1.导言

农业机械（联合收割机的脱粒滚筒、秸秆切碎机、旋转式割草机等）的转子高速旋转，承载着巨大的质量。这种转子即使有轻微的不平衡也会引起强烈的振动，影响整个机器的运行。转子平衡是联合收割机和割草机维修的关键部分，它决定了设备的可靠性和效率。然而，在实践中，这方面往往得不到足够的重视。因此，不平衡的装置会导致零件磨损加速、旺季意外故障，甚至构成安全威胁。本文详细探讨了转子平衡为何如此必要、哪些装置需要平衡、有哪些平衡方法，以及现代设备 Balanset-1A 如何帮助解决振动问题。真实的例子和经济计算将向农民和农场管理者表明，适当的平衡不是一项开支，而是一项对设备不间断运行和长使用寿命的投资。

2. 什么是不平衡及其后果

转子不平衡是指相对于旋转轴的质量分布不均匀。换句话说，转子有一个“重”的侧面或部分，在旋转时会引起振动。不平衡主要分为两种类型：静态不平衡和动态不平衡。

当转子的重心与其旋转轴不一致时，就会发生静态不平衡。例如，如果转子自由悬挂或安装在水平棱柱上，则转子将以较重部分向下的方式转动。要消除这种不平衡，只需在一个平面上增加或移除重量，直到重心与旋转轴对齐即可。

动态不平衡更为复杂：当转子两端的较重部分存在时，就会发生动态不平衡。在静态下，这种转子可能看起来是平衡的（两端的较重点似乎相互抵消），但当转子旋转时，这些部分的离心力会作用于不同的平面，从而引起振动。动态不平衡无法通过在某一点增加重量来消除——需要在两个平面（转子两端）进行平衡。

不平衡的后果会迅速显现，并对设备产生负面影响。不平衡转子产生的剧烈振动会导致轴承和支架上的动态负载增加，从而导致它们过早失效。原本可以使用多年的设备在几个月内就会磨损——例如，轴承必须每 2-3 个月更换一次。

旋转部件不平衡还会导致框架和紧固件的金属疲劳：出现裂纹、螺栓松动、支架变形。这些隐藏的损坏累积起来可能会导致突然的严重故障——例如，设备外壳损坏或旋转部件脱落。

此外，振动还会降低机器的性能和效率。部分能量浪费在振动上，而不是有用的工作上。据估计，如果机械装置不平衡，设备的生产力损失可能高达 30%。带有振动滚筒的联合收割机脱粒和清理谷物的效果更差，作物损失可能会增加。对于操作员来说，剧烈的振动意味着舒适度下降和疲劳；驾驶室很吵，小零件会发出嘎嘎声。

在某些情况下，不平衡也会成为安全问题：旋转起来的重碎片（例如，紧固件断裂时秸秆切碎机的刀）会造成危险，过度的振动会使机器难以控制。因此，不平衡不仅仅是轻微的振动，而是一个严重的问题，会导致磨损增加、事故、效率降低和人身风险。

3. 联合收割机和割草机的哪些旋转装置需要平衡

联合收割机和旋转式割草机中几乎所有具有较大质量或旋转速度的旋转装置都需要平衡。让我们考虑一下最关键的装置：

联合收割机脱粒滚筒

这是传统联合收割机的主转子，负责脱粒。滚筒通常直径很大，重达数百公斤，并且高速旋转（例如，500-1000 rpm）。制造商在工厂对滚筒进行平衡，但随着时间的推移，由于打浆机磨损、污垢粘附、维修后更换零件等原因，平衡可能会被破坏。不平衡的脱粒滚筒会导致振动传递到整个联合收割机机身，加速轴承和机架的磨损。凹面、滚筒打浆机和传动带尤其容易受到影响。定期对滚筒进行动平衡对于联合收割机的平稳运行和长使用寿命是必要的（需要注意的是，对滚筒进行任何操作后 - 更换打浆机、修理轴 - 都需要重新平衡）。

