آلات التوازن المصنوعة بأيديكم

1. مقدمة

(لماذا دعت الحاجة إلى تأليف هذا العمل؟)

يُظهر تحليل هيكل استهلاك أجهزة الموازنة المصنعة من قبل شركة "كينماتيكس" (فايبروميرا) المحدودة أن حوالي 30% منها تُشترى لاستخدامها كأنظمة قياس وحوسبة ثابتة لآلات و/أو حوامل الموازنة. ويمكن تحديد مجموعتين من مستهلكي (عملاء) معداتنا.

تشمل المجموعة الأولى الشركات المتخصصة في الإنتاج الضخم لآلات الموازنة وبيعها للعملاء الخارجيين. وتوظف هذه الشركات متخصصين مؤهلين تأهيلاً عالياً يتمتعون بمعرفة عميقة وخبرة واسعة في تصميم وتصنيع وتشغيل أنواع مختلفة من آلات الموازنة. وغالباً ما ترتبط التحديات التي تنشأ في التعامل مع هذه الفئة من العملاء بتكييف أنظمة القياس والبرامج الخاصة بنا مع الآلات الموجودة أو المطورة حديثاً، دون معالجة المسائل المتعلقة بتنفيذها الهيكلي.

وتتألف المجموعة الثانية من المستهلكين الذين يقومون بتصميم وتصنيع الآلات (المنصات) لتلبية احتياجاتهم الخاصة. ويعزى هذا النهج في الغالب إلى رغبة المصنعين المستقلين في خفض تكاليف الإنتاج الخاصة بهم، والتي يمكن أن تنخفض في بعض الحالات بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف أو أكثر. وغالبًا ما تفتقر هذه المجموعة من المستهلكين إلى الخبرة الكافية في تصميم الآلات، وتعتمد عادةً في عملها على الحس السليم والمعلومات المستقاة من الإنترنت وأي نماذج مشابهة متاحة.

يثير التعامل مع هذه الآلات العديد من الأسئلة التي، بالإضافة إلى المعلومات الإضافية حول أنظمة قياس آلات الموازنة، تغطي مجموعة واسعة من القضايا المتعلقة بالتصميم الهيكلي للآلات، وطرق تركيبها على الأساسات، واختيار المحركات، وتحقيق دقة الموازنة المناسبة، وما إلى ذلك.

بالنظر إلى الاهتمام الكبير الذي أبدته مجموعة كبيرة من عملائنا بقضايا تصنيع آلات الموازنة بشكل مستقل، قام متخصصون من شركة "كينماتيكس" (فيبروميرا) المحدودة بإعداد مجموعة من التعليقات والتوصيات حول الأسئلة الأكثر شيوعًا.

2. أنواع آلات الموازنة (الحوامل) وخصائص تصميمها

جهاز الموازنة هو جهاز تقني مصمم لإزالة عدم التوازن الساكن أو الديناميكي للدوارات لأغراض مختلفة. وهو يتضمن آلية تعمل على تسريع الدوار المتوازن إلى تردد دوران محدد، ونظام قياس وحساب متخصص يحدد كتل ومواقع الأوزان التصحيحية اللازمة لتعويض عدم توازن الدوار.

يتكون الجزء الميكانيكي من الآلة عادةً من هيكل أساسي تُركّب عليه دعامات (محامل). تُستخدم هذه الدعامات لتثبيت المنتج المتوازن (الدوار) وتتضمن محركًا لتدوير الدوار. أثناء عملية الموازنة، التي تُجرى أثناء دوران المنتج، تقوم مستشعرات نظام القياس (التي يختلف نوعها باختلاف تصميم الآلة) بتسجيل الاهتزازات في المحامل أو القوى المؤثرة عليها.

تسمح البيانات التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة بتحديد كتل ومواقع تركيب الأوزان التصحيحية اللازمة لتعويض عدم التوازن.

في الوقت الحالي، هناك نوعان من تصميمات آلات (حاملات) الموازنة هما الأكثر انتشارًا:

• آلات ذات محامل لينة (مع دعامات مرنة)؛
• آلات ذات محامل صلبة (مع دعامات صلبة).

2.1. آلات وحوامل المحامل اللينة

تتمثل السمة الأساسية لآلات (حاملات) موازنة "Soft Bearing" في أنها مزودة بدعامات مرنة نسبيًا، مصنوعة على أساس أنظمة تعليق زنبركية، وعربات مثبتة على زنبركات، ودعامات زنبركية مسطحة أو أسطوانية، وما إلى ذلك. ويكون التردد الطبيعي لهذه الدعامات أقل بما لا يقل عن 2-3 مرات من تردد دوران الدوار الموازن المثبت عليها. يمكن رؤية مثال كلاسيكي على التنفيذ الهيكلي لدعامات Soft Bearing المرنة في دعامة طراز الماكينة DB-50، والتي تظهر صورتها في الشكل 2.1.

الشكل 2.1. حامل نموذج آلة الموازنة DB-50.

كما هو موضح في الشكل 2.1، يتم تثبيت الإطار المتحرك (المنزلق) 2 على الأعمدة الثابتة 1 للحامل باستخدام نظام تعليق يعمل بواسطة نوابض شريطية 3. وتحت تأثير قوة الطرد المركزي الناتجة عن عدم توازن الدوار المركب على الحامل، يمكن أن يقوم الحامل (المنزلق) 2 بتأرجح أفقي بالنسبة إلى العمود الثابت 1، ويتم قياس هذا التأرجح باستخدام مستشعر اهتزاز.

يضمن التصميم الهيكلي لهذا الدعامة تحقيق تردد طبيعي منخفض لتذبذبات الحامل، والذي يمكن أن يتراوح بين 1 و2 هرتز. وهذا يتيح موازنة الدوار على نطاق واسع من ترددات دورانه، بدءًا من 200 دورة في الدقيقة. هذه الميزة، إلى جانب البساطة النسبية في تصنيع مثل هذه الدعامات، تجعل هذا التصميم جذابًا للعديد من عملائنا الذين يصنعون آلات الموازنة لتلبية احتياجاتهم الخاصة بمختلف الأغراض.

الشكل 2.2. دعامة محمل مرنة لآلة الموازنة، من إنتاج شركة "بوليمر المحدودة"، ماخاتشكالا

يوضح الشكل 2.2 صورة لآلة موازنة المحامل اللينة ذات الدعامات المصنوعة من نوابض التعليق، والتي تم تصنيعها لتلبية الاحتياجات الداخلية لشركة "بوليمر المحدودة" في ماخاتشكالا. صُممت هذه الآلة لموازنة البكرات المستخدمة في إنتاج المواد البوليمرية.

الشكل 2.3 تُظهر الصورة آلة موازنة مزودة بنظام تعليق شريطي مماثل لعربة النقل، وهي مخصصة لموازنة الأدوات المتخصصة.

الشكلان 2.4.أ و2.4.ب عرض صور لآلة "سوفت بيرينغ" مصنوعة يدويًا ومخصصة لموازنة أعمدة الإدارة، والتي صُنعت دعاماتها أيضًا باستخدام نوابض تعليق شريطية.

الشكل 2.5 يعرض هذا الفيديو صورة لآلة ذات محامل مرنة مصممة لموازنة الشواحن التوربينية، حيث تُعلق دعامات عرباتها أيضًا على نوابض شريطية. الآلة، المصنوعة للاستخدام الشخصي للسيد أ. شاهغونيان (سانت بطرسبرغ)، مزودة بنظام القياس "Balanset 1".

وفقًا للشركة المصنعة (انظر الشكل 2.6)، توفر هذه الآلة القدرة على موازنة التوربينات بحيث لا يتجاوز عدم التوازن المتبقي 0.2 غم*مم.

الشكل 2.3. آلة محامل مرنة لموازنة الأدوات مزودة بنظام تعليق داعم على نوابض شريطية

الشكل 2.4.أ. آلة محامل لينة لموازنة أعمدة الإدارة (الآلة مجمعة)

الشكل 2.4.ب. آلة ذات محامل مرنة لموازنة أعمدة الإدارة مزودة بدعامات حامل معلقة على نوابض شريطية. (دعامة عمود الدوران الأمامي المزودة بنظام تعليق بشريط زنبركي)

الشكل 2.5. آلة محامل مرنة لموازنة الشاحنات التوربينية مزودة بدعامات على نوابض شريطية، من صنع A. Shahgunyan (سانت بطرسبرغ)

الشكل 2.6. لقطة شاشة لنظام القياس "Balanset 1" تُظهر نتائج موازنة دوار التوربين على آلة أ. شاهغونيان

بالإضافة إلى النسخة الكلاسيكية من دعامات آلة الموازنة ذات المحامل اللينة التي تمت مناقشتها أعلاه، انتشرت أيضًا حلول هيكلية أخرى.

الشكلان 2.7 و2.8 تتضمن الصور آلات موازنة أعمدة الدوران، التي تُصنع دعاماتها باستخدام نوابض مسطحة (صفائحية). صُنعت هذه الآلات لتلبية الاحتياجات الخاصة لشركة "ديرغاتشيفا" الخاصة وشركة "تاتكاردان" ذات المسؤولية المحدودة ("كينيتكس-إم")، على التوالي.

غالباً ما يقوم هواة التصنيع بإعادة إنتاج آلات موازنة المحامل اللينة المزودة بهذه الدعامات، نظراً لبساطتها وسهولة تصنيعها. وتكون هذه النماذج الأولية عادةً إما من سلسلة VBRF من شركة "K. Schenck" أو آلات مماثلة من الإنتاج المحلي.

تم تصميم الآلات الموضحة في الشكلين 2.7 و2.8 لموازنة أعمدة الإدارة ذات الدعامتين، والثلاث دعامات، والأربع دعامات. وتتميز هذه الآلات بتصميم متشابه، ويشمل ذلك:

• هيكل سرير ملحوم 1، يتكون من عارضتين على شكل حرف I متصلتين بواسطة أضلاع عرضية؛
• دعامة عمود دوران ثابتة (أمامية) 2؛
• دعامة عمود دوران (خلفي) متحركة 3؛
• دعامة أو دعامتان متحركتان (وسيطتان) 4. وتحتوي الدعامتان 2 و3 على وحدتي المحور 5 و6، المخصصتين لتركيب عمود الدفع المتوازن 7 على الآلة.

الشكل 2.7. آلة محامل لينة لموازنة أعمدة الدوران من إنتاج شركة "ديرغاتشيفا" الخاصة، مزودة بدعامات على نوابض مسطحة (صفائحية).

الشكل 2.8. آلة محامل لينة لموازنة أعمدة الدوران من إنتاج شركة "تاتكاردان" المحدودة ("كينيتكس-إم") مع دعامات على نوابض مسطحة

يتم تركيب مستشعرات الاهتزاز 8 على جميع الدعامات، وتُستخدم لقياس التذبذبات العرضية للدعامات. ويتم تدوير المغزل الأمامي 5، المثبت على الدعامة 2، بواسطة محرك كهربائي عبر نظام نقل بالحزام.

الشكلان 2.9.أ و2.9.ب عرض صور لدعامة آلة الموازنة، التي تعتمد على نوابض مسطحة.

الشكل 2.9. دعامة آلة موازنة المحامل اللينة المزودة بنوابض مسطحة

• أ) منظر جانبي؛
• ب) المنظر الأمامي

ونظراً لأن المصنّعين الهواة غالباً ما يستخدمون مثل هذه الدعامات في تصاميمهم، فمن المفيد دراسة خصائص بنيتها بمزيد من التفصيل. وكما هو موضح في الشكل 2.9.أ، تتكون هذه الدعامة من ثلاثة مكونات رئيسية:

• اللوحة السفلية 1: بالنسبة لدعامة المحور الأمامي، يتم تثبيت اللوحة بشكل ثابت على القضبان التوجيهية؛ أما بالنسبة للدعامات الوسيطة أو دعامات المحور الخلفي، فقد صُممت اللوحة السفلية على شكل عربة يمكنها التحرك على طول القضبان التوجيهية للإطار.
• لوحة الدعم العلوية 2، التي تُركب عليها وحدات الدعم (دعامات الأسطوانات 4، والمغازل، والمحامل الوسيطة، وما إلى ذلك).
• نوابض مسطحة 3، التي تربط بين لوحات المحامل السفلية والعلوية.

لمنع خطر زيادة اهتزاز الدعامات أثناء التشغيل، وهو ما قد يحدث أثناء تسارع أو تباطؤ الدوار المتوازن، قد تشتمل الدعامات على آلية قفل (انظر الشكل 2.9.ب). تتكون هذه الآلية من قوس صلب 5، يمكن تثبيته بواسطة قفل غير مركزي 6 متصل بأحد النوابض المسطحة للدعامة. وعندما يتم تثبيت القفل 6 والقوس 5، يتم قفل الدعامة، مما يزيل خطر زيادة الاهتزاز أثناء التسارع والتباطؤ.

عند تصميم الدعامات المصنوعة من نوابض مسطحة (صفائحية)، يتعين على الشركة المصنعة للآلة تقييم تردد تذبذباتها الطبيعية، والذي يعتمد على صلابة النوابض وكتلة الدوار الموازن. وتتيح معرفة هذه المعلمة للمصمم اختيار نطاق ترددات الدوران التشغيلية للدوار بشكل مدروس، مما يتيح تجنب خطر حدوث تذبذبات رنانية في الدعامات أثناء عملية الموازنة.

