بالانس روتور در ماشینهای تراش: یک راه حل مقرون به صرفه برای بهبود کیفیت محصول
در تولید مدرن، جایی که کیفیت محصول از اهمیت ویژهای برخوردار است، بالانس روتور بخش ضروریای از فرآیند تکنولوژیکی میشود. با این حال، خریدارِ تجهیزات تعادلکنندهی تخصصی برای کسبوکارهای کوچک و متوسط میتواند پرهزینه باشد. در این مقاله، ما امکان استفاده از دستگاههای تراش برای روتور تعادل را بررسی میکنیم، که میتواند به طور قابلتوجهی هزینههای تجهیزات را کاهش دهد و بهرهوری تولید را بهبود ببخشد.
ماشین تراش به عنوان ابزاری برای تعادل
دستگاه تراش، به دلیل طراحی و عملکردش، میتواند با موفقیت برای بالانس روتورهای انواع و اندازههای مختلف استفاده شود. مزیت اصلی این رویکرد، صرفهجویی در هزینه است، زیرا نیازی به خرید تجهیزات تخصصی گرانقیمت نیست. علاوه بر این، استفاده از دستگاه تراش امکان انجام بالانس را مستقیماً در حین فرآیند ساخت روتور فراهم میکند که زمان تولید را کوتاهتر و کیفیت محصول را بهبود میبخشد.
آمادهسازی برای بالانس
قبل از شروع فرآیند تعادل، باید چندین مرحله مقدماتی انجام شود:
- انتخاب دستگاه تراش مناسب: دستگاه تراش باید از استحکام و دقت کافی برخوردار باشد تا نصب روتور به طور قابل اعتمادی انجام شود و اندازهگیریهای ارتعاش به طور دقیق انجام شوند.
- نصب سیستم اندازهگیری: برای اندازهگیری روتور لرزش بر روی تراش، میتوان از تعادلدهندهی قابل حمل مثل Balanset-1A استفاده کرد. این دستگاه شامل حسگرهای ارتعاش، یک دورسنج و نرمافزاری برای تجزیهوتحلیل دادهها و محاسبهی جرم تصحیحی است.
- مواجهه با عدم تعادل ذاتی خود اسپیندل: لازم نیست خود اسپیندل دستگاه تراش را بالانس کنید. دستگاه تراش را فقط با نچاک (بدون روتور) روشن کنید و بردار ارتعاش را ثبت کنید: این مقدار، خط پایهٔ ناشی از اسپیندل و نچاک است. اگر این مقدار بخش قابلتوجهی از قرائت روتور باشد، یا آن را کم کنید، یا — بهتر است — از اجرای ایندکس 180° (تابع “Mandrel eccentricity elimination”، “F7 - Run Ecc”) استفاده کنید که بهطور خودکار هرچه را که همراه روتور نمیچرخد، جدا میکند.
- تطبیق روتور با دستگاه، نه با اسپیندل: آنچه اهمیت دارد این است که نیروی عدم تعادل روتور، پاسخی قابل اندازهگیری روی محفظههای یاتاقان ایجاد کند. یک دستگاه تراش سنگین و صلب، به ازای هر گرم عدم تعادل واکنش بسیار کمی نشان میدهد، بنابراین روی یک روتور بسیار سبک، سیگنال در نویز گم میشود، در حالیکه یک روتور بسیار سنگین ممکن است از بار نامی نچاک یا یاتاقانها فراتر رود. در عمل، پیش از اعتماد به هر ضریب تأثیری، بررسی کنید که یک وزنهٔ آزمایشی با اندازهٔ مناسب، تغییر دامنه و فاز تمیز و تکرارپذیری ایجاد کند.
- بررسی لنگی پوشش لاستیکی قبل از بالانس: در یک شفت روکشلاستیکی، عدم تعادل جرمی و رانوت هندسی روکش، دو عیب متفاوت هستند. بالانس، نیروی 1× را حذف میکند؛ اما نمیتواند روکشی بیضیشکل یا خارج از مرکز را گرد کند. یک ساعت اندیکاتور را روی سطح روکششده قرار دهید و شفت را با دست بچرخانید: اگر رانوت کلی نشاندادهشده از تلورانس محصول فراتر رود، ابتدا روکش را — روی همان دستگاه تراش — هممحور کنید یا بتراشید و تنها پس از آن بالانس کنید. شفتی که بالانس شده اما هنوز رانوت دارد، صرفنظر از اینکه قرائت ارتعاش چقدر پایین باشد، همچنان نوارهای اندازهگیری، خطوخش و نوسان فشار نیپ ایجاد خواهد کرد.
