科技成果——频谱谐波时效技术

科技成果——频谱谐波时效技术

适用范围

机械行业，机械制造过程中金属工件在铸造、锻压、焊接和切削加工和使用中的残余应力的降低和均化。

成果简介

1、技术原理

通过傅立叶分析，不需扫描，在100Hz内寻找低次谐波，施加合适的能量在多个谐波频率振动，引起高次谐波累积振动产生多方向动应力，与多维分布的残余应力叠加，造成塑性变形，从而降低峰值残余应力，同时使残余应力分布均化。

2、关键技术

将电子测量技术、计算机技术、自动控制技术等结合在一起，机电一体化。特点是各功能模块采用目前先进成熟的技术，最后组合成最先进、可靠的设备。其中，加速度的测量与数据采集、FFT频谱分析，直流电机的PWM控制和电机转速的稳频等为关键技术。

（1）控制器驱动激振器进行振动，通过加速度传感器，在1000-5000rpm的转速范围内采集进行傅立叶分析的数据，获取工件的固有频率及其谐振频率分布。

（2）对获取的频率自动进行分类、排序和选取时判据原则是：A、多振型原则；B、

最大能量吸收原则；C、频谱分析。只选取范围在16.7-200Hz以内的频率，处理的激振频率选取范围在16.7-167.7Hz以内。

（3）自动选取要处理的频率个数为3个或3个以上，自动选取要处理的频率个数最佳为5个。

（4）以最佳疲劳载荷加载原则为判据来确定（2）中所选取频率需要处理的时间。

（5）顺序处理（2）中选取的频率时，若由共振频率，则自动跳开共振频率去处理下一个频率。

（6）本专家系统软件作为工艺设备核心，要求具备高可靠性、操作便捷性，因此分别选择在成熟稳定的MSDOS平台和Windows XP，下采用Turbo C2.0语言编写，以达到内存节约、系统稳定的需求。

3、工艺流程

在毛坯状态下、粗加工之后、半精加之后用频谱谐波时效的方式取代原来的热时效，以消除材料和加工之后产生的残余应力，提高尺寸精度稳定性，防止变形开裂。

主要技术指标

1、功能指标

（1）最大激振力可达80kN；

（2）对工件进行傅里叶频谱分析，找出5个谐振频率，2个备用谐振频率；

（3）循环选择频率，同时具备加速度延时保护功能和亚共振频率自动过峰功能；

（4）振动参数除激振力调节保证有两个最大振动加速度30-70m/s2值在外，其余参数选择由振动设备自动完成；

（5）振动频率为6000rpm以下，噪音低；

（6）设备的软件操作系统：Windows XP。

2、硬件技术指标

（1）高速、多通道的A/D转换，保证了数据的高速采集和实时处理；

（2）商效、严格的数字信号处理，无需电机从1000转到10000转进行全程扫描，通过频谱分析即可得到相应的峰值，并可自动确定最佳的振动频率组；

（3）采用高速微处理器作为下位机，对电机具有高精度的控制能力，电机稳频精度为：±1rpm；

（4）采用先进稳波控制技术，电流输出平稳、无电气噪音，温升大幅度降低，电机持续运行可靠性和寿命高；

（5）在大偏心、转速通过亚共振峰时，可以抗击瞬间超过30A的过载大电流；

（6）采用电磁屏蔽结构，防止信号由于外界电磁干扰造成波动、失真的现象；

（7）加速度值由符合国家标准的振动测量仪在：30-70m/s2范围内进行校订，保证振动强度符合国军标《WJ2969-2008》；双保险：加装电源滤波器和自主设计的吸收电路模块，防止工作电源受干扰波动时，设备造成损伤。

典型案例

节能改造情况：中船重工集团下属的重庆齿轮箱有限责任公司，现有25台频谱谐波时效设备用于建材行业和风电行业。每年需热时效工件产量3.5万吨。

节能效果：据重齿集团提供数据，采用频谱谐波时效技术替代热时效后，节电1198万kW，节约天然气120万m3，累计节约标煤达6435t。频谱谐波时效处理工件每1t消耗1kWh计算。另来自中国信息协会数据：每节约1亿kWh就意味着节约4.04万tce，减排10.64万tCO2。

经济效益：项目总投资1000万用于设备采购，半年即可收回投资，能耗节约率达99.7%。原支付配套厂热时效费用400元／t，采用频谱谐波时效技术后支付配套厂费用为100元/t，加工费用节省1050万，节约电费779万元，节约天然气费用为160万元，年累计节约为1989万元。