تتم مناقشة التوصيات المتعلقة بحساب وتحديد الترددات الطبيعية لتذبذبات الدعامات، بالإضافة إلى المكونات الأخرى لآلات الموازنة، في القسم 3.

وكما أشرنا سابقًا، فإن بساطة تصميم الدعامات التي تستخدم نوابض مسطحة (صفائحية) وسهولة تصنيعها تجذب هواة تطوير آلات الموازنة لأغراض متنوعة، بما في ذلك آلات موازنة أعمدة الكرنك ودوارات الشاحن التوربيني للسيارات، وما إلى ذلك.

على سبيل المثال، يوضح الشكلان 2.10.أ و2.10.ب رسمًا تخطيطيًا عامًا لآلة مصممة لموازنة دوارات الشاحن التوربيني. تم تصنيع هذه الآلة وتُستخدم لتلبية الاحتياجات الداخلية لشركة "سوراتربو" ذات المسؤولية المحدودة في بينزا.

2.10.أ. آلة موازنة دوارات الشاحن التوربيني (منظر جانبي)

2.10.ب. آلة موازنة دوارات الشاحن التوربيني (منظر من جانب الدعامة الأمامية)

بالإضافة إلى آلات الموازنة ذات المحامل اللينة التي تمت مناقشتها سابقًا، يتم أحيانًا تصنيع حوامل ذات محامل لينة بسيطة نسبيًا. تتيح هذه الحوامل إجراء موازنة عالية الجودة للآليات الدوارة لأغراض متنوعة وبتكلفة منخفضة.

نستعرض فيما يلي عدة نماذج من هذه الحوامل، المبنية على أساس صفيحة مسطحة (أو إطار) مثبتة على نوابض ضغط أسطوانية. وعادةً ما يتم اختيار هذه النوابض بحيث يكون التردد الطبيعي لاهتزازات الصفيحة المزودة بآلية التوازن أقل بمرتين إلى ثلاث مرات من تردد دوران دوار هذه الآلية أثناء عملية التوازن.

الشكل 2.11 تُظهر الصورة حاملًا لموازنة الأقراص الكاشطة، صُنع خصيصًا للاستخدام الداخلي من قبل ب. أشارين.

الشكل 2.11. حامل لموازنة الأقراص الكاشطة

يتألف المنصة من المكونات الرئيسية التالية:

• الصورة 1، مثبتة على أربعة نوابض أسطوانية 2؛
• المحرك الكهربائي 3، حيث يعمل دوارها أيضًا كعمود دوران، يُركب عليه مغزل 4، يُستخدم لتركيب وتثبيت القرص الكاشط على العمود.

تتمثل إحدى الميزات الرئيسية لهذا الحامل في تضمين مستشعر نبضي 5 لزاوية دوران دوار المحرك الكهربائي، والذي يستخدم كجزء من نظام القياس الخاص بالحامل ("Balanset 2C") لتحديد الوضع الزاوي لإزالة الكتلة التصحيحية من عجلة الكشط.

الشكل 2.12 تُظهر الصورة حاملًا يُستخدم لموازنة مضخات التفريغ. وقد طُوّر هذا الحامل خصيصًا لشركة "مصنع القياس" المساهمة.

الشكل 2.12. حامل مضخات التفريغ المتوازنة من شركة "مصنع القياس" المساهمة"

كما يستخدم هيكل هذا المنصة الصورة 1، ومثبتة على نوابض أسطوانية 2. وفي اللوحة 1، تم تركيب مضخة تفريغ 3، مزودة بمحرك كهربائي خاص بها قادر على تغيير السرعة بشكل واسع من 0 إلى 60,000 دورة في الدقيقة. كما تم تركيب مستشعرات اهتزاز 4 على غلاف المضخة، وتُستخدم لقياس الاهتزازات في قسمين مختلفين على ارتفاعات مختلفة.

لتحقيق تزامن عملية قياس الاهتزاز مع زاوية دوران دوار المضخة، يُستخدم مستشعر زاوية الطور الليزري 5 على الحامل. وعلى الرغم من بساطة التصميم الخارجي لهذه الحوامل ظاهريًا، إلا أنها تتيح تحقيق توازن عالي الجودة لدافعة المضخة.

فعلى سبيل المثال، عند ترددات الدوران دون الحرجة، يكون عدم الاتزان المتبقي لدوّار المضخة أقل من سماحية أدق درجة لجودة الاتزان محددة في ISO 21940-11 (سابقًا ISO 1940-1)، وهي G0.4 — وهي نتيجة منصة داخلية تعادل G0.16 افتراضيًا، أي أنها أكثر تشددًا من أي درجة مدرجة في المعيار.

لا يتجاوز الاهتزاز المتبقي لجسم المضخة، الذي تم تحقيقه أثناء عملية الموازنة عند سرعات دوران تصل إلى 8,000 دورة في الدقيقة، 0.01 ملم/ثانية.

كما أن حوامل الموازنة المصنعة وفقًا للنظام الموصوف أعلاه فعالة أيضًا في موازنة آليات أخرى، مثل المراوح. وتظهر في الشكلين 2.13 و2.14 أمثلة على الحوامل المصممة لموازنة المراوح.

الشكل 2.13. حامل لموازنة دوارات المروحة

تتميز جودة موازنة المراوح على هذه الحوامل بالدقة العالية. فبحسب خبراء شركة "أتلانت-بروجكت" المحدودة، بلغ مستوى الاهتزاز المتبقي عند موازنة المراوح على الحامل الذي صمموه بناءً على توصيات شركة "كينماتيكس" المحدودة (انظر الشكل 2.14) 0.8 مم/ثانية. وهذا أفضل بثلاث مرات من الحد المسموح به للمراوح في الفئة BV5 وفقًا للمعيار ISO 31350-2007 "الاهتزاز. المراوح الصناعية. متطلبات الاهتزاز الناتج وجودة الموازنة"."

الشكل 2.14. حامل لموازنة مراوح الدفع الخاصة بالمعدات المقاومة للانفجار من إنتاج شركة "أتلانت بروجكت" المحدودة، بودولسك

تُظهر بيانات مماثلة تم الحصول عليها في شركة "Lissant Fan Factory" المساهمة أن هذه الحوامل، المستخدمة في الإنتاج التسلسلي لمراوح القنوات، تضمن باستمرار اهتزازًا متبقيًا لا يتجاوز 0.1 مم/ث.

2.2. الآلات ذات المحامل الصلبة

تختلف آلات موازنة المحامل الصلبة عن آلات المحامل اللينة التي تمت مناقشتها سابقًا في تصميم دعاماتها. فهذه الدعامات مصنوعة على شكل ألواح صلبة بها فتحات معقدة (فتحات مقطوعة). وتتجاوز الترددات الطبيعية لهذه الدعامات بشكل كبير (بما لا يقل عن 2-3 أضعاف) التردد الدوراني الأقصى للدوار الذي يتم موازنته على الآلة.

تتميز آلات الموازنة ذات المحامل الصلبة بتعدد استخداماتها مقارنةً بآلات الموازنة ذات المحامل اللينة، حيث تتيح عادةً إجراء موازنة عالية الجودة للدوارات عبر نطاق أوسع من خصائص الكتلة والأبعاد. ومن المزايا المهمة لهذه الآلات أيضًا أنها تتيح إجراء موازنة عالية الدقة للدوارات عند سرعات دوران منخفضة نسبيًا، والتي يمكن أن تتراوح بين 200 و500 دورة في الدقيقة أو أقل.

الشكل 2.15 تُظهر الصورة آلة موازنة نموذجية للمحامل الصلبة من إنتاج شركة "ك. شينك". يتضح من هذه الصورة أن أجزاء الدعامة، المُشكّلة من الفتحات المعقدة، تختلف في صلابتها. تحت تأثير قوى عدم توازن الدوّار، قد يؤدي ذلك إلى تشوهات (إزاحات) في بعض أجزاء الدعامة مقارنةً بأجزاء أخرى. (في الشكل 2.15، تم تمييز الجزء الأكثر صلابة من الدعامة بخط أحمر منقط، بينما تم تمييز الجزء الأكثر مرونة باللون الأزرق).

لقياس التشوهات النسبية المذكورة، يمكن لآلات "هارد بيرينغ" استخدام مستشعرات القوة أو مستشعرات الاهتزاز عالية الحساسية من أنواع مختلفة، بما في ذلك مستشعرات إزاحة الاهتزاز غير التلامسية.

الشكل 2.15. آلة موازنة المحامل الصلبة من تصميم "ك. شينك""

كما يتضح من تحليل طلبات العملاء لأجهزة سلسلة "بالانسيت"، فإن الاهتمام بتصنيع آلات الموازنة ذات المحامل الصلبة للاستخدام الداخلي يتزايد باستمرار. وقد ساهم في ذلك الانتشار الواسع للمعلومات الإعلانية حول خصائص تصميم آلات الموازنة المنزلية، والتي يستخدمها المصنّعون الهواة كنماذج أولية لتطوير منتجاتهم.

دعونا نلقي نظرة على بعض أنواع آلات المحامل الصلبة المصنعة لتلبية الاحتياجات الداخلية لعدد من مستهلكي سلسلة أدوات "Balanset".

الأشكال 2.16.أ – 2.16.د تُظهر الصور آلة محامل صلبة مصممة لموازنة أعمدة الدوران، من إنتاج شركة ن. أوبيدكوف (مدينة ماغنيتوغورسك). كما هو موضح في الشكل 2.16.أ، تتكون الآلة من إطار صلب 1، مثبت عليه دعامات 2 (مغزلان ودعامتان وسيطتان). يدور المغزل الرئيسي 3 للآلة بواسطة محرك كهربائي غير متزامن 4 عبر سير ناقل. ويُستخدم مُتحكم التردد 6 للتحكم في سرعة دوران المحرك الكهربائي 4. الآلة مُجهزة بنظام القياس والحوسبة "Balanset 4" 5، الذي يتضمن وحدة قياس، وحاسوبًا، وأربعة مجسات قوة، ومجس زاوية الطور (المجسات غير موضحة في الشكل 2.16.أ).

الشكل 2.16.أ. آلة ذات محامل صلبة لموازنة أعمدة الإدارة، من صنع ن. أوبيدكوف (ماغنيتوغورسك)

الشكل 2.16.ب تُظهر الصورة الدعامة الأمامية للآلة مع المغزل الأمامي 3، الذي يتم تشغيله، كما سبق ذكره، بواسطة حزام نقل من محرك كهربائي غير متزامن 4. وقد تم تثبيت هذه الدعامة بشكل ثابت على الهيكل.

الشكل 2.16.ب. دعامة المغزل الأمامية (الرائدة).

الشكل 2.16.ج تُظهر الصورة أحد الدعامات الوسيطة المتحركة للآلة. ترتكز هذه الدعامة على منزلقات 7، مما يتيح حركتها الطولية على طول أدلة الإطار. وتشتمل هذه الدعامة على جهاز خاص 8، مصمم لتركيب المحمل الوسيط لعمود الإدارة المتوازن وضبط ارتفاعه.

الشكل 2.16.ج. الدعامة المتحركة الوسيطة للآلة

الشكل 2.16.د يظهر صورة لدعامة المغزل الخلفية (المدفوعة)، والتي تسمح، مثل الدعامات الوسيطة، بالحركة على طول أدلة إطار الآلة.

الشكل 2.16.د. دعامة المحور الخلفي (المحرك).

جميع الدعامات المذكورة أعلاه عبارة عن ألواح عمودية مثبتة على قواعد مسطحة. وتتميز هذه الألواح بوجود فتحات على شكل حرف T (انظر الشكل 2.16.د)، والتي تقسم الدعامة إلى جزء داخلي 9 (أكثر صلابة) وجزء خارجي 10 (أقل صلابة). وقد يؤدي الاختلاف في صلابة الجزأين الداخلي والخارجي للدعامة إلى حدوث تشوه نسبي لهذين الجزأين تحت تأثير قوى عدم التوازن الصادرة عن الدوار المتوازن.

تُستخدم مستشعرات القوة عادةً لقياس التشوه النسبي للدعامات في الآلات المصنوعة محليًّا. ويُظهر الشكل 2.16.هـ مثالاً على كيفية تركيب مستشعر القوة على دعامة آلة موازنة ذات محمل صلب. وكما يظهر في هذا الشكل، يتم ضغط مستشعر القوة 11 على السطح الجانبي للجزء الداخلي من الدعامة بواسطة مسمار 12، يمر عبر فتحة ملولبة في الجزء الخارجي من الدعامة.

لضمان توزيع الضغط بشكل متساوٍ للمسمار 12 على كامل سطح مستشعر القوة 11، يتم وضع حلقة مسطحة 13 بينه وبين المستشعر.

الشكل 2.16.د. مثال على تركيب مستشعر القوة على دعامة.

أثناء تشغيل الآلة، تؤثر قوى عدم التوازن الناتجة عن الدوار المتوازن عبر وحدات الدعم (المغازل أو المحامل الوسيطة) على الجزء الخارجي من الدعامة، والذي يبدأ بالتحرك (التشوه) بشكل دوري بالنسبة لجزئه الداخلي بتردد دوران الدوار. ينتج عن ذلك قوة متغيرة تؤثر على المستشعر 11، تتناسب مع قوة عدم التوازن. وبتأثير هذه القوة، تتولد إشارة كهربائية تتناسب مع مقدار عدم توازن الدوار عند مخرج مستشعر القوة.