打浆机和转子系统

在联合收割机中，除了主滚筒外，脱粒分离装置还有其他旋转单元。在传统联合收割机中，滚筒后面是打浆机（抛料滚筒），可加速物质向秸秆输送——它也高速旋转，不平衡时会引起振动。在旋转联合收割机中，不使用滚筒，而是使用长主转子（轴向转子），同时进行脱粒和分离。这种转子本质上是一个长螺杆/滚筒，需要进行严格的动态平衡。这些单元（滚筒、打浆机、转子）中的任何一个都必须仔细平衡，否则振动会降低脱粒效率，并可能导致昂贵的部件（秸秆输送机、筛子、轴承等）失效。

秸秆切碎机

该装置安装在联合收割机的出口处，用于切碎和散布秸秆。秸秆切碎机转子通常是带有旋转刀或锤子的圆柱形轴。它旋转得非常快（通常为 2500-4000 rpm），将秸秆切碎。切碎机不平衡是联合收割机振动的常见原因之一，因为刀片会随着时间的推移变钝，重量不同（例如，如果有些是新的而另一些已经磨损），有时刀片甚至会折断，导致严重的质量偏差。此外，切碎机的外壳相对较薄，可能会变形。不平衡的秸秆切碎机会导致联合收割机后部明显晃动；这会导致紧固件断裂、轴承损坏，甚至切碎机外壳本身损坏。每次对刀片进行重大维护时，都应对秸秆切碎机进行平衡。该装置的特点是由于结构灵活（外壳较薄），在平衡过程中应注意所有零件没有裂纹并可靠紧固。

旋转式割草机和碎草机

旋转式割草机包括用于割草或切碎植物残渣的农业机械，其中切割工具会旋转。这包括用于干草的滚筒和圆盘式割草机、旋转式碎草机、切碎式割草机（安装在固定或牵引装置上）。任何带有快速旋转的滚筒/轴和刀片的割草机都容易出现不平衡问题。例如，带有大型轴和许多枢转悬挂刀片的割草机或碎草机（如联合收割机的秸秆切碎机）。当更换刀片或遇到异物时，该转子很容易失去平衡。因此，割草机开始振动，这对拖拉机动力输出装置和联合收割机框架本身来说是危险的——外壳出现裂缝，支撑轴承失效。平衡割草机转子与联合收割机转子一样重要。值得注意的是，试图“目测”（静态）平衡长割草机轴通常是不成功的——需要动态平衡（请参阅下面的平衡方法部分）。定期检查和平衡碎草机和割草机可以防止刀片断裂、减少振动、使拖拉机工作更平稳并延长整个装置的使用寿命。

其他单位

平衡可提高设备性能的其他旋转装置包括设备中的风扇和离心机。联合收割机有一个高速旋转的谷物清洁风扇——灰尘粘附或弯曲的叶片会引起不平衡，从而降低清洁效率并损坏风扇轴承。此外，谷壳和秸秆撒播器（安装在切碎机后面的圆盘或刀片）也应进行平衡——通常是一对带刀片的圆盘，它们的不平衡会引起联合收割机机身振动。在谷物加工设备中——螺旋钻、破碎机滚筒、离心机转子——平衡也是强制性的，尽管它们超出了本文讨论的范围。主要原则：任何高速旋转的大型部件都应进行平衡。这既适用于新部件（工厂平衡），也适用于维修或长期运行后的装置。忽视这种装置的平衡迟早会导致上述问题。

4. 转子平衡方法

转子平衡有多种方法，根据执行条件、精度和所需设备而有所不同。让我们考虑一下主要方法及其优点和缺点：

工厂平衡

几乎所有联合收割机和割草机制造商都在工厂对关键的旋转装置进行平衡。使用专门的平衡机，安装滚筒或转子，并借助灵敏的传感器和测试重量确定不平衡情况。然后将平衡重量添加到转子上（例如，拧上平衡板、焊接垫圈或在重物区域钻小孔以减轻重量）。工厂平衡可确保新零件满足严格的振动公差。 优点： 高精度、使用固定设备和质量控制。 缺点： 在运行过程中，不平衡现象可能会再次发生（例如由于磨损或修理），而在现场，工厂机器不可能再出现这种不平衡现象。

