3. Balansavimo mašinų pagrindinių blokų ir mechanizmų konstrukcijos reikalavimai 3.1. Guoliai 3.1.1. Teoriniai guolių projektavimo pagrindai
Ankstesniame skyriuje išsamiai aptarti pagrindiniai balansavimo mašinų minkštųjų ir kietųjų guolių atramų konstrukciniai sprendimai. Esminis parametras, į kurį konstruktoriai turi atsižvelgti projektuodami ir gamindami šias atramas, yra jų savieji svyravimų dažniai. Tai svarbu, nes norint mašinos matavimo ir skaičiavimo sistemomis apskaičiuoti koreguojamųjų svorių parametrus, reikia išmatuoti ne tik atramų virpesių amplitudę (ciklinę deformaciją), bet ir virpesių fazę.
Jei atramos savasis dažnis sutampa su subalansuoto rotoriaus sukimosi dažniu (atramos rezonansas), tiksliai išmatuoti virpesių amplitudę ir fazę praktiškai neįmanoma. Tai aiškiai matyti iš grafikų, kuriuose atramos svyravimų amplitudės ir fazės kitimas priklauso nuo subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnio (žr. 3.1 pav.).
Iš šių grafikų matyti, kad kai subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnis artėja prie atramos svyravimų savojo dažnio (t. y. kai santykis fp/fo yra artimas 1), labai padidėja amplitudė, susijusi su atramos rezonansiniais svyravimais (žr. 3.1.a pav.). Kartu 3.1.b grafike matyti, kad rezonanso zonoje smarkiai keičiasi fazinis kampas ∆F°, kuris gali siekti iki 180°.
Kitaip tariant, balansuojant bet kurį rezonanso zonoje esantį mechanizmą, net ir nedideli jo sukimosi dažnio pokyčiai gali sukelti didelį jo virpesių amplitudės ir fazės matavimo rezultatų nestabilumą, dėl kurio atsiranda koreguojamųjų svorių parametrų apskaičiavimo klaidų ir neigiamai veikia balansavimo kokybę.
Pirmiau pateiktos diagramos patvirtina ankstesnes rekomendacijas, kad kietųjų guolių mašinų viršutinė rotoriaus darbinių dažnių riba turėtų būti (bent jau) 2-3 kartus mažesnė už atramos savitąjį dažnį, fo. Minkštų guolių mašinų atveju apatinė subalansuoto rotoriaus leistinų darbinių dažnių riba turėtų būti (bent 2-3 kartus) didesnė už atramos savitąjį dažnį.
3.1 pav. Grafikai, rodantys balansavimo mašinos atramos virpesių santykinės amplitudės ir fazės pokyčius priklausomai nuo sukimosi dažnio pokyčių.
Atsižvelgiant į pateiktą informaciją, mašinos nerekomenduojama eksploatuoti jos atramų rezonansinėje zonoje (3.1 pav. pažymėta raudonai). Iš 3.1 pav. pateiktų grafikų taip pat matyti, kad esant tokiems pat rotoriaus disbalansams faktiniai mašinos atramų su minkštaisiais guoliais virpesiai yra gerokai mažesni už tuos, kurie pasireiškia mašinos su minkštaisiais guoliais atramose.
Iš to išplaukia, kad jutikliai, naudojami atramų vibracijai matuoti kietųjų guolių mašinose, turi būti jautresni nei minkštųjų guolių mašinų jutikliai. Šią išvadą gerai patvirtina faktinė jutiklių naudojimo praktika, kuri rodo, kad absoliučių virpesių jutikliai (vibroakcelerometrai ir (arba) virpesių greičio jutikliai), sėkmingai naudojami minkštųjų guolių balansavimo staklėse, dažnai negali užtikrinti reikiamos balansavimo kokybės kietųjų guolių staklėse.
Šiose mašinose rekomenduojama naudoti santykinius vibracijos jutiklius, pavyzdžiui, jėgos jutiklius arba labai jautrius poslinkio jutiklius.