در این مقاله، تجربه و روششناسی خود را در تعادلبخشی دینامیکی شفتهای لاستیکی روی یک دستگاه تراش – راهحلی که، باید اعتراف کنم، در ابتدا به دلیل صلبیت ذاتی و وزن قابلتوجه چنین ماشینآلاتی نسبت به آن تردید داشتم. به طرز شگفتآوری، عملیات کاملاً بینقص انجام شد و به درجه کیفیت بالانس G 6.3 دست یافت (ISO 21940-11، که پیشتر ISO 1940-1 نام داشت).
فرآیند بالانس روتور در ماشین تراش به صورت تئوری
فرآیند بالانس روتور در ماشین تراش شامل مراحل زیر است:
محکم کردن روتور
روتور به طور ایمن در سه نظام تراش یا روی مراکز نصب میشود تا از پایداری در طول فرآیند بالانس اطمینان حاصل شود.
نصب سنسورها
یک سنسور ارتعاش برای هر صفحهٔ اصلاحی نصب کنید — یکی روی محفظهٔ یاتاقان سرسیلندر و یکی روی محفظهٔ ساپورت متحرک یا استدیرست — بهصورت شعاعی، تا حد امکان نزدیک به یاتاقان، روی یک سطح فلزی ماشینکاریشدهٔ تمیز و با استفاده از پایهٔ مغناطیسی. سنسورها را روی بستر دستگاه تراش، پیشبند یا محافظ نصب نکنید: سیگنال 1× در آنجا تضعیفشده و تحت سلطهٔ سازه است. بچسبانید نوار بازتابنده روی یک سطح فلزی (انتهای شفت یا چاک)، نه روی پوشش لاستیکی، و دورسنج لیزری را عمود بر آن هدفگیری کنید.
اندازهگیری ارتعاش اولیه
سطح ارتعاش اولیه در سرعتی که برای کل کار استفاده خواهید کرد، اندازهگیری میشود. تمام اجراها — اجرای ۰، اجراهای آزمایشی و اجرای تریم — باید در همان سرعت انجام شوند، زیرا ضرایب تأثیر تنها برای سرعتی که در آن اندازهگیری شدهاند معتبرند.
در نظر گرفتن خروج از مرکز (بلافاصله پس از Run 0)
فیکسچر و مندرل گریز از مرکز برداری را به قرائت اجرای ۰ اضافه میکند که عدم تعادل نیست، و اصلاح آن بر این اساس اشتباه خواهد بود. این موضوع را پیش از وزنهٔ آزمایشی رفع کنید، نه پس از آن: گزینهٔ “Mandrel eccentricity elimination” را در نرمافزار Balanset-1A فعال کنید، اجرای ۰ را کامل کنید، سپس روتور را 180° در فیکسچر بچرخانید و “F7 - Run Ecc” را فشار دهید. نرمافزار نیمِمجموع برداری را بهعنوان خروج از مرکز و نیمِتفاضل برداری را بهعنوان عدم تعادل واقعی در نظر میگیرد و تنها پس از آن اجرای آزمایشی را باز میکند. انجام این کار پس از جوشکاری وزنههای اصلاحی به معنای محاسبهٔ مجدد و تکرار آنها خواهد بود.
وزنهٔ آزمایشی چقدر باید باشد؟
نقطهٔ آغاز ایمن، وزنهای است که نیروی گریز از مرکز آن در محدودهٔ ۵–۱۰٪ وزن روتور بماند. فرمول چنین است:
mtrial = k · M · g / (R · ω²), k = ۰٫۰۵–۰٫۱۰
که در آن M جرم روتور (kg) است، g = ۹٫۸۱ m/s²، ر شعاع نصب وزنه (m) است و ω = 2π·RPM/60 (rad/s) است. مثال: روتور ۵۰ kg با سرعت ۳٬۰۰۰ rpm، با وزنه در R = ۰٫۲ m، مقدار m ≈ 0.07·50·9.81/(0.2·314²) ≈ ۱٫۷ g — گرم، نه صدها گرم. این عدد برای یک روتور 50 کیلوگرمی بهطرز شگفتآوری کوچک به نظر میرسد، اما نیرو را بررسی کنید: در 3,000 دور در دقیقه، همان 1.7 گرم از قبل نیرویی معادل F = m·R·ω² ≈ 34 نیوتن ایجاد میکند — حدود 7 درصد وزن روتور. نکتهٔ اصلی همین کوچک شروعکردن است: افزایش تدریجی وزنه ارزان است، در حالیکه یک وزنهٔ بیشازحد بزرگ، بار واقعی روی یاتاقانها و جوشها وارد میکند. همین بررسی نیرو برای هر وزنهای که میخواهید پیچ کنید، در جهت معکوس نیز کاربرد دارد.