静态平衡（现场无需设备）

这是最简单的方法，农民经常采用“老式方法”。将转子拆下并放置在棱柱上或悬挂在轴上，使其在重力作用下自由旋转。重的一侧向下转动，然后将重量添加到另一侧（或从重的一侧移除，如果可能）。重复此操作，直到转子保持在任何位置而不会自发转动 - 这表明重心与旋转轴重合。

静态平衡可以平衡圆盘或短鼓，其中不平衡基本上集中在一个平面上。 该方法的优点： 简单，无需昂贵的设备——临时支架就足够了。 缺点： 它不能消除动态（力矩）不平衡。对于长转子（长度远大于直径），静态平衡是不够的。例如，旋转割草机轴可能在相对两端有两个较重的部分；静态上，它们相互补偿，转子似乎在棱柱上平衡，但在工作速度下，会发生强烈的振动。因此，静态平衡只能应用于相对较小和较窄的部件（滑轮、飞轮），对于农业机械的长转子，它是无效的。

机器的动平衡

该方法需要在配备平衡机的专业车间或服务中心对转子进行平衡。将转子（例如联合收割机滚筒）从机器上拆下并安装到机器中，然后以一定速度旋转。机器的传感器测量振动和不平衡相位，从而确定需要添加（或移除）多少质量以及在何处进行补偿。动态平衡至少在两个校正平面（转子两端）进行 - 这样可以消除静态和动态（力矩）不平衡。

通常使用试重法：首先，将已知重量的重物固定在测试位置，测量振动变化，并根据这些变化，程序计算所需的校正质量。然后将重物固定在转子上的指定位置（例如，使用螺栓或焊接），并重新检查振动。 优点： 动平衡精度高 – 可按照标准（GOST、ISO 等）实现最小残余振动。专家还经常同时诊断转子状况 – 识别轴跳动、曲率、裂纹 – 并可在平衡前立即解决这些问题。 缺点： 需要完全拆卸转子并将其运送到车间，但并不总是能够及时完成。在收获高峰期，拆卸脱粒滚筒或碎草机轴可能非常耗费人力，并导致设备停机数天。此外，附近还需要有适合转子尺寸和重量的平衡机。

现场平衡

这是一种现代且非常方便的方法，其中转子直接在机器上平衡，而无需完全拆卸。它使用便携式动平衡设备实现。此类设备（例如，Balanset-1A，详见下一节）包括振动传感器和转速表，它们附在转子的轴承座上，以及带有计算机的电子单元，用于振动分析。

该过程类似于机器上的平衡：转子由机器的标准驱动器旋转（例如，如果是割草机，则由联合收割机发动机或拖拉机 PTO 驱动），设备测量振动幅度和相位，然后使用试验重量计算不平衡并指示校正重量的位置。“现场”平衡可以精确消除实际装配条件下存在的不平衡 - 考虑所有因素，包括联轴器接头、刀具、螺栓，这些也会影响平衡。 该方法的优点： 拆卸最少，节省时间——平衡装置通常可以在农场一两个小时内平衡一台秸秆切碎机，而将其运到工厂则需要几天时间。大型转子难以拆卸和运输，但可以进行平衡。这种方法很容易使用——只需有设备本身或邀请专家使用即可。 缺点： 需要谨慎和安全预防措施（转子在现场平衡，工作区域需要用栅栏隔开）。虽然现代设备使用起来相当简单，但准确性在一定程度上取决于操作员的资质。总体而言，如今，轴承本身的动态平衡被认为是大型农业机械的最佳解决方案——它几乎可以提供工厂质量的平衡，而无需延长设备停机时间。