يتم تغذية الإشارات من أجهزة استشعار القوة، المثبتة على جميع الدعامات، إلى نظام القياس والحساب الخاص بالآلة، حيث يتم استخدامها لتحديد معلمات الأوزان التصحيحية.

الشكل 2.17.أ. تتضمن الصورة آلة متخصصة للغاية لتصنيع المحامل الصلبة، تُستخدم لموازنة أعمدة "اللولب". صُنعت هذه الآلة للاستخدام الداخلي في شركة "أفاتفيردوسبلاف" ذات المسؤولية المحدودة.

كما يظهر في الشكل، تتميز آلية الدوران في الآلة بتصميم مبسط، وتتألف من المكونات الرئيسية التالية:

• إطار ملحوم 1، لتُستخدم كسرير؛
• دعامتان ثابتتان 2، مثبتة بإحكام على الإطار؛
• المحرك الكهربائي 3، والذي يقوم بتشغيل العمود المتوازن (المسمار) 5 عبر محرك حزامي 4.

الشكل 2.17.أ. آلة محامل صلبة لموازنة أعمدة البراغي، من إنتاج شركة "Ufatverdosplav" ذات المسؤولية المحدودة."

الدعامتان 2 للآلة عبارة عن لوحين فولاذيين مثبتين عموديًا ومزودين بفتحات على شكل حرف T. ويوجد في الجزء العلوي من كل دعامة بكرات دعم مصنوعة باستخدام محامل دوارة، يدور عليها العمود المتوازن 5.

لقياس تشوه الدعامات الناتج عن عدم توازن الدوار، تُستخدم ستة مجسات قوة (انظر الشكل 2.17.ب) مثبتة في فتحات الدعامات. وتتصل هذه المجسات بجهاز "Balanset 1" المستخدم في هذه الآلة كنظام قياس وحساب.

على الرغم من البساطة النسبية لآلية دوران الآلة، إلا أنها تتيح موازنة عالية الجودة للبراغي، والتي، كما هو موضح في الشكل 2.17.أ، لها سطح حلزوني معقد.

وفقًا لشركة "Ufatverdosplav" ذات المسؤولية المحدودة، تم تقليل عدم التوازن الأولي للبرغي بما يقرب من 50 مرة على هذه الآلة أثناء عملية الموازنة.

الشكل 2.17.ب. حامل آلي ذو محمل صلب لموازنة أعمدة لولبية مزودة بمستشعر قوة

بلغ عدم الاتزان المتبقي المتحقق 3552 g*mm (أي 19.2 g عند نصف قطر 185 mm) في المستوى الأول من اللولب، و2220 g*mm (أي 12.0 g عند نصف قطر 185 mm) في المستوى الثاني. وبالنسبة إلى دوّار يزن 500 kg ويعمل عند تردد دوران 3500 RPM، فإن هذا عدم الاتزان يقابل الفئة G6.3 وفق ISO 21940-11 (سابقًا ISO 1940-1)، وهو ما يفي بالمتطلبات المنصوص عليها في وثائقه الفنية.

اقترح إس. في. موروزوف تصميمًا أصليًا (انظر الشكل 2.18) يتضمن استخدام قاعدة واحدة لتركيب دعامات متزامنة لماكينتي موازنة من نوع Hard Bearing بأحجام مختلفة. وتشمل المزايا الواضحة لهذا الحل التقني، الذي يسمح بتقليل تكاليف الإنتاج للشركة المصنعة، ما يلي:

• توفير مساحة الإنتاج؛
• استخدام محرك كهربائي واحد مزود بمحرك تردد متغير لتشغيل جهازين مختلفين؛
• استخدام نظام قياس واحد لتشغيل جهازين مختلفين.

الشكل 2.18. آلة موازنة المحامل الصلبة ("تانديم")، من إنتاج شركة إس في موروزوف

3. متطلبات تصنيع الوحدات الأساسية وآليات آلات الموازنة

3.1. المحامل

3.1.1. الأسس النظرية لتصميم المحامل

في القسم السابق، نوقشت بالتفصيل التصاميم الرئيسية لدعامات المحامل اللينة والصلبة المستخدمة في آلات الموازنة. ومن أهم المعايير التي يجب على المصممين مراعاتها عند تصميم هذه الدعامات وتصنيعها تردداتها الطبيعية. ويكتسب هذا أهمية بالغة لأن قياس سعة الاهتزاز (التشوه الدوري) للدعامات، بالإضافة إلى طور الاهتزاز، ضروري لحساب معايير الأوزان التصحيحية بواسطة أنظمة القياس والحساب في الآلة.

إذا تطابق التردد الطبيعي للدعامة مع تردد دوران الدوار المتوازن (رنين الدعامة)، يصبح قياس سعة وطور الاهتزاز بدقة شبه مستحيل. ويتضح ذلك جلياً في الرسوم البيانية التي تُظهر تغيرات سعة وطور اهتزازات الدعامة كدالة لتردد دوران الدوار المتوازن (انظر الشكل 3.1).

يتضح من هذه الرسوم البيانية أنه كلما اقتربت تردد دوران الدوار المتوازن من التردد الطبيعي لتذبذبات الدعامة (أي عندما تكون النسبة fp/fo قريبة من 1)، تحدث زيادة ملحوظة في السعة المرتبطة بتذبذبات الرنين للدعامة (انظر الشكل 3.1.أ). وفي الوقت نفسه، يوضح الرسم البياني 3.1.ب أنه في منطقة الرنين، يحدث تغير حاد في زاوية الطور ∆F°، والتي يمكن أن تصل إلى 180°.

بعبارة أخرى، عند موازنة أي آلية في منطقة الرنين، يمكن أن تؤدي حتى التغيرات الطفيفة في تردد دورانها إلى عدم استقرار كبير في نتائج قياس سعة وطور اهتزازها، مما يؤدي إلى أخطاء في حساب معلمات الأوزان التصحيحية ويؤثر سلبًا على جودة عملية الموازنة.

تؤكد الرسوم البيانية أعلاه التوصيات السابقة التي تنص على أنه بالنسبة للآلات ذات المحامل الصلبة، يجب أن يكون الحد الأعلى لترددات تشغيل الدوار أقل بمرتين إلى ثلاث مرات على الأقل من التردد الطبيعي للدعامة، fo. أما بالنسبة للآلات ذات المحامل اللينة، فيجب أن يكون الحد الأدنى لترددات التشغيل المسموح بها للدوار المتوازن أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات على الأقل من التردد الطبيعي للدعامة.

الشكل 3.1. رسوم بيانية توضح التغيرات في السعة النسبية وطور اهتزازات دعامة آلة الموازنة كدالة لتغيرات تردد الدوران.

• Ад – سعة الاهتزازات الديناميكية للدعامة؛
• ه = م*ر/م - عدم توازن محدد في الدوار المتوازن؛;
• m – عدم توازن كتلة الدوار؛
• M – كتلة الدوار؛
• r – نصف القطر الذي تقع عنده الكتلة غير المتوازنة على الدوار؛
• fp – تردد دوران الدوار؛
• fo – التردد الذاتي لاهتزازات الدعامة

بناءً على المعلومات المعروضة، لا يُنصح بتشغيل الآلة في منطقة الرنين الخاصة بدعاماتها (المُشار إليها باللون الأحمر في الشكل 3.1). كما توضح الرسوم البيانية الواردة في الشكل 3.1 أنه في حالة وجود نفس الاختلالات في الدوار، تكون الاهتزازات الفعلية لدعامات الآلة المزودة بمحامل لينة أقل بكثير من تلك التي تحدث في دعامات الآلة المزودة بمحامل لينة.

ويترتب على ذلك أن أجهزة الاستشعار المستخدمة لقياس اهتزازات الدعامات في آلات الموازنة ذات المحامل الصلبة يجب أن تتمتع بحساسية أعلى من تلك المستخدمة في آلات الموازنة ذات المحامل اللينة. ويدعم هذا الاستنتاج بشكل قوي الممارسة العملية لاستخدام أجهزة الاستشعار، حيث يُظهر أن أجهزة استشعار الاهتزاز المطلق (مقاييس التسارع الاهتزازي و/أو أجهزة استشعار السرعة الاهتزازية)، التي تُستخدم بنجاح في آلات الموازنة ذات المحامل اللينة، غالبًا ما تعجز عن تحقيق جودة الموازنة المطلوبة في آلات الموازنة ذات المحامل الصلبة.

في هذه الآلات، يُوصى باستخدام مستشعرات اهتزاز نسبية، مثل مستشعرات القوة أو مستشعرات الإزاحة عالية الحساسية.

3.1.2. تقدير الترددات الطبيعية للدعامات باستخدام طرق الحساب

يمكن للمصمم إجراء حساب تقريبي (تقديري) للتردد الذاتي لدعامة ما باستخدام المعادلة 3.1، وذلك من خلال اعتبارها بشكل مبسط نظامًا اهتزازيًا بدرجة حرية واحدة، والتي (انظر الشكل 2.19.أ) تمثلها كتلة M تتأرجح على زنبرك ذي صلابة K.

يمكن تقدير الكتلة M المستخدمة في الحساب الخاص بدوار متماثل بين المحامل باستخدام المعادلة 3.2.

حيث Mo​ هي كتلة الجزء المتحرك من الدعامة بالكيلوجرام؛ Mr​ هي كتلة الدوار المتوازن بالكيلوجرام؛ n هو عدد دعامات الآلة المشاركة في عملية الموازنة.

يتم حساب صلابة K للدعامة باستخدام المعادلة 3.3 استنادًا إلى نتائج الدراسات التجريبية التي تتضمن قياس انحراف ΔL للدعامة عند تحميلها بقوة ثابتة P (انظر الشكلين 3.2.أ و3.2.ب).

حيث ΔL هو تشوه الدعامة بالأمتار؛ P هي القوة الساكنة بالنيوتن.

يمكن قياس مقدار قوة التحميل P باستخدام جهاز قياس القوة (مثل مقياس القوة). ويتم تحديد إزاحة الدعامة ΔL باستخدام جهاز لقياس الإزاحة الخطية (مثل مقياس الإزاحة).

3.1.3. الطرق التجريبية لتحديد الترددات الطبيعية للدعامات

نظراً لأن حساب الترددات الطبيعية للدعامات، الذي تم التطرق إليه سابقاً باستخدام طريقة مبسطة، قد يؤدي إلى أخطاء كبيرة، فإن معظم المطورين الهواة يفضلون تحديد هذه المعلمات بالطرق التجريبية. ولتحقيق ذلك، يستفيدون من الإمكانيات التي توفرها أنظمة قياس الاهتزازات الحديثة في آلات الموازنة، بما في ذلك أجهزة سلسلة "بالانسيت".

3.1.3.1. تحديد الترددات الطبيعية للدعامات باستخدام طريقة الإثارة بالصدم

تعد طريقة الإثارة بالصدم أبسط الطرق وأكثرها شيوعًا لتحديد التردد الطبيعي للاهتزازات في دعامة أو أي مكون آخر من مكونات الماكينة. وتستند هذه الطريقة إلى حقيقة أنه عندما يتم إثارة أي جسم، مثل الجرس (انظر الشكل 3.3)، بالصدم، فإن استجابته تتجلى في شكل استجابة اهتزازية تتلاشى تدريجيًا. يتم تحديد تردد إشارة الاهتزاز من خلال الخصائص الهيكلية للجسم ويتوافق مع تردد اهتزازاته الطبيعية. لإثارة الاهتزازات بالصدم، يمكن استخدام أي أداة ثقيلة، مثل مطرقة مطاطية أو مطرقة عادية.

الشكل 3.3. رسم تخطيطي لإثارة الصدم المستخدمة في تحديد الترددات الطبيعية لجسم ما

يجب أن تبلغ كتلة المطرقة حوالي 10٪ من كتلة الجسم الخاضع للاهتزاز. ولتسجيل الاستجابة الاهتزازية، يجب تركيب مستشعر اهتزاز على الجسم قيد الفحص، بحيث يكون محور القياس فيه متوازياً مع اتجاه الاهتزاز الناتج عن الصدمة. وفي بعض الحالات، يمكن استخدام ميكروفون من جهاز قياس الضوضاء كمستشعر لالتقاط الاستجابة الاهتزازية للجسم.

يحوّل المستشعر اهتزازات الجسم إلى إشارة كهربائية، تُرسل بعد ذلك إلى جهاز قياس، مثل مدخل محلل الطيف. يسجل هذا الجهاز الدالة الزمنية وطيف عملية الاهتزاز المتلاشية (انظر الشكل 3.4)، ويتيح تحليلها تحديد تردد (ترددات) الاهتزازات الطبيعية للجسم.

الشكل 3.5. واجهة البرنامج التي تعرض الرسوم البيانية لوظيفة الزمن وطيف الاهتزازات الناتجة عن الصدمات المتلاشية للهيكل قيد الدراسة

يُظهر تحليل الرسم البياني للطيف الموضح في الشكل 3.5 (انظر الجزء السفلي من نافذة العمل) أن المكون الرئيسي للاهتزازات الطبيعية للهيكل قيد الدراسة، والذي تم تحديده بالرجوع إلى محور الإحداثي في الرسم البياني، يحدث بتردد يبلغ 9.5 هرتز. ويمكن التوصية باستخدام هذه الطريقة في دراسات الاهتزازات الطبيعية لدعامات آلات الموازنة ذات المحامل اللينة والصلبة على حد سواء.