3.1.2. Atramų savitųjų dažnių įvertinimas taikant skaičiavimo metodus
Projektuotojas gali apytiksliai (apytiksliai) apskaičiuoti atraminės plokštės savitąjį dažnį pagal 3.1 formulę, supaprastintai laikydamas ją vieno laisvės laipsnio virpesių sistema, kurią (žr. 2.19.a pav.) vaizduoja masė M, svyruojanti ant standumo K spyruoklės.
fo=2π1MK(3.1)
Skaičiuojant simetrinio rotoriaus su skirtingais guoliais masę M galima apytiksliai apskaičiuoti pagal 3.2 formulę.
M=Mo+nMr(3.2) čia Mo - atramos judančios dalies masė kg; Mr - subalansuoto rotoriaus masė kg; n - mašinos atramų, dalyvaujančių balansavime, skaičius.
Atramos standumas K apskaičiuojamas pagal 3.3 formulę, remiantis eksperimentinių tyrimų rezultatais, kai matuojama atramos deformacija ΔL, kai ji apkraunama statine jėga P (žr. 3.2.a ir 3.2.b pav.).
K=ΔLP(3.3) čia ΔL - atramos deformacija metrais; P - statinė jėga niutonais.
Apkrovos jėgos P dydį galima išmatuoti naudojant jėgos matavimo prietaisą (pvz., dinamometrą). Atramos poslinkis ΔL nustatomas linijinių poslinkių matavimo prietaisu (pvz., ciferblatiniu indikatoriumi).
3. Balansavimo mašinų pagrindinių blokų ir mechanizmų konstrukcijos reikalavimai 3.1. Guoliai 3.1.2. Atramų savitųjų dažnių skaičiavimas skaičiavimo metodais
Atramų savitųjų dažnių skaičiavimai pagal pirmiau aptartą skaičiavimo schemą gali būti atliekami dviem kryptimis:
Norint apskaičiuoti atramų savituosius dažnius vertikalia kryptimi, reikia taikyti sudėtingesnį skaičiavimo metodą, kuriame (be pačios atramos ir subalansuoto rotoriaus parametrų) turi būti atsižvelgta į rėmo parametrus ir mašinos įrengimo ant pamato ypatumus. Šis metodas šiame leidinyje nenagrinėjamas. Analizuojant 3.1 formulę galima pateikti keletą paprastų rekomendacijų, į kurias turėtų atsižvelgti mašinų projektuotojai savo praktinėje veikloje. Visų pirma atramos savitąjį dažnį galima keisti keičiant jos standumą ir (arba) masę. Didinant standumą, atramos savasis dažnis didėja, o didinant masę - mažėja. Šie pokyčiai turi netiesinę, kvadratinę-atvirkštinę priklausomybę. Pavyzdžiui, padvigubinus atramos standumą, jos savasis dažnis padidėja tik 1,4 karto. Panašiai padvigubinus atramos judančios dalies masę, jos savitasis dažnis sumažėja tik 1,4 karto.
3.1.3. Eksperimentiniai metodai atramų saviesiems dažniams nustatyti
Atsižvelgiant į tai, kad pirmiau aptartas atramų savųjų dažnių skaičiavimas, atliekamas supaprastintu metodu, gali lemti dideles paklaidas, dauguma kūrėjų mėgėjų mieliau renkasi šiuos parametrus nustatyti eksperimentiniais metodais. Tam jie naudoja šiuolaikinių balansavimo mašinų vibracijos matavimo sistemų, įskaitant "Balanset" serijos prietaisus, teikiamas galimybes.
3.1.3.1. Atramų savųjų dažnių nustatymas smūginio sužadinimo metodu
Smūginio sužadinimo metodas yra paprasčiausias ir labiausiai paplitęs būdas nustatyti atramos ar bet kurios kitos mašinos sudedamosios dalies savąjį virpesių dažnį. Jis grindžiamas tuo, kad bet kokį objektą, pavyzdžiui, varpą (žr. 3.3 pav.), sužadinus smūgiu, jo atsakas pasireiškia kaip palaipsniui silpnėjanti virpesių reakcija. Vibracinio signalo dažnį lemia objekto struktūrinės charakteristikos ir jis atitinka jo savųjų virpesių dažnį. Smūginiam virpesių sužadinimui galima naudoti bet kokį sunkų įrankį, pavyzdžiui, guminį plaktuką arba įprastą plaktuką.