方法比较

总而言之，静态平衡仅适用于最简单的窄转子情况，甚至无法解决中等宽度转子的振动问题。动态平衡是消除高速转子上所有类型不平衡的唯一可靠方法。在维修车间条件下进行平衡可确保高精度，但与停机时间和物流有关。便携式现场平衡可使设备快速恢复运行，并且对于大多数任务而言足够准确。农场的最佳方法是定期进行预防性平衡：在振动导致故障之前检查和平衡转子。例如，在更换切碎机上的刀具或维修滚筒后，值得立即对其进行动态平衡，而不必等到出现强烈的跳动。接下来，我们将更详细地了解使用现代 Balanset-1A 设备的现场平衡技术。

5. 使用 Balanset-1A 设备进行平衡

Balanset-1A 是一款便携式振动计-平衡器，专为直接在操作现场对转子进行动态平衡而设计。该设备允许对多种类型的设备进行单平面（静态）和双平面（全动态）平衡。它由一组传感器和一个连接到笔记本电脑的电子模块组成：该套件包括两个用于测量转子振动的振动传感器（加速度计）、一个用于读取旋转和角位置的光学转速计传感器、一个接口块（振动分析仪）和软件。整个套件重几公斤，装在一个小盒子里，便于从一个农场直接运输到另一个农场。即使是对振动诊断没有深入了解的工程师也可以使用 Balanset-1A：该设备和软件可自动执行测量和计算过程，为用户提供清晰的提示。这种设备的主要理念是，农场人员应该能够在现场完成转子平衡，而无需长时间的培训和过高的成本。

使用 Balanset-1A 进行平衡的过程如下。首先，准备转子：安全是最重要的——清除转子上的污垢和稻草，检查所有刀具或锤子是否完好无损并自由旋转（特别是在稻草切碎机中，卡住的刀具会定期导致不平衡），并移除任何异物附件（例如，如果撒布器干扰）。然后，在靠近转子支架的外壳上安装振动传感器——通常垂直于旋转轴，位于轴承所在的外壳两端。在转子上贴一个小的反光标记（例如，在滑轮上），并在磁力架上放置一个光学传感器（转速表）与它相对。所有传感器都连接到 Balanset-1A 块，然后将其连接到装有平衡程序的笔记本电脑。然后，操作员在程序中设置参数：选择平衡模式（对于长转子通常为双平面），并输入试验重量的特性（其质量和安装半径）。现在可以启动转子了——可以通过以所需的脱粒机速度启动联合收割机发动机，或者通过接合割草机的拖拉机 PTO，或者如果转子被拆下并安装在固定支架上，则使用电动机。在第一次运行期间，该设备测量初始振动水平：每个传感器的振幅（以毫米/秒为单位）和不平衡相位。这些值保存为基线。

下一步是安装试验重物。停止转子旋转后，操作员将预先准备好的小重物（例如金属板或几个垫圈）固定在转子的第一个平面上——靠近安装 1 号传感器的转子一端。然后转子再次旋转至工作速度，设备记录新的振动参数。如果振幅和相位的变化足够大（通常至少需要 20% 的变化才能进行精确计算），则过程继续。

然后移除试验重量并重新定位在第二个平面上 - 转子的另一端 - 然后重复测量运行。

结果，程序接收有关已知重量对每个平面不平衡的影响的数据。该设备的算法分析三组数据（无重量、在平面 A 上有重量、在平面 B 上有重量）并计算最佳平衡参数。操作员在屏幕上收到建议：需要在每个平面上添加多少校正重量以及相对于试验重量安装点的什么角度位置。

图 7.37. 校正权重计算结果 – 自由位置。
极坐标图

例如，可以计算出应在转子左端以 194° 的角度添加 169 克，在转子右端以 358° 的角度添加 250 克。

接下来，安装校正配重：该设备会建议将配重准确固定在哪里。通常，需要拧上或焊接所需重量的金属板/垫圈。如果转子边缘有特殊螺栓或穿孔法兰，则将配重固定在上面（许多联合收割机最初在滚筒末端有孔，用于平衡）。在田间条件下，通常使用一组直径不同的钢垫圈作为方便的配重，可以拧到刀安装螺栓或其他转子元件上。