3.1.3.2. تحديد الترددات الطبيعية للدعامات في وضع السير بالقصور الذاتي

في بعض الحالات، يمكن تحديد الترددات الطبيعية للدعامات عن طريق قياس سعة وطور الاهتزاز بشكل دوري "على الساحل". عند تطبيق هذه الطريقة، يتم تسريع الدوار المثبت على الآلة التي يتم فحصها في البداية إلى أقصى سرعة دوران له، وبعد ذلك يتم فصل محركه، ويتناقص تردد القوة المزعجة المرتبطة بعدم توازن الدوار تدريجيًا من الحد الأقصى إلى نقطة التوقف.

في هذه الحالة، يمكن تحديد الترددات الطبيعية للدعامات من خلال خاصيتين:

• من خلال ارتفاع موضعي في سعة الاهتزاز لوحظ في مناطق الرنين؛
• من خلال التغير الحاد (الذي يصل إلى 180 درجة) في طور الاهتزاز الذي لوحظ في منطقة قفزة السعة.

في أجهزة سلسلة "Balanset"، يمكن استخدام وضع "Vibrometer" ("Balanset 1") أو وضع "Balancing. Monitoring" ("Balanset 2C" و"Balanset 4") للكشف عن الترددات الطبيعية للأجسام "على الساحل"، مما يسمح بإجراء قياسات دورية لسعة وطور الاهتزاز عند تردد دوران الدوار.

علاوة على ذلك، يتضمن برنامج "Balanset 1" وضع "Graphs. Coasting" المتخصص، والذي يسمح برسم مخططات للتغيرات في سعة وطور اهتزازات الدعم على الساحل كدالة لتغير تردد الدوران، مما يسهل بشكل كبير عملية تشخيص الرنين.

وتجدر الإشارة إلى أنه، لأسباب واضحة (انظر القسم 3.1.1)، لا يمكن استخدام طريقة تحديد الترددات الطبيعية للدعامات على الساحل إلا في حالة دراسة آلات الموازنة ذات المحامل اللينة، حيث تتجاوز ترددات عمل دوران الدوار بشكل كبير الترددات الطبيعية للدعامات في الاتجاه العرضي.

في حالة الآلات ذات المحامل الصلبة، حيث تكون ترددات دوران الدوار التي تثير اهتزازات الدعامات على السطح أقل بكثير من الترددات الطبيعية للدعامات، يكون استخدام هذه الطريقة مستحيلاً عملياً.

3.1.4. توصيات عملية لتصميم وتصنيع الدعامات الخاصة بآلات الموازنة

3.1.2. حساب الترددات الطبيعية للدعامات بالطرق الحسابية

يمكن إجراء حسابات الترددات الطبيعية للدعامات باستخدام طريقة الحساب المذكورة أعلاه في اتجاهين:

• في الاتجاه العرضي للدعامات، والذي يتطابق مع اتجاه قياس اهتزازاتها الناتجة عن قوى عدم توازن الدوار؛
• في الاتجاه المحوري، الذي يتطابق مع محور دوران الدوار المتوازن المثبت على دعامات الآلة.

يتطلب حساب الترددات الطبيعية للدعامات في الاتجاه الرأسي استخدام تقنية حسابية أكثر تعقيدًا، والتي يجب أن تأخذ في الحسبان (بالإضافة إلى معلمات الدعامة والدوار المتوازن نفسه) معلمات الإطار وخصائص تركيب الآلة على الأساس. لم تُناقش هذه الطريقة في هذا المنشور. يسمح تحليل الصيغة 3.1 بتقديم بعض التوصيات البسيطة التي ينبغي على مصممي الآلات مراعاتها في أعمالهم العملية. على وجه الخصوص، يمكن تغيير التردد الطبيعي للدعامة بتغيير صلابتها و/أو كتلتها. زيادة الصلابة تزيد من التردد الطبيعي للدعامة، بينما زيادة الكتلة تُقلله. هذه التغييرات لها علاقة غير خطية، تربيعية عكسية. على سبيل المثال، مضاعفة صلابة الدعامة تزيد من ترددها الطبيعي بمقدار 1.4 فقط. وبالمثل، مضاعفة كتلة الجزء المتحرك من الدعامة تُقلل من ترددها الطبيعي بمقدار 1.4 فقط.

3.1.4.1. الآلات ذات المحامل اللينة المزودة بنوابض لوحية مسطحة

تمت مناقشة العديد من تصميمات دعامات آلات الموازنة المصنوعة من النوابض المسطحة أعلاه في القسم 2.1 وتم توضيحها في الأشكال من 2.7 إلى 2.9. ووفقًا لمعلوماتنا، فإن هذه التصميمات تُستخدم بشكل شائع في الآلات المخصصة لموازنة أعمدة الدوران.

كمثال، لننظر في خصائص النوابض التي استخدمها أحد العملاء (شركة "روست-سيرفيس" المحدودة، سانت بطرسبرغ) في تصنيع دعامات آلاتهم. صُممت هذه الآلة لموازنة أعمدة إدارة ذات دعامتين أو ثلاث أو أربع دعامات، بكتلة لا تتجاوز 200 كجم. وكانت الأبعاد الهندسية للنوابض (الارتفاع × العرض × السماكة) المستخدمة في دعامات المغزل الرئيسي والمغزل المُدار للآلة، والتي اختارها العميل، 300 × 200 × 3 مم على التوالي.

تم تحديد التردد الطبيعي للدعامة غير المحملة تجريبياً باستخدام طريقة الإثارة بالصدمة ونظام القياس القياسي لجهاز "Balanset 4"، ووجد أنه يتراوح بين 11 و12 هرتز. عند هذا التردد الطبيعي لاهتزازات الدعامات، يجب ألا يقل التردد الدوراني الموصى به للدوار المتوازن أثناء عملية الموازنة عن 22-24 هرتز (1320-1440 دورة في الدقيقة).

كانت الأبعاد الهندسية للزنبركات المسطحة التي استخدمها نفس المصنّع على الدعامات الوسيطة 200 × 200 × 3 مم على التوالي. علاوة على ذلك، وكما أظهرت الدراسات، كانت الترددات الطبيعية لهذه الدعامات أعلى، حيث وصلت إلى 13-14 هرتز.

بناءً على نتائج الاختبار، نُصح مصنّعو الآلة بموازنة الترددات الطبيعية للمغزل والدعامات الوسيطة. من شأن ذلك تسهيل اختيار نطاق ترددات الدوران التشغيلية لأعمدة الدوران أثناء عملية الموازنة، وتجنب أي عدم استقرار محتمل في قراءات نظام القياس نتيجة دخول الدعامات في نطاق الاهتزازات الرنانة.

إن طرق تعديل الترددات الطبيعية لاهتزازات الدعامات المثبتة على نوابض مسطحة واضحة. ويمكن تحقيق هذا التعديل عن طريق تغيير الأبعاد الهندسية أو شكل النوابض المسطحة، وهو ما يتحقق، على سبيل المثال، عن طريق حفر فتحات طولية أو عرضية تقلل من صلابتها.

وكما ذُكر سابقًا، يمكن التحقق من نتائج هذا التعديل من خلال تحديد الترددات الطبيعية لاهتزازات الدعامات باستخدام الطرق الموضحة في الفقرتين 3.1.3.1 و3.1.3.2.

الشكل 3.6 يقدم هذا النموذج نسخة كلاسيكية من تصميم الدعامة القائمة على نوابض مسطحة، والتي استخدمها أ. سينيتسين في إحدى آلاته. وكما هو موضح في الشكل، تتألف الدعامة من المكونات التالية:

• اللوحة العلوية 1؛
• نوابض مسطحة 2 و3؛
• اللوحة السفلية 4؛
• قوس التثبيت رقم 5.

الشكل 3.6. الاختلافات التصميمية لدعامة على نوابض مسطحة

يمكن استخدام اللوحة العلوية 1 للدعامة لتركيب عمود الدوران أو محمل وسيط. ووفقًا للغرض من الدعامة، يمكن تثبيت اللوحة السفلية 4 بشكل ثابت على أدلة الماكينة أو تركيبها على منزلقات متحركة، مما يسمح للدعامة بالتحرك على طول الأدلة. ويُستخدم الحامل 5 لتركيب آلية قفل للدعامة، مما يتيح تثبيتها بإحكام أثناء تسارع وتباطؤ الدوار المتوازن.

ينبغي تصنيع النوابض المسطحة لدعامات آلات المحامل اللينة من فولاذ صفائحي أو فولاذ سبيكي عالي الجودة. لا يُنصح باستخدام الفولاذ الإنشائي العادي ذي مقاومة الخضوع المنخفضة، إذ قد يتعرض لتشوه متبقٍ تحت تأثير الأحمال الساكنة والديناميكية أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى انخفاض الدقة الهندسية للآلة، بل وحتى فقدان استقرار الدعامة.

الشكل 3.7. آلة موازنة دوارات المحركات الكهربائية، مجمعة، من تطوير أ. موخوف.

الشكل 3.8. آلة لموازنة دوارات المضخات التوربينية، من تطوير ج. غلازوف (بيشكيك)

3.1.4.2. دعامات آلية ذات محامل مرنة مع تعليق على نوابض شريطية

عند تصميم النوابض الشريطية المستخدمة في دعم أنظمة التعليق، يجب الانتباه إلى اختيار سماكة وعرض الشريط النابض، الذي يجب أن يتحمل من ناحية الحمل الثابت والديناميكي للدوار على الدعامة، ومن ناحية أخرى، يجب أن يمنع احتمال حدوث اهتزازات التواء في نظام التعليق الداعم، والتي تتجلى في شكل انحراف محوري.

تظهر أمثلة على التنفيذ الهيكلي لآلات التوازن باستخدام معلقات زنبركية شريطية في الأشكال 2.1 - 2.5 (انظر القسم 2.1)، وكذلك في الأشكال 3.7 و 3.8 من هذا القسم.

3.1.4.4. دعامات التحميل الصلبة للآلات

كما يتضح من خبرتنا الواسعة مع العملاء، فقد بدأ جزء كبير من مصنعي موازنات الأحمال ذاتية الصنع مؤخرًا في تفضيل الآلات ذات المحامل الصلبة والدعامات الثابتة. في القسم 2.2، تُظهر الأشكال من 2.16 إلى 2.18 صورًا لتصاميم هيكلية مختلفة لآلات تستخدم هذه الدعامات. ويُعرض في الشكل 3.10 رسم تخطيطي نموذجي لدعامة ثابتة، صممها أحد عملائنا لتصنيع آلته. تتكون هذه الدعامة من صفيحة فولاذية مسطحة بها أخدود على شكل حرف P، يقسم الدعامة عادةً إلى جزأين: "صلب" و"مرن". تحت تأثير قوة عدم التوازن، يمكن أن يتشوه الجزء "المرن" من الدعامة بالنسبة إلى الجزء "الصلب". ويمكن قياس مقدار هذا التشوه، الذي يتحدد بسماكة الدعامة وعمق الأخاديد وعرض الجسر الذي يربط بين الجزأين "المرن" و"الصلب"، باستخدام أجهزة استشعار مناسبة في نظام قياس الآلة. نظراً لعدم وجود طريقة لحساب الصلابة العرضية لمثل هذه الدعامات، مع الأخذ في الاعتبار عمق الأخدود على شكل حرف P، وعرض الجسر t، بالإضافة إلى سمك الدعامة r (انظر الشكل 3.10)، يتم تحديد معلمات التصميم هذه عادةً تجريبياً من قبل المطورين.

بالنسبة للآلات ذات كتلة الدوار المتوازن التي لا تتجاوز 300-500 كجم، يمكن زيادة سُمك الدعامة إلى 30-40 مم، أما بالنسبة للآلات المصممة لموازنة الدوارات ذات الكتل القصوى التي تتراوح بين 1000 و3000 كجم، فيمكن أن يصل سُمك الدعامة إلى 50-60 مم أو أكثر. وكما يُبين تحليل الخصائص الديناميكية للدعامات المذكورة أعلاه، فإن ترددات اهتزازها الطبيعي، المقاسة في المستوى العرضي (مستوى قياس التشوهات النسبية للأجزاء "المرنة" و"الصلبة")، تتجاوز عادةً 100 هرتز أو أكثر. أما ترددات الاهتزاز الطبيعي لدعامات المحامل الصلبة في المستوى الأمامي، المقاسة في الاتجاه المتطابق مع محور دوران الدوار المتوازن، فتكون عادةً أقل بكثير. وهذه الترددات هي التي يجب أخذها في الاعتبار بشكل أساسي عند تحديد الحد الأعلى لنطاق تردد التشغيل للدوارات الدوارة المتوازنة على الآلة.

الشكل 3.26. مثال على استخدام قاعدة مخرطة مستعملة لتصنيع آلة محامل صلبة لموازنة المثاقب اللولبية.

الشكل 3.27. مثال على استخدام قاعدة مخرطة مستعملة لتصنيع آلة محامل لينة لموازنة الأعمدة.

