合影響,，風(fēng)扇葉片振幅過(guò)大導(dǎo)致與其周圍物體有輕微的摩擦,，進(jìn)而產(chǎn)生間歇性的機(jī)械噪聲；
（3）軸承缺油,。曲軸主軸頸處安裝滾動(dòng)軸承的供油量不足,，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)軸承出現(xiàn)了干摩擦或局部結(jié)構(gòu)性損傷而產(chǎn)生的異常噪聲,；
（4）軸承公差與配合,。曲軸主軸頸處安裝滾動(dòng)軸承的公差與配合不當(dāng)，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),，滾動(dòng)軸承松動(dòng)后出現(xiàn)了間隙而產(chǎn)生的異常噪聲,。
3　異常噪聲的排除過(guò)程及方法
在綜合考慮了該設(shè)備的保障性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，同時(shí)盡量縮短故障排除的時(shí)間，在進(jìn)行故障排查前,，制定了排查步驟：先檢查空壓機(jī)外圍的輔助部分,，再檢查空壓機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即先排查拆卸少的外圍部件,，最后排查拆卸多的內(nèi)部結(jié)構(gòu),。
首先，根據(jù)噪聲源的分布情況,，通過(guò)逐級(jí)拆卸各級(jí)的氣缸蓋,，取出對(duì)應(yīng)級(jí)的組合閥，開機(jī)檢查并通過(guò)前后噪聲的對(duì)比,，初步判斷異常噪聲不是由組合閥引起的,。
其次，根據(jù)冷卻風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),，先拆掉其周圍的風(fēng)扇罩殼,，開機(jī)后噪聲依然存在，后把冷卻風(fēng)扇及其附屬管路均拆卸下來(lái),，開機(jī)發(fā)現(xiàn)噪聲依舊,，故而判斷異常噪聲也不是風(fēng)扇葉片引起的。
最后,，在空壓機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上查找原因,，因軸承座是通過(guò)8個(gè)螺栓連接到曲軸箱端部的，故先把軸承座從端部拆卸下來(lái)并檢查其內(nèi)孔安裝的滾動(dòng)軸承,。當(dāng)軸承座拆卸完畢時(shí),，其表面溫度仍有約30益左右,，經(jīng)初步檢視,，在滾動(dòng)軸承的可視表面上均勻布滿了潤(rùn)滑油，也沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷及干涉現(xiàn)象,，但隨后用手稍用力向外拉動(dòng)滾動(dòng)軸承時(shí),，即被輕松地拉出來(lái)3 mm左右，且同時(shí)發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)軸承在孔內(nèi)可以輕微的“晃動(dòng)”（由表1知此時(shí)已為小間隙配合了）,，后把其一起放入油槽內(nèi)稍許加熱即可把滾動(dòng)軸承完全拉出來(lái),，此時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承座的內(nèi)孔表面和滾動(dòng)軸承的外圓周表面上，且沿著圓周運(yùn)動(dòng)的方向上均有明顯的摩擦痕跡,，后經(jīng)檢測(cè),，內(nèi)孔已失圓。
經(jīng)過(guò)分析,，初步判斷異常噪聲是由于安裝在軸承座內(nèi)孔處的滾動(dòng)軸承出現(xiàn)了間隙配合,，并在高速旋轉(zhuǎn)和力的共同作用下，發(fā)生了較嚴(yán)重的相對(duì)位移，從而產(chǎn)生了異常噪聲,。
4　試驗(yàn)驗(yàn)證的過(guò)程及方法
在設(shè)計(jì)空壓機(jī)時(shí),，尤其是配裝在艦船上的空壓機(jī)，一般有質(zhì)量要求,，為了降低機(jī)組的整體質(zhì)量,，軸承座等采用鑄鋁合金ZL104，滾動(dòng)軸承選用進(jìn)口件,，一般為軸承鋼或合金鋼的標(biāo)準(zhǔn)件,。當(dāng)拆卸下來(lái)的軸承座降至環(huán)境溫度12.5益時(shí)，使用內(nèi)徑千分表測(cè)量軸承座的內(nèi)孔,，其最小直徑處的偏差約為-0.013 mm,，用杠桿千分尺測(cè)量滾動(dòng)軸承的外徑，其尺寸偏差約為-0.004 mm,。調(diào)閱軸承座原始設(shè)計(jì)尺寸,，其內(nèi)孔的極限偏差為覫110（-0.022~0）mm，且沒(méi)有標(biāo)注加工和檢測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度要求,。經(jīng)查,，當(dāng)時(shí)這個(gè)軸承座的加工環(huán)境溫度約為15益，記錄的加工尺寸偏差為-0.01 mm,。
試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),，使用油浴法加熱，即分別把拆卸下來(lái)的軸承座和滾動(dòng)軸承放置在同一個(gè)油槽內(nèi)加熱,，保溫一段時(shí)間后,，分別測(cè)量油溫在30益、40益,、50益及68益時(shí)幾個(gè)階段軸承座內(nèi)孔和滾動(dòng)軸承外徑的尺寸,，由于加熱膨脹，內(nèi)孔和外徑均會(huì)變大,，并在68益左右時(shí),，其內(nèi)孔偏差增至+0.088 mm，而滾動(dòng)軸承外徑偏差增至+0.056 mm,。由此可知,，隨著溫度不斷上升，滾動(dòng)軸承就由最初的過(guò)盈配合,，逐漸變成了間隙配合,，而且運(yùn)行過(guò)程中交變應(yīng)力的作用會(huì)使間隙值進(jìn)一步加大。
根據(jù)設(shè)計(jì)的油冷卻器不同,，往復(fù)活塞式高壓空壓機(jī)工作時(shí)的油溫也即軸承座內(nèi)孔處的溫度一般在55耀75益之間,，因此,，在加工軸承座的內(nèi)孔時(shí)，需要根據(jù)加工和檢測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度,，嚴(yán)格控制其內(nèi)孔的尺寸偏差,。
經(jīng)試驗(yàn)、記錄,，產(chǎn)生異常噪聲的軸承座,，其內(nèi)孔改進(jìn)前的加熱試驗(yàn)結(jié)果和曲線圖，如圖1所示,。由圖1可以看出,，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于壓縮和摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱,，且配合的2個(gè)零件膨脹系數(shù)相差較大,，當(dāng)軸承座和滾動(dòng)軸承的溫度超過(guò)27益左右后（即圖1中的C點(diǎn)），軸承座內(nèi)孔的偏差值就開始大于滾動(dòng)軸承外徑的偏差值,，且隨著溫度不斷升高,，雖然滾動(dòng)軸承外徑的偏差值也變大，但表示軸承座內(nèi)孔尺寸偏差大小隨溫度變化的A線此后就一直處于滾動(dòng)軸承外徑尺寸偏差B線的上方,，即2個(gè)零件間將出現(xiàn)間隙,，逐漸松動(dòng)而產(chǎn)生相對(duì)位移，進(jìn)而形成噪聲源,。