安装计算好的重量后，进行试运行：转子再次旋转至工作速度，并读取振动读数。如果平衡正确，振动水平会急剧下降并处于可接受的限度内（通常，振动速度会降低到几毫米/秒）。例如，该设备可能显示残余振动为 1-2 毫米/秒 - 对于农业机械来说，这是一个极好的结果。如果振动仍然超过允许限度，程序可能会建议添加额外的小重量 - 添加并再次检查，直到达到满意的结果。

对于严重不平衡的转子，有时会使用多步平衡：首先，在较低的速度下进行平衡，然后以较高的速度重复该过程，依此类推，直到达到工作速度。如果在高不平衡状态下立即旋转转子很危险，则必须这样做 - 一步一步地消除主要振动，然后在全速下将其带到理想状态。

在实践中，Balanset-1A 的使用已经帮助许多农场应对复杂的振动。例如，旋转式切碎机的拥有者经常尝试使用自制方法来平衡转子，将转子放在棱镜上（静态平衡），但没有成功——振动仍然存在。借助便携式设备，可以完全消除振动：安装校正重量后，粉碎机的运行变得平稳，妨碍拖拉机驾驶员长时间工作的嗡嗡声和震动消失了。联合收割机也会出现类似的情况：如果在更换秸秆切碎机中的刀片后出现不平衡，农民无需拆卸整个切碎机，而是可以在几个小时内直接在联合收割机上平衡它。一个真实的例子是 Claas 联合收割机上的切碎机的平衡：一个季节结束后，其中一个锤子丢失了，转子开始强烈振动。该设备显示的振动速度约为 15-17 毫米/秒（在框架上很明显）。通过在转子的两端固定两组总质量约为 90 克的垫圈，振动被降低到 2 毫米/秒以下。联合收割机继续运行，没有损坏切碎机轴承的风险。下图中，经过此过程后，秸秆切碎机转子上安装的平衡垫圈以绿色标记。它们被拧到转子上与之前“重”点相对的两端。得益于此，转子的旋转变得均匀。

使用 Balanset-1A 进行平衡的优势

速度和机动性： 该设备可以直接运到田地或机库，无需将重型设备运到车间。即使是大型滚筒也可以在联合收割机上通过自己的轴承保持平衡。在收获季节，这一点尤其重要 - 最大限度地减少设备停机时间。
平衡的准确性和完整性： 通过双平面分析，动态不平衡被消除，这是“目测”无法实现的。结果与工厂标准相当：振动降低到对部件有害影响消失的水平。该设备指示负载的准确位置和重量，消除了猜测。
人员可及性： 现代设备不需要深入的专业培训。Balanset-1A 软件界面直观，计算自动化。农场专家经过简短培训后，即可独立进行平衡，无需外部机构的协助。
多功能性： 同一套 Balanset-1A 套件适用于多种任务：从平衡秸秆切碎机和联合收割机风扇到木材削片机转子或电动机。对于拥有多种设备的大型农业企业来说，这是一项有利可图的收购。