الشكل 3.28. مثال على تصنيع سرير مُجمَّع من القنوات

الشكل 3.29. مثال على تصنيع قاعدة ملحومة من القنوات

الشكل 3.30. مثال على تصنيع قاعدة ملحومة من القنوات

الشكل 3.31. مثال على قاعدة آلة موازنة مصنوعة من الخرسانة البوليمرية

عادةً، عند تصنيع هذه الأسرة، يُدعّم الجزء العلوي منها بحشوات فولاذية تُستخدم كدليل تُرتكز عليه قواعد جهاز الموازنة. ومؤخراً، شاع استخدام الأسرة المصنوعة من الخرسانة البوليمرية المطلية بمواد ماصة للاهتزازات. هذه التقنية لتصنيع الأسرة موصوفة جيداً على الإنترنت، ويمكن تطبيقها بسهولة من قِبل المصنّعين الهواة. وبفضل بساطتها النسبية وانخفاض تكلفة إنتاجها، تتمتع هذه الأسرة بعدة مزايا رئيسية مقارنةً بنظيراتها المعدنية:

• معامل تخميد أعلى للتذبذبات الاهتزازية؛
• انخفاض الموصلية الحرارية، مما يضمن الحد الأدنى من التشوه الحراري للطبقة؛
• مقاومة أعلى للتآكل؛
• عدم وجود ضغوط داخلية.

3.1.4.3. دعامات آلية ذات محامل مرنة مصنوعة باستخدام نوابض أسطوانية

يُظهر الشكل 3.9 مثالاً على آلة موازنة ذات محامل لينة، حيث تُستخدم نوابض ضغط أسطوانية في تصميم الدعامات. ويتعلق العيب الرئيسي لهذا الحل التصميمي بدرجات تشوه النوابض المتفاوتة في الدعامات الأمامية والخلفية، وهو ما يحدث إذا كانت الأحمال على الدعامات غير متساوية أثناء موازنة الدوارات غير المتماثلة. وهذا يؤدي بطبيعة الحال إلى اختلال محاذاة الدعامات وانحراف محور الدوار في المستوى الرأسي. وقد تكون إحدى النتائج السلبية لهذا العيب ظهور قوى تؤدي إلى تحول الدوار محوريًا أثناء الدوران.

الشكل 3.9. نموذج تصميم دعامة محمل مرن لآلات الموازنة باستخدام نوابض أسطوانية.

3.1.4.4. دعامات التحميل الصلبة للآلات

الشكل 3.10. رسم تخطيطي لدعامة المحمل الصلب لآلة الموازنة

تُظهر الصور في الشكلين 3.11 و3.12 نماذج مختلفة من هذه الدعامات، المصنعة خصيصًا لآلات عملائنا. وبتلخيص البيانات المُستقاة من عدد من عملائنا من مُصنّعي الآلات، يُمكن تحديد متطلبات سُمك الدعامات، المُخصصة لآلات ذات أحجام وقدرات تحميل مُختلفة. على سبيل المثال، بالنسبة للآلات المُصممة لموازنة دوارات يتراوح وزنها بين 0.1 و50-100 كجم، قد يكون سُمك الدعامة 20 مم.

الشكل 3.11. دعامات محامل صلبة لآلة الموازنة، من صنع A. Sinitsyn

الشكل 3.12. دعامة محمل صلب لآلة الموازنة، من صنع د. كراسيلنيكوف

بالنسبة للآلات ذات كتلة الدوار المتوازن التي لا تتجاوز 300-500 كجم، يمكن زيادة سُمك الدعامة إلى 30-40 مم، أما بالنسبة للآلات المصممة لموازنة الدوارات ذات الكتل القصوى التي تتراوح بين 1000 و3000 كجم، فيمكن أن يصل سُمك الدعامة إلى 50-60 مم أو أكثر. وكما يُبين تحليل الخصائص الديناميكية للدعامات المذكورة أعلاه، فإن ترددات اهتزازها الطبيعي، المقاسة في المستوى العرضي (مستوى قياس التشوهات النسبية للأجزاء "المرنة" و"الصلبة")، تتجاوز عادةً 100 هرتز أو أكثر. أما ترددات الاهتزاز الطبيعي لدعامات المحامل الصلبة في المستوى الأمامي، المقاسة في الاتجاه المتطابق مع محور دوران الدوار المتوازن، فتكون عادةً أقل بكثير. وهذه الترددات هي التي يجب أخذها في الاعتبار بشكل أساسي عند تحديد الحد الأعلى لنطاق تردد التشغيل للدوارات الدوارة المتوازنة على الآلة. كما ذكر أعلاه، يمكن تحديد هذه الترددات عن طريق طريقة الإثارة بالصدمة الموضحة في القسم 3.1.

3.2. مجموعات الدعم لآلات الموازنة

3.2.1. الأنواع الرئيسية للتركيبات الداعمة

في صناعة آلات موازنة المحامل الصلبة واللينة على حد سواء، يمكن التوصية باستخدام الأنواع المعروفة التالية من مجموعات الدعامات، التي تُستخدم لتركيب الدوارات الموازنة وتدويرها على الدعامات، ومن بينها:

• مجموعات الدعم المنشورية؛
• تركيبات داعمة مزودة بأسطوانات دوارة؛
• مجموعات دعم المغزل.

3.2.1.1. مجموعات الدعامات المنشورية

تُستخدم هذه التجميعات، ذات التصاميم المتنوعة، عادةً في تركيب دعامات الآلات الصغيرة والمتوسطة الحجم، حيث يمكن موازنة دوارات بكتل لا تتجاوز 50-100 كجم. يوضح الشكل 3.13 مثالًا على أبسط تصميم لتجميعة دعم موشورية. هذه التجميعة مصنوعة من الفولاذ وتُستخدم في آلة موازنة التوربينات. يفضل العديد من مصنعي آلات الموازنة الصغيرة والمتوسطة الحجم، عند تصنيع تجميعات الدعم الموشورية، استخدام مواد غير معدنية (عازلة)، مثل التيكستوليت، والفلوروبلاستيك، والكابرولون، وغيرها.

3.13. نموذج تنفيذي لمجموعة الدعم المنشورية، المستخدمة في آلة موازنة توربينات السيارات

تُستخدم تجميعات داعمة مماثلة (انظر الشكل 3.8 أعلاه)، على سبيل المثال، في آلة ج. غلازوف، المصممة أيضاً لموازنة توربينات السيارات. أما الحل التقني الأصلي للتجميعة الداعمة المنشورية، المصنوعة من الفلوروبلاستيك (انظر الشكل 3.14)، فقد اقترحته شركة "تكنوبالانس" ذات المسؤولية المحدودة.

الشكل 3.14. مجموعة دعامات موشورية من شركة "تكنوبالانس" ذات المسؤولية المحدودة"

يتكون هذا التجميع الداعم من غلافين أسطوانيين 1 و2، مثبتين بزاوية معينة على محاور الدعم. يلامس الدوار المتوازن أسطح الغلافين على طول خطوط توليد الطاقة للأسطوانات، مما يقلل مساحة التلامس بين عمود الدوار والدعامة، وبالتالي يقلل قوة الاحتكاك في الدعامة. عند الضرورة، في حالة تآكل أو تلف سطح الدعامة في منطقة تلامسه مع عمود الدوار، يمكن تعويض التآكل بتدوير الغلاف حول محوره بزاوية معينة. تجدر الإشارة إلى أنه عند استخدام تجميعات داعمة مصنوعة من مواد غير معدنية، يجب توفير إمكانية تأريض الدوار المتوازن بجسم الآلة، مما يمنع خطر حدوث شحنات كهربائية ساكنة قوية أثناء التشغيل. هذا، أولاً، يقلل من التداخلات والاضطرابات الكهربائية التي قد تؤثر على أداء نظام قياس الآلة، وثانياً، يمنع خطر تعرض الأفراد للكهرباء الساكنة.

3.2.1.2. مجموعات دعامات البكرات

تُركّب هذه التجميعات عادةً على دعامات الآلات المصممة لموازنة الدوارات التي تزيد كتلتها عن 50 كيلوغرامًا. ويُقلّل استخدامها بشكلٍ ملحوظ من قوى الاحتكاك في الدعامات مقارنةً بالدعامات المنشورية، مما يُسهّل دوران الدوار المتوازن. على سبيل المثال، يُظهر الشكل 3.15 تصميمًا بديلًا لتجميعة داعمة حيث تُستخدم بكرات لتحديد موضع المنتج. في هذا التصميم، تُستخدم محامل دحرجة قياسية كبكرتين 1 و2، وتدور حلقاتهما الخارجية على محاور ثابتة مثبتة في جسم دعامة الآلة 3. ويُصوّر الشكل 3.16 رسمًا تخطيطيًا لتصميم أكثر تعقيدًا لتجميعة دعم بكرات، نُفّذت في مشروعٍ لأحد مُصنّعي آلات الموازنة. كما هو موضح في الرسم، من أجل زيادة قدرة تحمل الأسطوانة (وبالتالي مجموعة الدعم ككل)، يتم تركيب زوج من محامل التدحرج 1 و2 في جسم الأسطوانة 3. ويبدو أن التنفيذ العملي لهذا التصميم، على الرغم من جميع مزاياه الواضحة، مهمة معقدة إلى حد ما، مرتبطة بالحاجة إلى تصنيع جسم الأسطوانة 3 بشكل مستقل، الأمر الذي يفرض متطلبات عالية جدًا من حيث الدقة الهندسية والخصائص الميكانيكية للمادة.

الشكل 3.15. مثال على تصميم مجموعة دعامات الأسطوانة

الشكل 3.16. مثال على تصميم مجموعة دعامة الأسطوانة المزودة بمحملين دوارين

يوضح الشكل 3.17 نموذجًا لتصميم مجموعة دعم بكرات ذاتية المحاذاة، طوّرها متخصصو شركة "تكنوبالانس". في هذا التصميم، تُحقق خاصية المحاذاة الذاتية للبكرات من خلال تزويدها بدرجتي حرية إضافيتين، مما يسمح لها بإجراء حركات زاوية صغيرة حول المحورين X وY. تُوصى عادةً باستخدام مجموعات الدعم هذه، التي تضمن دقة عالية في تركيب الدوارات المتوازنة، على دعامات آلات الموازنة الثقيلة.

الشكل 3.17. مثال على تصميم مجموعة دعامات الأسطوانات ذاتية المحاذاة

كما ذكرنا سابقًا، عادةً ما تتطلب مجموعات دعامات البكرات مستويات عالية من الدقة في التصنيع والصلابة. وعلى وجه الخصوص، يجب ألا تتجاوز التفاوتات المحددة للانحراف الشعاعي للبكرات 3-5 ميكرون.

عملياً، لا يتحقق هذا الأمر دائماً حتى من قبل الشركات المصنعة المعروفة. على سبيل المثال، خلال اختبار المؤلف للانحراف الشعاعي لمجموعة من دعامات البكرات الجديدة، التي تم شراؤها كقطع غيار لآلة الموازنة طراز H8V، من ماركة "K. Shenk"، وصل الانحراف الشعاعي لبكراتها إلى 10-11 ميكرون.

3.2.1.3. مجموعات دعم المغزل

عند موازنة الدوارات المزودة بحواف تثبيت (مثل أعمدة كاردان) على آلات الموازنة، تُستخدم المغازل كوحدات داعمة لتحديد موضع المنتجات المراد موازنتها وتثبيتها وتدويرها.

تعد المغازل من أكثر مكونات آلات الموازنة تعقيدًا وأهميةً، وهي المسؤولة بشكل كبير عن تحقيق جودة الموازنة المطلوبة.

إن نظرية وممارسة تصميم وتصنيع المغازل متطورة للغاية وتنعكس في مجموعة واسعة من المنشورات، ومن بينها تبرز الدراسة "تفاصيل وآليات أدوات آلات قطع المعادن" [1]، التي حررها الدكتور المهندس دي إن ريشيتوف، باعتبارها الأكثر فائدة وسهولة في الوصول إليها للمطورين.

من بين المتطلبات الرئيسية التي ينبغي أخذها في الاعتبار عند تصميم وتصنيع أعمدة آلات الموازنة، ينبغي إعطاء الأولوية لما يلي:

أ) توفير صلابة عالية لهيكل مجموعة المغزل بما يكفي لمنع حدوث تشوهات غير مقبولة قد تنشأ تحت تأثير قوى عدم التوازن في الدوار المتوازن؛

ب) ضمان ثبات موضع محور دوران المغزل، والذي يتميز بالقيم المسموح بها للانحرافات الشعاعية والمحورية والانحرافات المحورية للمغزل؛

ج) ضمان مقاومة التآكل المناسبة لأعمدة المحور، وكذلك أسطح التثبيت والدعم المستخدمة لتركيب المنتجات المتوازنة.

يتم تفصيل التنفيذ العملي لهذه المتطلبات في القسم السادس "المغازل ودعاماتها" من العمل [1].

وعلى وجه الخصوص، توجد منهجيات للتحقق من صلابة المغازل ودقة دورانها، وتوصيات لاختيار المحامل، واختيار مادة المغزل وطرق تقويتها، بالإضافة إلى الكثير من المعلومات المفيدة الأخرى حول هذا الموضوع.