3.3 pav. Smūgio sužadinimo schema, naudojama objekto saviesiems dažniams nustatyti
Plaktuko masė turėtų būti apytiksliai lygi 10% sužadinamo objekto masės. Norint užfiksuoti virpesių atsaką, ant tiriamo objekto turėtų būti pritvirtintas virpesių jutiklis, kurio matavimo ašis turi būti nukreipta smūgio sužadinimo kryptimi. Kai kuriais atvejais kaip jutiklis gali būti naudojamas triukšmo matavimo prietaiso mikrofonas, kad būtų galima užfiksuoti objekto virpesių atsaką.
Jutiklis objekto virpesius paverčia elektriniu signalu, kuris siunčiamas į matavimo prietaisą, pvz., spektro analizatoriaus įėjimą. Šis prietaisas įrašo silpnėjančio virpesių proceso laiko funkciją ir spektrą (žr. 3.4 pav.), kurių analizė leidžia nustatyti objekto savųjų virpesių dažnį (dažnius).
3.4 pav. Objekto natūraliųjų virpesių matavimo ir registravimo schema
Kaip ir dauguma šiuolaikinių vibracijos matavimo prietaisų, "Balanset" serijos matavimo sistemos gali būti naudojamos objekto (pvz., balansavimo mašinos atramų) saviesiems dažniams nustatyti, kai jo virpesiai sužadinami smūgiu. Šią procedūrą "Balanset" serijos prietaisuose galima atlikti arba naudojant papildomų funkcijų režimą "Grafikai. Spektras" arba specializuotu režimu "Graphs. Poveikis", kuris įtrauktas į naujausias "Balanset 1" programinės įrangos versijas.
Atlikus šią procedūrą, kompiuterio ekrane rodomas darbinis langas su tiriamos konstrukcijos, sužadintos smūginiu sužadinimu, laiko funkcijos ir silpnėjančių virpesių spektro grafikais. Tokių grafikų pavyzdys parodytas 3.5 paveiksle.
3.5 pav. Programos sąsaja, rodanti tiriamos konstrukcijos laiko funkcijos grafikus ir smūginių virpesių spektrą
Iš 3.5 paveiksle pateikto spektro grafiko analizės (žr. apatinę darbo lango dalį) matyti, kad pagrindinė nagrinėjamos konstrukcijos savųjų virpesių komponentė, nustatyta pagal grafiko abscisių ašį, yra 9,5 Hz dažnio. Šį metodą galima rekomenduoti tiek minkštųjų, tiek kietųjų guolių balansavimo mašinų atramų savųjų virpesių tyrimams.
3.1.3.2. Atramų savitųjų dažnių nustatymas kranto režime
Kai kuriais atvejais atramų savituosius dažnius galima nustatyti cikliškai matuojant virpesių amplitudę ir fazę "ant kranto". Įgyvendinant šį metodą, tiriamoje mašinoje sumontuotas rotorius iš pradžių pagreitinamas iki didžiausio sukimosi greičio, po to jo pavara atjungiama, o trikdančios jėgos, susijusios su rotoriaus disbalansu, dažnis palaipsniui mažėja nuo didžiausio iki sustojimo taško.
Šiuo atveju atramų savituosius dažnius galima nustatyti pagal dvi charakteristikas:
"Balanset" serijos prietaisuose "Vibrometro" režimas ("Balanset 1") arba "Balansavimo. Stebėjimo" režimas ("Balanset 2C" ir "Balanset 4") gali būti naudojamas objektų "ant kranto" saviesiems dažniams aptikti, todėl galima cikliškai matuoti virpesių amplitudę ir fazę, esant rotoriaus sukimosi dažniui.
Be to, į "Balanset 1" programinę įrangą papildomai įtraukta specializuota "Grafikai. Coasting" režimas, leidžiantis nubraižyti atramos virpesių amplitudės ir fazės pokyčių ant kranto grafikus, priklausomai nuo besikeičiančio sukimosi dažnio, o tai labai palengvina rezonansų diagnozavimo procesą.