6. 平衡的经济效益

定期进行转子平衡是一项投资，通过降低成本和提高效率，可在短时间内获得回报。让我们考虑一下主要的经济效益：

减少维修和维护成本。 如上所述，不平衡会大大缩短轴承和其他部件的使用寿命。如果转子不平衡，农场就需要频繁更换轴承、轴、皮带等。这些直接成本是巨大的：例如，大型滚筒的一套轴承加上更换工作可能要花费数百美元或欧元，如果每隔几个月更换一次，整个季节加起来就是一笔不小的数目。平衡消除了根本原因——振动，从而延长了部件的使用寿命。轴承可以使用数年，框架不会开裂，刀具不会因冲击载荷而断裂。备件的节省是显而易见的。此外，平衡通常可以识别和解决潜在问题（裂缝、紧固件松动），从而防止发生严重事故。及时平衡可以防止造成数十万卢布损失的重大故障。
最大限度地减少停机时间并保存收获。 联合收割机在收获高峰期发生故障，可能导致作物损失、因收割延迟而错失良机，以及紧急维修费用。不平衡的转子是一种隐患，可能在最不合时宜的时刻发生（例如，脱粒机轴承出现故障，联合收割机停止运转）。通过及时维修和平衡转子单元，农民可以避免紧急停机。设备在最关键的时期可靠运行。即使使用移动平衡服务（需要花费一定费用），也比保留备用联合收割机或因故障而损失部分收成便宜得多。
提高工作效率并节省燃料。 平衡的机构运行更平稳，负荷更小。这意味着发动机能量最大限度地用于有用功 - 脱粒、切割、粉碎 - 而不是抑制振动和噪音。在整个农场，这具有明显的效果：每吨加工谷物或饲料的燃料和能源消耗减少。如果没有测量，很难获得准确的数字，但即使大型联合收割机和拖拉机在一个季节内节省 2-5% 的燃料，也可以节省数十升，从而节省资金。此外，操作员可以全速工作而不必担心损坏机器，从而更快地完成工作。间接地，平衡也会影响工作质量：运行平稳的联合收割机可以更好地脱粒和清洁谷物，损坏的谷物更少，损失更少，这在经济上也是有益的（更高的市场产量）。
延长设备使用寿命。 振动是机械的头号敌人，会逐渐“毁掉”机器。没有过度振动的联合收割机或割草机的使用寿命将超过其标准使用寿命，从而延迟了昂贵的设备更新需求。购买新的联合收割机是一项巨大的资本投资，因此最大限度地利用已购买的设备是合乎逻辑的。平衡是一项相对便宜的活动，可以大大延长转子的使用寿命，从而延长整个设备的使用寿命。即使是过时的机器，只要保养得当，也可以成功运行并保持功能。
拥有平衡设备带来的好处。 对于大型农业控股公司和服务企业来说，购买自己的便携式平衡器（如 Balanset-1A）在经济上是可行的。它的成本与一套拖拉机轮胎的价格相当，并且它不断提供效益。在节省了几个轴承并防止了事故发生后，该设备完全收回了成本。除此之外，它只是节省和独立：无需聘请昂贵的外部专家，所有工作都是独立完成和计划的。对于较小的农民来说，可以选择合作：联合为几个农场购买一台设备或根据需要吸引拥有此类设备的移动团队。

简单来说，平衡可以消除隐性资金损失。投资于此的资金通过以下方式获得回报：减少维修成本、避免强制停机、提高运行效率和延长设备使用寿命。这在农业综合企业的盈利能力取决于明确的田间作业计划和成本优化的情况下尤其重要。

7. 结论

联合收割机和割草机转子的平衡是农业机械可靠安全运行的先决条件。在整篇文章中，我们看到，无论是静态还是动态的不平衡都会导致严重的负面后果：从轴承和零件的严重磨损到事故和产量下降。定期平衡关键部件（脱粒滚筒、秸秆切碎机、割草机转子等）有助于避免这些问题。方法有很多种——从简单的静态平衡到高精度的动态平衡。动态平衡可获得最佳效果，而 Balanset-1A 等现代设备可直接在现场进行平衡，无需长时间停机。结论很简单：通过节省平衡时间，我们可以在维修和停机时间上损失更多。

因此，建议将平衡检查纳入设备的定期维护计划中。例如，在收获季节之前，检查滚筒和切碎机的平衡；在准备割草机进行干草时，确保没有转子振动等。如果发现不平衡迹象（振动、噪音、刀具磨损不均匀、轴承频繁故障），请不要拖延 - 进行振动诊断和平衡。定期进行转子平衡可带来丰厚回报：设备运行平稳高效，故障更少，使用寿命更长，操作员在更舒适的条件下工作。农民和农业企业应采用平衡方法 - 无论是他们自己的设备还是专业服务 - 然后振动就会从敌人变成可控因素。通过保持转子平衡，您可以为机械设备的长期成功运行奠定基础。

设备

1.导言

2. 什么是不平衡及其后果