يشير البحث [1] إلى أنه عند تصميم المغازل لمعظم أنواع الآلات المكنية لقطع المعادن، يُستخدم بشكل أساسي نظام ذو محملين.

يُظهر الشكل 3.18 مثالاً على أحد أشكال تصميم نظام المحامل الثنائية هذا المستخدم في أعمدة دوران آلات الطحن (يمكن الاطلاع على التفاصيل في المرجع [1]).

يعد هذا التصميم مناسبًا تمامًا لتصنيع أعمدة آلات الموازنة، وترد أدناه في الأشكال 3.19-3.22 أمثلة على أشكال التصميم المختلفة.

الشكل 3.18. رسم تخطيطي لمحور آلة طحن ثنائي المحامل

يوضح الشكل 3.19 أحد أشكال تصميم مجموعة المحور الأمامي لآلة موازنة، والتي تدور على محملين شعاعيين دافعين، لكل منهما غلافه المستقل 1 و2. ويتم تركيب شفة 4، المخصصة لتركيب عمود كاردان بالشفة، وبكرة 5، المستخدمة لنقل الدوران إلى المحور من المحرك الكهربائي باستخدام محرك حزام V، على عمود المحور 3.

الشكل 3.19. مثال على تصميم عمود الدوران على دعامتين مستقلتين

الشكلان 3.20 و3.21 تُظهر الصورتان تصميمين متشابهين إلى حد كبير لمجموعات المحور الأمامي. وفي كلتا الحالتين، يتم تركيب محامل المحور في غلاف مشترك 1، يحتوي على فتحة محورية نافذة ضرورية لتركيب عمود المحور. وعند مدخل ومخرج هذه الفتحة، يحتوي الغلاف على فتحات خاصة (غير موضحة في الصور)، مصممة لاستيعاب محامل الدفع الشعاعية (الأسطوانية أو الكروية) وأغطية الحواف الخاصة 5، المستخدمة لتثبيت الحلقات الخارجية للمحامل.

الشكل 3.20. المثال الأول لتصميم عمود الدوران الرئيسي المثبت على دعامتين محملتين في غلاف مشترك

الشكل 3.21. المثال الثاني لتصميم عمود الدوران الرئيسي المثبت على دعامتين محملتين في غلاف مشترك

وكما في الإصدار السابق (انظر الشكل 3.19)، يتم تثبيت لوحة أمامية 2 على عمود المغزل، وهي مخصصة لتركيب عمود الإدارة بواسطة شفة، بالإضافة إلى بكرة 3 تُستخدم لنقل الدوران إلى المغزل من المحرك الكهربائي عبر نظام نقل بالحزام. كما يتم تثبيت ذراع 4 على عمود المغزل، ويستخدم لتحديد الموضع الزاوي للمغزل، ويستخدم عند تركيب أوزان الاختبار والتصحيح على الدوار أثناء الموازنة.

الشكل 3.22. مثال على تصميم عمود دوران مدفوع (خلفي)

الشكل 3.22 يُظهر هذا الشكل نموذجًا تصميميًا مختلفًا لمجموعة المغزل المدفوع (الخلفي) في إحدى الآلات، والذي لا يختلف عن المغزل الأمامي إلا في عدم وجود بكرة الدفع والذراع، حيث إنهما غير ضروريين.

الشكل 3.23. مثال على تنفيذ تصميم مغزل مدفوع (خلفي)

كما يظهر في الأشكال 3.20 – 3.22، يتم تثبيت مجموعات المحاور المذكورة أعلاه على دعامات المحامل اللينة لآلات الموازنة باستخدام مشابك (أشرطة) خاصة 6. ويمكن أيضًا استخدام طرق تثبيت أخرى عند الضرورة، مع ضمان الصلابة والدقة اللازمتين في وضع مجموعة المحور على الدعامة.

الشكل 3.23 يوضح هذا الرسم تصميمًا لتركيب الحافة مشابهًا لتلك المحور، والذي يمكن استخدامه لتركيبه على دعامة ذات محمل صلب في آلة الموازنة.

3.2.1.3.4. حساب صلابة المغزل والانحراف الشعاعي

لتحديد صلابة المغزل والانحراف القطري المتوقع، يمكن استخدام الصيغة 3.4 (انظر مخطط الحساب في الشكل 3.24):

أين:

• Y - الإزاحة المرنة للمغزل عند نهاية وحدة المغزل، سم؛;
• P - الحمل المحسوب المؤثر على وحدة المغزل، بالكيلوجرام؛;
• A - دعامة المحمل الخلفي للمغزل؛;
• B - دعامة المحمل الأمامي للمغزل؛;
• g - طول وحدة المغزل، سم؛;
• ج - المسافة بين الدعامتين A و B للمغزل، سم؛;
• J1 - متوسط عزم القصور الذاتي لقسم المغزل بين الدعامات، سم⁴؛;
• J2 - متوسط عزم القصور الذاتي لقسم وحدة التحكم في المغزل، سم⁴؛;
• jB و jA - صلابة المحامل للدعامات الأمامية والخلفية للمغزل، على التوالي، كجم/سم.

من خلال تحويل المعادلة 3.4، يمكن الحصول على القيمة المحسوبة المطلوبة لصلابة مجموعة المغزل jшп يمكن تحديد:

بالنظر إلى توصيات الدراسة [1] المتعلقة بآلات الموازنة متوسطة الحجم، يجب ألا تقل هذه القيمة عن 50 كجم/ميكرومتر.

لحساب الانحراف الشعاعي، يتم استخدام الصيغة 3.5:

أين:

• ∆ هو الانحراف الشعاعي عند طرف وحدة المحور، ميكرومتر؛
• ∆B هو الانحراف الشعاعي لمحمل عمود الدوران الأمامي، بالميكرومتر؛
• ∆A هو الانحراف الشعاعي لمحمل المحور الخلفي، بالميكرومتر؛
• g هو طول وحدة المحور، بالسنتيمتر؛
• c هي المسافة بين دعامتَي A و B للمغزل، بالسنتيمتر.

3.2.1.3.5. ضمان تلبية متطلبات توازن المغزل

يجب أن تكون مجموعات المغزل في آلات الموازنة متوازنة بدقة، لأن أي اختلال فعلي في التوازن سينتقل إلى الدوار المراد موازنته كخطأ إضافي. عند تحديد التفاوتات التقنية للاختلال المتبقي في توازن المغزل، يُنصح عمومًا بأن تكون فئة دقة موازنته أعلى بفئة أو فئتين على الأقل من فئة دقة المنتج المراد موازنته على الآلة.

بالنظر إلى خصائص تصميم المغازل التي تمت مناقشتها أعلاه، ينبغي إجراء عملية موازنة هذه المغازل في مستويين.

3.2.1.3.6. ضمان تلبية متطلبات قدرة تحمل الأحمال ومتانة محامل المحور

عند تصميم المغازل واختيار أحجام المحامل، يُنصح بإجراء تقييم أولي لمتانة المحامل وقدرتها على التحمل. ويمكن تفصيل منهجية إجراء هذه الحسابات في ISO 281 "Rolling Bearings - Dynamic Load Ratings and Rating Life" [3]، وكذلك في العديد من مراجع محامل الدحرجة (بما فيها الرقمية).

3.2.1.3.7. ضمان تلبية متطلبات التسخين المقبول لمحامل المغزل

وفقًا للتوصيات الواردة في الدراسة [1]، يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى المسموح به لارتفاع درجة حرارة الحلقات الخارجية لمحامل المغزل 70 درجة مئوية. ومع ذلك، لضمان تحقيق توازن عالي الجودة، يجب ألا يتجاوز ارتفاع درجة حرارة الحلقات الخارجية الموصى به 40 – 45 درجة مئوية.

3.2.1.3.8. اختيار نوع نظام الدفع بالحزام وتصميم بكرة الدفع للمغزل

عند تصميم عمود الدوران لآلة الموازنة، يُوصى بضمان دورانها باستخدام نظام نقل الحركة بالحزام المسطح. ويرد في الشكلان 3.20 و3.23. لا يُستحسن استخدام سيور على شكل V أو سيور مسننة، لأنها قد تطبق أحمالًا ديناميكية إضافية على المغزل بسبب الأخطاء الهندسية في السيور والبكرات، ما قد يؤدي بدوره إلى أخطاء قياس إضافية أثناء الموازنة. وترد المتطلبات الموصى بها للبكرات الخاصة بسيور النقل المسطحة في المعيار الوطني GOST 17383-73 "Pulleys for flat drive belts" [4].

يجب وضع بكرة الدفع في الطرف الخلفي للمحور، بحيث تكون أقرب ما يمكن من مجموعة المحامل (مع أقل قدر ممكن من البروز). وقد اتُخذ قرار التصميم المتعلق بوضع البكرة البارزة أثناء تصنيع المحور الموضح في الشكل 3.19، يمكن اعتبارها غير ناجحة، لأنها تزيد بشكل كبير من عزم الحمل الديناميكي للمحرك المؤثر على دعامات العمود.

ومن العيوب المهمة الأخرى لهذا التصميم استخدام نظام نقل الحركة بحزام على شكل حرف V، حيث يمكن أن تشكل أخطاء التصنيع والتركيب فيه مصدرًا لحمل إضافي غير مرغوب فيه على عمود الدوران.

3.3. السرير (الإطار)

يُعد القاعدة الهيكل الداعم الرئيسي لآلة الموازنة، حيث ترتكز عليها عناصرها الرئيسية، بما في ذلك أعمدة الدعم ومحرك الدفع. وعند اختيار أو تصنيع قاعدة آلة الموازنة، من الضروري التأكد من استيفائها لعدة متطلبات، منها الصلابة المطلوبة، والدقة الهندسية، ومقاومة الاهتزاز، ومقاومة التآكل في أدلة التوجيه الخاصة بها.

تُظهر الممارسة أنه عند تصنيع الآلات لتلبية الاحتياجات الخاصة، تُستخدم خيارات القاعدة التالية بشكل أكثر شيوعًا:

• أسرة من الحديد الزهر مستخرجة من آلات قطع المعادن المستعملة (المخارط، آلات النجارة، إلخ)؛
• أسرة مجمعة تعتمد على قنوات، يتم تجميعها باستخدام وصلات براغي؛
• أسرة ملحومة مصنوعة من القنوات؛
• أسطح من الخرسانة البوليمرية مزودة بطبقات طلاء ممتصة للاهتزازات.

الشكل 3.25. مثال على استخدام قاعدة آلة نجارة مستعملة لتصنيع آلة لموازنة أعمدة كاردان.

3.4. محركات آلات الموازنة

كما يتضح من تحليل حلول التصميم التي يستخدمها عملاؤنا في تصنيع آلات الموازنة، فإنهم يركزون بشكل أساسي على استخدام محركات التيار المتردد المزودة بمحركات تردد متغير عند تصميم أنظمة الدفع. ويتيح هذا النهج نطاقًا واسعًا من سرعات الدوران القابلة للتعديل للدوارات الموازنة بتكلفة ضئيلة. وعادةً ما يتم اختيار قوة محركات الدفع الرئيسية المستخدمة لتدوير الدوارات الموازنة بناءً على كتلة هذه الدوارات، ويمكن أن تكون تقريبًا:

• 0.25 - 0.72 كيلوواط للآلات المصممة لموازنة الدوارات بكتلة ≤ 5 كجم؛;
• 0.72 - 1.2 كيلو واط للآلات المصممة لموازنة الدوارات ذات كتلة > 5 ≤ 50 كجم؛;
• 1.2 - 1.5 كيلو واط للآلات المصممة لموازنة الدوارات ذات كتلة > 50 ≤ 100 كجم؛;
• 1.5 - 2.2 كيلو واط للآلات المصممة لموازنة الدوارات ذات كتلة > 100 ≤ 500 كجم؛;
• 2.2 - 5 كيلو واط للآلات المصممة لموازنة الدوارات ذات كتلة > 500 ≤ 1000 كجم؛;
• 5 - 7.5 كيلو واط للآلات المصممة لموازنة الدوارات ذات كتلة > 1000 ≤ 3000 كجم.

يجب تثبيت هذه المحركات بإحكام على قاعدة الماكينة أو أساسها. قبل التثبيت على الماكينة (أو في موقع التثبيت)، يجب موازنة محرك الدفع الرئيسي بعناية، جنبًا إلى جنب مع البكرة المثبتة على عمود الخرج الخاص به. لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن محرك التردد المتغير، يوصى بتركيب مرشحات شبكة عند مدخله ومخرجه. يمكن أن تكون هذه المرشحات منتجات قياسية جاهزة توفرها الشركات المصنعة للمحركات أو مرشحات مصنوعة يدويًا باستخدام حلقات الفريت.