لازم نیست این را با دست محاسبه کنید: نرمافزار Balanset شامل یک تخمینگر نخستین وزنهٔ آزمایشی است که براساس دادههای روتور شما هم جرم و هم زاویهٔ آغازین را پیشنهاد میکند؛ همچنین یک تست ضربه برای اطمینان از اینکه نزدیک فرکانس طبیعی کار نمیکنید.
وزنهٔ آزمایشی خوب، قرائت را به میزان دستکم ۲۰–۳۰٪ در دامنه یا ۲۰–۳۰° در فاز . اگر واکنش کوچکتر بود، وزنه را بهصورت پلکانی افزایش دهید — هرگز مستقیم به سراغ یک وزنه سنگین نروید “تا ببینید اتفاقی میافتد.”
نصب وزنهٔ آزمایشی
A وزن آزمایشی با جرم مشخص روی روتور نصب میشود و ارتعاش دوباره اندازهگیری میشود. برای بالانس دوصفحهای، این کار بهترتیب در هر صفحه انجام میشود — یک اجرای آزمایشی با وزنه در صفحهٔ 1 (اجرای ۱)، سپس یک اجرای آزمایشی با وزنه در صفحهٔ 2 (اجرای ۲) — تا نرمافزار بتواند تأثیر هر صفحهٔ اصلاحی را جداگانه اندازهگیری کند.
محاسبه جرمهای اصلاحی
نرمافزار Balanset-1A نتایج اندازهگیری را تجزیه و تحلیل کرده و جرمهای اصلاحی لازم و زوایای قرارگیری آنها را محاسبه میکند.
اصلاح جرم روتور
بسته به طراحی روتور و قابلیتهای دستگاه تراش، اصلاح جرم میتواند با متهکاری، فرزکاری، جوشکاری یا روشهای دیگر انجام شود.
تأیید تعادل
پس از انجام اصلاحات، اندازهگیری ارتعاش کنترلی انجام میشود. در صورت لزوم، این فرآیند تا زمانی که سطح تعادل مورد نیاز حاصل شود، تکرار میشود.
بالانس دینامیکی در عمل
- فرکانس چرخش: معمولاً سرعت دوران کاری این شفتها بین 300 تا 500 دور در دقیقه (rpm) است. در این مورد خاص، بالانس را در 550 rpm انجام دادیم.
- راهاندازی: شفت لاستیکیشده روی دستگاه تراش نصب شد و سپس حسگرها بهطور استراتژیک قرار داده شدند، همانطور که در عکسهای ضمیمه نشان داده شده است.
تراز دینامیکی در محل شفتهای لاستیکی با استفاده از دستگاه تراش
تعادل دینامیکی شفتهای لاستیکی
- مقادیر اولیه ارتعاش: پیش از تعادلبخشی، اولیه قرائتهای ارتعاش 9 mm/s و 17 mm/s بود.
- اجراهای آزمایشی: یک کار دوصفحهای به یک اجرای آزمایشی در هر صفحه بهنوبت نیاز دارد — Run 1 با وزنه در صفحه 1، سپس Run 2 با وزنه در صفحه 2. یک وزنه آزمایشی 340 گرمی جوش داده شد؛ این کار ارتعاش را تغییر داد و فاز قرائتها را حدود 10% تغییر میدهد. چنین پاسخی را حداقل مطلق در نظر بگیرید: برای اندازهگیری واضح و مطمئن، معمولاً به دنبال وزنه آزمایشی هستیم که بردار ارتعاش را 25–50% جابهجا کند، اما یک دستگاه تراش سنگین و صلب واکنش بسیار کمی به ازای هر گرم جرم آزمایشی نشان میدهد.
- تنظیمات تعادلی: پس از اجراهای آزمایشی با وزنه آزمایشی، دستگاه Balanset-1A ما نشان داد که نیاز به افزودن 3100 گرم در یک طرف شفت و 4300 گرم در طرف دیگر است که متناظر با اصلاحات در دو صفحه. پس از این تنظیمات، سطوح ارتعاش به 2 mm/s و 4 mm/s کاهش یافت.