5　處理措施
在綜合分析了異常噪聲的排除過(guò)程和驗(yàn)證試驗(yàn)后,，如何有效地解決和控制鑄鋁合金及類似材料的加工尺寸問(wèn)題，是研究的最終目的,。
為此,，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]中提供的鑄鋁合金膨脹系數(shù)及所做的驗(yàn)證試驗(yàn)，按5益為一個(gè)梯度,，規(guī)定了此鑄鋁合金軸承座內(nèi)孔的加工原則：即滾動(dòng)軸承座內(nèi)孔的加工尺寸,，必須考慮加工和檢測(cè)時(shí)的溫度影響，圖樣上標(biāo)注的內(nèi)孔尺寸極限偏差（見(jiàn)圖2）是針對(duì)環(huán)境溫度為20益時(shí)的情況,，當(dāng)加工和檢測(cè)時(shí)的溫度與20益偏離時(shí),，每增加或減少5益,，其上,、下偏差值就相應(yīng)增加或減少0.01 mm，依此類推,。

根據(jù)上述的加工原則并優(yōu)化軸承座內(nèi)孔的極限偏差,，同時(shí)考慮工廠加工場(chǎng)所的實(shí)際情況，現(xiàn)給出了5耀35益的環(huán)境條件下,，統(tǒng)計(jì)不同環(huán)境溫度時(shí)軸承座內(nèi)孔尺寸對(duì)應(yīng)的極限偏差,，詳見(jiàn)表1。

按表1中列出的不同溫度時(shí)對(duì)應(yīng)的極限偏差進(jìn)行零件加工，并隨機(jī)抽取數(shù)只改進(jìn)后的軸承座,，取其偏差的平均值（加工環(huán)境溫度約10益）,，又進(jìn)行了同樣的加熱試驗(yàn)，并記錄了加熱溫度及對(duì)應(yīng)的尺寸偏差情況,，其試驗(yàn)結(jié)果與曲線圖見(jiàn)圖3,。

由圖3可以看出，在綜合考慮了溫度的影響及優(yōu)化軸承座內(nèi)孔的極限偏差后,，在軸承座內(nèi)孔處和滾動(dòng)軸承的溫度達(dá)到70益左右時(shí),，其表示軸承座內(nèi)孔尺寸偏差大小隨溫度變化的A線就一直處于滾動(dòng)軸承外徑尺寸偏差B線的下方了，即一般空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的油溫范圍內(nèi),，基本可以保證2個(gè)零件一直處于適度的過(guò)盈配合狀態(tài),，從而避免了因2個(gè)零件間出現(xiàn)間隙，逐漸松動(dòng)后而產(chǎn)生的異常噪聲現(xiàn)象,。
6　耐久性試驗(yàn)情況
按上述原則和方法加工出的軸承座,，在批量裝配使用前，先隨機(jī)安裝在一臺(tái)空壓機(jī)上,，并參照GJB 1491-92 《艦用電動(dòng)高壓往復(fù)活塞空氣壓縮機(jī)通用規(guī)范》中4.7節(jié)的檢驗(yàn)方法,，重新進(jìn)行了1000 h的耐久性試驗(yàn)。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,，沒(méi)有再出現(xiàn)類似的異常噪聲,，后經(jīng)拆機(jī)檢查，滾動(dòng)軸承連接緊固,，也沒(méi)有出現(xiàn)相對(duì)摩擦等的痕跡,，且在后續(xù)批量進(jìn)行的生產(chǎn)、試驗(yàn)及銷售的空壓機(jī)中,，也均沒(méi)有一臺(tái)空壓機(jī)出現(xiàn)之前的異常噪聲現(xiàn)象了,。
7　結(jié)語(yǔ)
在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，需要根據(jù)故障的特點(diǎn),，及時(shí),、準(zhǔn)確地進(jìn)行故障預(yù)判，通過(guò)全面分析故障現(xiàn)象,，并結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理,，客觀準(zhǔn)確地判斷故障原因及損害程度，科學(xué)地制定排查措施和實(shí)施步驟,。
通過(guò)實(shí)例進(jìn)行總結(jié),，可以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使零件的加工過(guò)程和質(zhì)量活動(dòng)處于受控狀態(tài),，同時(shí)給重要零件在選用相似或同一類型的材料時(shí)提供參考和方法,。

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