4. أنظمة القياس في آلات الموازنة

معظم هواة تصنيع آلات الموازنة، الذين يتواصلون مع شركة "كينماتيكس" (فايبروميرا)، يخططون لاستخدام أنظمة القياس من سلسلة "بالانسيت" التي تنتجها شركتنا في تصاميمهم. مع ذلك، هناك أيضًا بعض العملاء الذين يخططون لتصنيع هذه الأنظمة بأنفسهم. لذا، من المفيد مناقشة تصميم نظام قياس لآلة الموازنة بمزيد من التفصيل. يتمثل الشرط الأساسي لهذه الأنظمة في توفير قياسات عالية الدقة لسعة وطور المكون الدوراني لإشارة الاهتزاز، والذي يظهر عند تردد دوران الدوار المتوازن. عادةً ما يتحقق هذا الهدف باستخدام مجموعة من الحلول التقنية، بما في ذلك:

• استخدام مستشعرات الاهتزاز ذات معامل تحويل الإشارة العالي؛
• استخدام مستشعرات زاوية الطور الليزرية الحديثة؛
• تصنيع (أو استخدام) أجهزة تسمح بتضخيم إشارات أجهزة الاستشعار وتحويلها رقميًا (المعالجة الأولية للإشارات)؛
• تنفيذ معالجة البرمجيات للإشارة الاهتزازية، والتي ينبغي أن تسمح بالاستخراج عالي الدقة والمستقر للمكون الدوراني للإشارة الاهتزازية، والذي يظهر عند تردد دوران الدوار المتوازن (المعالجة الثانوية).

فيما يلي، نستعرض المتغيرات المعروفة لهذه الحلول التقنية، والتي تم تطبيقها في عدد من أدوات الموازنة المعروفة.

4.1. اختيار مستشعرات الاهتزاز

في أنظمة القياس الخاصة بآلات الموازنة، يمكن استخدام أنواع مختلفة من مستشعرات الاهتزاز (المحولات)، ومنها:

• مستشعرات تسارع الاهتزاز (مقاييس التسارع)؛
• مستشعرات سرعة الاهتزاز؛
• مستشعرات إزاحة الاهتزاز؛
• مستشعرات القوة.

4.1.1. مستشعرات تسارع الاهتزاز

من بين مستشعرات تسارع الاهتزاز، تُعدّ مستشعرات التسارع الكهروإجهادية والسعوية (الرقائقية) الأكثر استخدامًا، ويمكن استخدامها بكفاءة في آلات الموازنة ذات المحامل المرنة. عمليًا، يُسمح عمومًا باستخدام مستشعرات تسارع الاهتزاز بمعاملات تحويل (Kpr) تتراوح بين 10 و30 ملي فولت/(م/ث²). في آلات الموازنة التي تتطلب دقة عالية جدًا، يُنصح باستخدام مستشعرات تسارع بمعاملات تحويل (Kpr) تصل إلى 100 ملي فولت/(م/ث²) فأكثر. كمثال على مستشعرات التسارع الكهروإجهادية التي يمكن استخدامها كمستشعرات اهتزاز لآلات الموازنة، يُظهر الشكل 4.1 مستشعري التسارع الكهروإجهاديين DN3M1 وDN3M1V6 من إنتاج شركة "إزميريتل".

الشكل 4.1. مقياس التسارع البيزو DN 3M1 وDN 3M1V6

ولربط هذه المستشعرات بأجهزة وأنظمة قياس الاهتزاز، من الضروري استخدام مضخمات شحنة خارجية أو مدمجة.

الشكل 4.2. مقاييس التسارع السعوية AD1 المصنعة بواسطة شركة "كينماتيكس" (فايبروميرا) المحدودة

وتجدر الإشارة إلى أن هذه المستشعرات، التي تشمل لوحات مقياس التسارع السعوي ADXL 345 الشائعة الاستخدام في السوق (انظر الشكل 4.3)، تتمتع بعدة مزايا مهمة مقارنة بمقاييس التسارع البيزو. وعلى وجه التحديد، فهي أرخص بـ 4 إلى 8 مرات مع خصائص تقنية مماثلة. علاوة على ذلك، فهي لا تتطلب استخدام مضخمات الشحنة المكلفة والحساسة التي تحتاجها مقاييس التسارع البيزو.

في الحالات التي يتم فيها استخدام كلا النوعين من أجهزة قياس التسارع في أنظمة القياس الخاصة بآلات الموازنة، عادةً ما يتم إجراء تكامل الأجهزة (أو التكامل المزدوج) لإشارات المستشعرات.

الشكل 4.2. مقياس التسارع السعوي AD 1، بعد التجميع.

الشكل 4.3. لوحة مقياس التسارع السعوي ADXL 345.

في هذه الحالة، يتم تحويل إشارة المستشعر الأولية، التي تتناسب مع تسارع الاهتزاز، إلى إشارة تتناسب مع سرعة الاهتزاز أو الإزاحة. وتكتسب عملية التكامل المزدوج لإشارة الاهتزاز أهمية خاصة عند استخدام مقاييس التسارع كجزء من أنظمة القياس الخاصة بآلات الموازنة منخفضة السرعة، حيث يمكن أن يصل نطاق تردد دوران الدوار الأدنى أثناء عملية الموازنة إلى 120 دورة في الدقيقة أو أقل. عند استخدام مقاييس التسارع السعوية في أنظمة قياس آلات الموازنة، يجب مراعاة أنه بعد التكامل، قد تحتوي إشاراتها على تداخل منخفض التردد، يظهر في نطاق التردد من 0.5 إلى 3 هرتز. وقد يحد هذا من نطاق التردد المنخفض للموازنة على الآلات المخصصة لاستخدام هذه المستشعرات.

4.1.2. مستشعرات سرعة الاهتزاز

4.1.2.1. مستشعرات سرعة الاهتزاز الاستقرائية.

تشتمل هذه المستشعرات على ملف حثي ونواة مغناطيسية. وعندما يهتز الملف بالنسبة إلى النواة الثابتة (أو العكس)، يتولد جهد كهرومغناطيسي في الملف، يكون جهد هذا الجهد متناسبًا طرديًا مع سرعة اهتزاز العنصر المتحرك في المستشعر. عادةً ما تكون معاملات التحويل (Кпр) لأجهزة الاستشعار الحثية عالية جدًا، حيث تصل إلى عدة عشرات أو حتى مئات من الميلي فولت/مم/ثانية. على وجه الخصوص، يبلغ معامل التحويل لجهاز الاستشعار من طراز Schenck T77 80 ميلي فولت/مم/ثانية، أما بالنسبة لجهاز الاستشعار من طراز IRD Mechanalysis 544M، فيبلغ 40 ميلي فولت/مم/ثانية. في بعض الحالات (على سبيل المثال، في آلات الموازنة Schenck)، تُستخدم مستشعرات سرعة الاهتزاز الحثية الخاصة عالية الحساسية المزودة بمضخم ميكانيكي، حيث يمكن أن يتجاوز Кпр 1000 mV/mm/sec. إذا تم استخدام مستشعرات سرعة الاهتزاز الحثية في أنظمة قياس آلات الموازنة، فيمكن أيضًا إجراء تكامل الأجهزة للإشارة الكهربائية المتناسبة مع سرعة الاهتزاز، وتحويلها إلى إشارة متناسبة مع إزاحة الاهتزاز.

الشكل 4.4. مستشعر طراز 544M من شركة IRD Mechanalysis.

الشكل 4.5. مستشعر طراز T77 من شركة شينك

وتجدر الإشارة إلى أن مستشعرات سرعة الاهتزاز الحثية تعتبر سلعًا نادرة ومكلفة للغاية، وذلك بسبب كثافة العمالة التي يتطلبها إنتاجها. ولذلك، وعلى الرغم من المزايا الواضحة لهذه المستشعرات، فإن مصنعي آلات الموازنة الهواة نادرًا ما يستخدمونها.

4.2. مستشعرات زاوية الطور

لمزامنة عملية قياس الاهتزاز مع زاوية دوران الدوار المتوازن، تُستخدم مستشعرات زاوية الطور، مثل مستشعرات الليزر (الكهروضوئية) أو المستشعرات الحثية. تُصنّع هذه المستشعرات بتصاميم متنوعة من قِبل شركات محلية وعالمية. ويتراوح سعرها بين 40 و200 دولار أمريكي تقريبًا. ومن الأمثلة على هذه الأجهزة مستشعر زاوية الطور الذي تُصنّعه شركة "دايمكس"، والموضح في الشكل 4.11.

الشكل 4.11: مستشعر زاوية الطور من شركة "دايمكس""

كمثال آخر، يوضح الشكل 4.12 نموذجًا تم تنفيذه بواسطة شركة LLC "Kinematics" (Vibromera)، والذي يستخدم مقاييس سرعة الليزر من طراز DT 2234C المصنوعة في الصين كمستشعرات لزاوية الطور. تشمل المزايا الواضحة لهذا المستشعر ما يلي:

• نطاق تشغيل واسع، يتيح قياس تردد دوران الدوار من 2.5 إلى 99,999 دورة في الدقيقة، بدقة لا تقل عن دورة واحدة؛
• شاشة رقمية؛
• سهولة ضبط عداد الدورات في الدقيقة لإجراء القياسات؛
• القدرة على تحمل التكاليف وانخفاض التكلفة السوقية؛
• سهولة التعديل نسبياً من أجل دمجها في نظام القياس الخاص بآلة الموازنة.

الشكل 4.12: مقياس سرعة الدوران بالليزر طراز DT 2234C

في بعض الحالات، عندما يكون استخدام أجهزة استشعار الليزر الضوئية غير مرغوب فيه لأي سبب من الأسباب، يمكن استبدالها بأجهزة استشعار الإزاحة الحثية غير المتصلة، مثل طراز ISAN E41A المذكور سابقًا أو منتجات مماثلة من شركات مصنعة أخرى.

4.3. ميزات معالجة الإشارات في أجهزة استشعار الاهتزاز

لإجراء قياس دقيق لسعة ومرحلة المكون الدوراني لإشارة الاهتزاز في معدات الموازنة، يتم عادةً استخدام مجموعة من أدوات معالجة الأجهزة والبرمجيات. تمكن هذه الأدوات:

• ترشيح إشارة المستشعر التناظرية باستخدام أجهزة النطاق العريض؛;
• تضخيم الإشارة التناظرية للمستشعر؛;
• التكامل و/أو التكامل المزدوج (إذا لزم الأمر) للإشارة التناظرية؛
• تصفية النطاق الضيق للإشارة التناظرية باستخدام مرشح التتبع؛
• التحويل التناظري إلى الرقمي للإشارة؛
• التصفية المتزامنة للإشارة الرقمية؛
• التحليل التوافقي للإشارة الرقمية.

4.3.1. تصفية إشارة النطاق العريض

تُعدّ هذه العملية ضرورية لتنقية إشارة مستشعر الاهتزاز من التداخلات المحتملة التي قد تحدث عند الحدين الأدنى والأعلى لنطاق تردد الجهاز. يُنصح بضبط الحد الأدنى لمرشح تمرير النطاق في جهاز قياس آلة الموازنة على 2-3 هرتز، والحد الأعلى على 50 (100) هرتز. يساعد الترشيح "السفلي" على كبح الضوضاء منخفضة التردد التي قد تظهر عند مخرج أنواع مختلفة من مضخمات قياس المستشعرات. أما الترشيح "العلوي" فيُزيل احتمالية التداخل الناتج عن ترددات التجميع والاهتزازات الرنانة المحتملة للمكونات الميكانيكية الفردية للآلة.

4.3.2. تضخيم الإشارة التناظرية من المستشعر

إذا دعت الحاجة إلى زيادة حساسية نظام القياس في جهاز الموازنة، يمكن تضخيم الإشارات الواردة من مستشعرات الاهتزاز إلى مدخل وحدة القياس. ويمكن استخدام كل من المضخمات القياسية ذات الكسب الثابت والمضخمات متعددة المراحل، التي يمكن تغيير كسبها برمجيًا بناءً على مستوى الإشارة الفعلي من المستشعر. ومن أمثلة المضخمات متعددة المراحل القابلة للبرمجة، المضخمات المستخدمة في محولات قياس الجهد مثل E154 أو E14-140 من شركة "L-Card".

4.3.3. اندماج

كما ذكرنا سابقًا، يوصى بتكامل الأجهزة و/أو التكامل المزدوج لإشارات مستشعر الاهتزاز في أنظمة القياس الخاصة بآلات الموازنة. وبالتالي، يمكن تحويل إشارة مقياس التسارع الأولية، المتناسبة مع تسارع الاهتزاز، إلى إشارة متناسبة مع سرعة الاهتزاز (التكامل) أو إزاحة الاهتزاز (التكامل المزدوج). وبالمثل، يمكن تحويل إشارة مستشعر سرعة الاهتزاز بعد التكامل إلى إشارة تتناسب مع إزاحة الاهتزاز.

4.3.4. تصفية النطاق الضيق للإشارة التناظرية باستخدام مرشح التتبع

لتقليل التداخل وتحسين جودة معالجة إشارات الاهتزاز في أنظمة قياس آلات الموازنة، يمكن استخدام مرشحات تتبع ضيقة النطاق. يتم ضبط التردد المركزي لهذه المرشحات تلقائيًا على تردد دوران الدوار المتوازن باستخدام إشارة مستشعر دوران الدوار. ويمكن استخدام الدوائر المتكاملة الحديثة، مثل MAX263 وMAX264 وMAX267 وMAX268 من شركة "MAXIM"، لإنشاء هذه المرشحات.