تراز دینامیکی در محل شفتهای لاستیکی با استفاده از دستگاه تراش
تراز دینامیکی در محل شفتهای لاستیکی با استفاده از دستگاه تراش
- تنظیم دقیق: برای بهینهسازی بیشتر نتایج، اقدام به افزودن وزنههایی به وزن 400 گرم و 700 گرم کردیم. سپس، یک دور دیگر تنظیم دقیق با افزودن 200 گرم و 400 گرم انجام شد. به دلیل محدودیتهای فضایی، وزنهها روی یکدیگر جوش داده شدند. در نهایت، این وزنههای موقت با وزنههای تعادلی دقیق و خوشظاهر که بهطور ویژه برای این شفت ساخته شده بودند، جایگزین شدند. قرائتهای نهایی ارتعاش در هر دو صفحه، عدد چشمگیر 0.1 mm/s را نشان داد (یک عدد گردشده — دستگاه خود در مقادیر زیر 1 mm/s قرائت را تا سه رقم اعشار نمایش میدهد).
تراز دینامیکی در محل شفتهای لاستیکی با استفاده از دستگاه تراش
تراز دینامیکی در محل شفتهای لاستیکی با استفاده از دستگاه تراش
تراز دینامیکی در محل شفتهای لاستیکی با استفاده از دستگاه تراش
مزایای بالانس روتور در ماشینهای تراش
مقرون به صرفه بودن
استفاده از دستگاه تراش برای بالانس کردن، از هزینه خرید تجهیزات تخصصی بالانس جلوگیری میکند.
راحتی
بالانس کردن میتواند مستقیماً در طول فرآیند تولید روتور انجام شود و زمان تولید را کاهش دهد.
کیفیت بالا
بالانسرهای قابل حمل مدرن، مانند Balanset-1A، دقت بالانس بالایی را ارائه میدهند که باعث کاهش سطح ارتعاش و بهبود کیفیت محصول میشود.
نتیجهگیری
بالانس روتور در ماشینهای تراش یک راه حل موثر و اقتصادی برای کسب و کارهایی است که به دنبال بهبود کیفیت محصول و کاهش هزینههای تولید هستند. استفاده از بالانسرهای قابل حمل مانند Balanset-1A این فرآیند را حتی برای کارگاههای کوچک نیز ساده و قابل دسترس میکند.
یادآوریهای مهم
- برای دستیابی به بهترین نتایج، توصیه میشود از ابزارهای اندازهگیری با کیفیت بالا استفاده کنید و دقیقاً از روش تعادلبخشی پیروی کنید. میتوانید ارتعاش مجاز را برای روتور خود با استفاده از عدم تعادل باقیمانده برآورد کنید. ماشین حساب عدم تعادل باقیمانده (ISO 1940).
بالانس کردن روتورها در ماشینهای تراش گامی به سوی آینده تولید شماست که از طریق بهبود کیفیت محصول، کاهش هزینهها و افزایش رقابتپذیری کسب و کار شما، ثمربخش خواهد بود.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko مهندس تحلیل ارتعاشات و بنیانگذار و مدیرعامل Vibromera است. او بیش از 15 سال است که تجهیزات دوار را در محل کار بالانس میکند، نه روی میز آزمایش: مالچرها، فنهای صنعتی، سنگشکنها، سانتریفیوژها، شفتها و اسپیندلها. دستگاههای Balanset دقیقاً از دل همین کار بیرون آمدند — آنها بهعنوان ابزاری طراحی شدند که متخصص بتواند آن را تا کنار ماشین ببرد و بهتنهایی، در محل، از آن استفاده کند، نه بهعنوان تجهیزات آزمایشگاهی. Vibromera در سال 2017 تأسیس شد و از سال 2023 در پورتوی پرتغال مستقر است. توسعه، مونتاژ و پشتیبانی خط Balanset همگی همینجا انجام میشود. دستگاه شاخص، Balanset-1A است؛ یک آنالایزر قابل حمل برای بالانس تکصفحهای و دوصفحهای و برای تشخیص ارتعاش. Nikolai شخصاً در پشتیبانی مشتریان، در حل موارد دشوار بالانس و در توسعه نرمافزار مشارکت دارد. او با مشتریان در سراسر جهان و به هر زبانی کار میکند.
0 Comment