4.3.5. التحويل التناظري إلى الرقمي للإشارات

يُعدّ التحويل من تناظري إلى رقمي إجراءً بالغ الأهمية لضمان تحسين جودة معالجة إشارة الاهتزاز أثناء قياس السعة والطور. يُطبّق هذا الإجراء في جميع أنظمة القياس الحديثة لآلات الموازنة. ومن الأمثلة على التطبيق الفعال لهذه المحولات التناظرية الرقمية، محولات قياس الجهد من النوع E154 أو E14-140 من شركة "L-Card"، المستخدمة في العديد من أنظمة القياس لآلات الموازنة التي تُصنّعها شركة "Kinematics" (Vibromera). إضافةً إلى ذلك، تمتلك شركة "Kinematics" (Vibromera) خبرةً في استخدام أنظمة المعالجات الدقيقة الأقل تكلفةً، والمبنية على وحدات تحكم "Arduino"، ووحدة التحكم الدقيقة PIC18F4620 من شركة "Microchip"، وأجهزة مماثلة.

4.1.2.2. مستشعرات سرعة الاهتزاز القائمة على مقاييس التسارع الكهروإجهادية

يختلف هذا النوع من المستشعرات عن مقياس التسارع الكهروإجهادي القياسي باحتوائه على مُضخِّم شحنة ومُكامل مُدمجين داخل غلافه، مما يسمح له بإخراج إشارة تتناسب مع سرعة الاهتزاز. على سبيل المثال، تُظهر الأشكال 4.6 و4.7 مستشعرات سرعة الاهتزاز الكهروإجهادية المُصنّعة من قِبل مُنتجين محليين (شركة ZETLAB وشركة Vibropribor ذات المسؤولية المحدودة).

الشكل 4.6. جهاز استشعار طراز AV02 من شركة ZETLAB (روسيا)

الشكل 4.7. مستشعر طراز DVST 2 من شركة "Vibropribor" المحدودة"

يتم تصنيع هذه المستشعرات من قبل العديد من الشركات (المحلية والأجنبية على حد سواء)، وهي تُستخدم حالياً على نطاق واسع، لا سيما في أجهزة الاهتزاز المحمولة. وتعتبر تكلفة هذه المستشعرات مرتفعة جداً، حيث يمكن أن تصل إلى ما بين 20,000 و30,000 روبل للواحدة، حتى تلك التي تنتجها الشركات المحلية.

4.1.3. مستشعرات الإزاحة

في أنظمة قياس آلات الموازنة، يمكن استخدام مستشعرات الإزاحة غير التلامسية، سواءً كانت سعوية أو حثية. تعمل هذه المستشعرات في الوضع الساكن، مما يسمح بتسجيل العمليات الاهتزازية بدءًا من 0 هرتز. يُعد استخدامها فعالًا بشكل خاص عند موازنة الدوارات منخفضة السرعة التي تدور بسرعة 120 دورة في الدقيقة أو أقل. تصل معاملات التحويل لهذه المستشعرات إلى 1000 مللي فولت/مم أو أكثر، مما يوفر دقة ووضوحًا عاليين في قياس الإزاحة، حتى بدون تضخيم إضافي. من أبرز مزايا هذه المستشعرات تكلفتها المنخفضة نسبيًا، والتي لا تتجاوز 1000 روبل لدى بعض المصنّعين المحليين. عند استخدام هذه المستشعرات في آلات الموازنة، من المهم مراعاة أن الفجوة التشغيلية الاسمية بين العنصر الحساس للمستشعر وسطح الجسم المهتز محدودة بقطر ملف المستشعر. على سبيل المثال، بالنسبة للمستشعر الموضح في الشكل 4.8، طراز ISAN E41A من شركة "TEKO"، فإن فجوة العمل المحددة عادة ما تكون من 3.8 إلى 4 مم، مما يسمح بقياس إزاحة الجسم المهتز في نطاق ±2.5 مم.

الشكل 4.8. مستشعر الإزاحة الحثي طراز ISAN E41A من شركة TEKO (روسيا)

4.1.4. مستشعرات القوة

كما سبق ذكره، تُستخدم مستشعرات القوة في أنظمة القياس المركبة على آلات موازنة المحامل الصلبة. وعادةً ما تكون هذه المستشعرات من النوع الكهروإجهادي، لا سيما نظراً لسهولة تصنيعها وتكلفتها المنخفضة نسبياً. وتظهر أمثلة على هذه المستشعرات في الشكلين 4.9 و4.10.

الشكل 4.9. مستشعر القوة SD 1 من شركة Kinematika LLC

الشكل 4.10: مستشعر القوة لآلات موازنة السيارات، يباع بواسطة "سوق STO""

كما يمكن استخدام مستشعرات القوة التي تعمل بمقياس الإجهاد، والتي تنتجها مجموعة واسعة من الشركات المحلية والأجنبية، لقياس التشوهات النسبية في دعامات آلات موازنة المحامل الصلبة.

4.4. المخطط الوظيفي لنظام القياس الخاص بآلة الموازنة، "Balanset 2""

يمثل نظام القياس "Balanset 2" نهجًا حديثًا لدمج وظائف القياس والحساب في آلات الموازنة. يوفر هذا النظام حسابًا تلقائيًا للأوزان التصحيحية باستخدام طريقة معامل التأثير، ويمكن تكييفه مع مختلف تكوينات الآلات.

يتضمن المخطط الوظيفي تهيئة الإشارة، والتحويل من تناظري إلى رقمي، ومعالجة الإشارة الرقمية، وخوارزميات الحساب التلقائي. ويمكن للنظام التعامل مع سيناريوهات الموازنة ثنائية المستويات ومتعددة المستويات بدقة عالية.

4.5. حساب معاملات الأوزان التصحيحية المستخدمة في موازنة الدوار

تعتمد عملية حساب الأوزان التصحيحية على طريقة معامل التأثير، التي تحدد كيفية استجابة الدوار لأوزان الاختبار في مستويات مختلفة. تُعد هذه الطريقة أساسية في جميع أنظمة الموازنة الحديثة، وتوفر نتائج دقيقة لكل من الدوارات الصلبة والمرنة.

4.5.1. مهمة موازنة الدوارات ثنائية الدعم وطرق حلها

بالنسبة للدوارات ذات الدعم المزدوج (وهو التكوين الأكثر شيوعًا)، تتضمن مهمة الموازنة تحديد وزنين تصحيحيين - وزن لكل مستوى تصحيح. وتستخدم طريقة معامل التأثير النهج التالي:

1. القياس الأولي (التشغيل 0): قياس الاهتزاز بدون استخدام أوزان تجريبية
2. التجربة الأولى (التجربة 1): أضف وزنًا تجريبيًا معروفًا إلى المستوى 1، وقم بقياس الاستجابة
3. التجربة الثانية (التجربة 2): انقل وزن التجربة إلى المستوى 2، وقم بقياس الاستجابة.
4. حساب: يقوم البرنامج بحساب أوزان التصحيح الدائمة بناءً على الاستجابات المقاسة.

يتضمن الأساس الرياضي حل نظام من المعادلات الخطية التي تربط تأثيرات وزن التجربة بالتصحيحات المطلوبة في كلا المستويين في وقت واحد.

الشكلان 3.26 و3.27 تُظهر أمثلة على استخدام قواعد المخرطة، والتي استند إليها تصنيع آلة متخصصة تعمل بنظام "Hard Bearing" لموازنة المثاقب، وآلة موازنة عالمية تعمل بنظام "Soft Bearing" للدوارات الأسطوانية. وبالنسبة للمصنعين الهواة، تتيح هذه الحلول إنشاء نظام دعم صلب لآلة الموازنة بأقل وقت وتكلفة، يمكن تركيب حوامل دعم من أنواع مختلفة عليه (سواء بنظام "Hard Bearing" أو "Soft Bearing"). تتمثل المهمة الرئيسية للمصنع في هذه الحالة في ضمان (واستعادة إذا لزم الأمر) الدقة الهندسية لموجهات الماكينة التي ستستند عليها حوامل الدعم. في ظروف الإنتاج اليدوي، عادةً ما يتم استخدام الكشط الدقيق لاستعادة الدقة الهندسية المطلوبة للموجهات.

الشكل 3.28 يُظهر هذا الشكل نموذجًا لسرير مُجمَّع مصنوع من قناتين. وفي عملية تصنيع هذا السرير، تُستخدم وصلات قابلة للفك ومثبتة بمسامير، مما يتيح تقليل تشوهات السرير إلى أدنى حد أو القضاء عليها تمامًا أثناء التجميع دون الحاجة إلى عمليات تقنية إضافية. ولضمان الدقة الهندسية المناسبة لموجهات السرير المذكور، قد يتطلب الأمر إجراء معالجة ميكانيكية (طحن، وتفريز دقيق) للحواف العلوية للقنوات المستخدمة.

الشكلان 3.29 و3.30 تتضمن هذه النماذج أسرة ملحومة، مصنوعة هي الأخرى من قناتين. وقد تتطلب تقنية تصنيع هذه الأسرة سلسلة من العمليات الإضافية، مثل المعالجة الحرارية لتخفيف الضغوط الداخلية التي تحدث أثناء اللحام. وكما هو الحال مع الأسرة المُجمَّعة، لضمان الدقة الهندسية المناسبة لموجهات الأسرة الملحومة، ينبغي التخطيط لإجراء معالجة ميكانيكية (الصقل، والطحن الدقيق) للحواف العلوية للقنوات المستخدمة.

4.5.2. منهجية الموازنة الديناميكية للدوارات متعددة الدعامات

تتطلب الدوارات متعددة الدعامات (ثلاث أو أربع نقاط ارتكاز) إجراءات موازنة أكثر تعقيدًا. تساهم كل نقطة ارتكاز في السلوك الديناميكي العام، ويجب أن يأخذ التصحيح في الاعتبار التفاعلات بين جميع المستويات.

تُوسّع هذه المنهجية نهج المستويين من خلال:

• قياس الاهتزاز عند جميع نقاط الدعم
• استخدام أوضاع متعددة لأوزان الاختبار
• حل أنظمة المعادلات الخطية الأكبر حجماً
• تحسين توزيع وزن التصحيح

بالنسبة لأعمدة الكردان والدوارات الطويلة المماثلة، فإن هذا النهج يحقق عادةً مستويات عدم التوازن المتبقية التي تتوافق مع درجات الجودة ISO G6.3 أو أفضل.

4.5.3. آلات حاسبة لموازنة الدوارات متعددة الدعامات

تم تطوير خوارزميات حسابية متخصصة لتكوينات الدوارات ذات الدعامات الثلاثية والرباعية. هذه الحاسبات مُدمجة في برنامج Balanset-4، وتستطيع التعامل مع الأشكال الهندسية المعقدة للدوارات تلقائيًا.

تأخذ الآلات الحاسبة في الاعتبار ما يلي:

• صلابة دعم متغيرة
• التداخل بين مستويات التصحيح
• تحسين توزيع الأوزان لضمان سهولة الوصول
• التحقق من النتائج المحسوبة

5. توصيات للتحقق من تشغيل ودقة آلات الموازنة

تعتمد دقة وموثوقية آلة الموازنة على عوامل عديدة، منها الدقة الهندسية لمكوناتها الميكانيكية، والخصائص الديناميكية للدعامات، وكفاءة نظام القياس. ويضمن التحقق الدوري من هذه المعايير جودة موازنة ثابتة، ويساعد في تحديد المشكلات المحتملة قبل أن تؤثر على الإنتاج.

5.1. التحقق من الدقة الهندسية للآلة

يشمل التحقق من الدقة الهندسية فحص محاذاة الدعامات، وتوازي الموجهات، وتمركز مجموعات المغزل. يجب إجراء هذه الفحوصات أثناء الإعداد الأولي وبشكل دوري أثناء التشغيل لضمان الحفاظ على الدقة.

5.2. فحص الخصائص الديناميكية للآلة

تتضمن عملية التحقق من الخصائص الديناميكية قياس الترددات الطبيعية للدعامات ومكونات الإطار لضمان فصلها بشكل صحيح عن ترددات التشغيل. وهذا يمنع حدوث مشاكل الرنين التي قد تؤثر على دقة التوازن.

5.3. التحقق من الكفاءة التشغيلية لنظام القياس

يشمل التحقق من نظام القياس معايرة المستشعر، والتحقق من محاذاة الطور، وفحص دقة معالجة الإشارة. وهذا يضمن قياسًا موثوقًا لسعة الاهتزاز وطوره عند جميع سرعات التشغيل.

5.4. التحقق من خصائص الدقة وفق ISO 21940-21 (سابقًا ISO 2953)

يوفر ISO 21940-21 (سابقًا ISO 2953) إجراءات موحدة للتحقق من دقة آلات الموازنة باستخدام دوّارات اختبار مُعايرة. وتساعد هذه الإجراءات على التحقق من أداء الآلة مقارنةً بالمعايير المعترف بها دوليًا.

الأدب

1. ريشيتوف دي إن (محرر). "تفاصيل وآليات أدوات آلات قطع المعادن". موسكو: ماشينوسترويني، 1972.
2. كيلينبيرجر دبليو. "الطحن الحلزوني للأسطح الأسطوانية". الآلات، 1963.
3. ISO 281 "Rolling Bearings - Dynamic Load Ratings and Rating Life."
4. GOST 17383-73 (معيار وطني) "Pulleys for flat drive belts."
5. ISO 21940-11 (سابقًا ISO 1940-1) "Mechanical vibration - Rotor balancing - Part 11: Procedures and tolerances for rotors with rigid behaviour."
6. ISO 21940-21 (سابقًا ISO 2953) "Mechanical vibration - Rotor balancing - Part 21: Description and evaluation of balancing machines."