Pažymėtina, kad dėl akivaizdžių priežasčių (žr. 3.1.1 skirsnį) atramų savųjų dažnių nustatymo ant kranto metodą galima taikyti tik tiriant minkštųjų guolių balansavimo mašinas, kurių rotoriaus sukimosi darbiniai dažniai gerokai viršija atramų savuosius dažnius skersine kryptimi.
Kietųjų guolių mašinų atveju, kai rotoriaus sukimosi darbo dažniai, sukeliantys atramų virpesius ant kranto, yra gerokai mažesni už atramų savuosius dažnius, šio metodo praktiškai neįmanoma taikyti.
3.1.4. Praktinės rekomendacijos dėl balansavimo mašinų atramų projektavimo ir gamybos 3.1.4.1. Minkštųjų guolių mašinos su plokščiosiomis spyruoklėmis
Keletas balansavimo mašinų atramų su plokščiomis spyruoklėmis konstrukcijos variantų buvo aptarti 2.1 skirsnyje ir pavaizduoti 2.7-2.9 paveiksluose. Mūsų duomenimis, tokios konstrukcijos dažniausiai naudojamos mašinose, skirtose varantiesiems velenams balansuoti.
Kaip pavyzdį panagrinėkime spyruoklių parametrus, kuriuos vienas iš klientų (UAB "Rost-Service", Sankt Peterburgas) naudoja gamindamas savo mašinų atramas. Ši mašina buvo skirta balansuoti 2, 3 ir 4 atramų varomiesiems velenams, kurių masė neviršija 200 kg. Užsakovo pasirinkti geometriniai spyruoklių matmenys (aukštis * plotis * storis), naudojami mašinos priekinio ir varomojo velenų atramose, buvo atitinkamai 3002003 mm.
Nustatyta, kad neapkrautos atramos savasis dažnis, nustatytas eksperimentiškai smūginio sužadinimo metodu naudojant standartinę "Balanset 4" mašinos matavimo sistemą, yra 11-12 Hz. Esant tokiam atramų savajam virpesių dažniui, rekomenduojamas balansavimo metu subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnis turėtų būti ne mažesnis kaip 22-24 Hz (1320-1440 aps/min).
To paties gamintojo plokščiųjų spyruoklių, naudojamų ant tarpinių atramų, geometriniai matmenys buvo atitinkamai 2002003 mm. Be to, kaip parodė tyrimai, šių atramų savieji dažniai buvo didesni ir siekė 13-14 Hz.
Remiantis bandymų rezultatais, mašinos gamintojams buvo patarta suderinti (išlyginti) veleno ir tarpinių atramų savuosius dažnius. Tai turėtų palengvinti varančiųjų velenų darbinių sukimosi dažnių diapazono parinkimą balansuojant ir išvengti galimo matavimo sistemos rodmenų nestabilumo dėl atramų patekimo į rezonansinių virpesių sritį.
Atramų ant plokščiųjų spyruoklių savųjų virpesių dažnių reguliavimo būdai yra akivaizdūs. Šį reguliavimą galima atlikti keičiant plokščiųjų spyruoklių geometrinius matmenis arba formą, pavyzdžiui, išfrezuojant išilgines arba skersines įpjovas, kurios sumažina jų standumą.
Kaip minėta, tokio reguliavimo rezultatus galima patikrinti nustatant atramų savituosius virpesių dažnius 3.1.3.1 ir 3.1.3.2 skirsniuose aprašytais metodais.
3.6 pav. pateikia klasikinę atramos ant plokščių spyruoklių konstrukcijos versiją, kurią vienoje iš savo mašinų naudojo A. Sinicynas. Kaip parodyta paveikslėlyje, atramą sudaro šie komponentai:
3.6 pav. Atramos ant plokščiųjų spyruoklių konstrukcijos variantas
Viršutinė atramos plokštė 1 gali būti naudojama velenui arba tarpiniam guoliui tvirtinti. Priklausomai nuo atramos paskirties, apatinė plokštė 4 gali būti standžiai pritvirtinta prie mašinos kreipiančiųjų arba sumontuota ant judančiųjų slydiklių, kad atrama galėtų judėti išilgai kreipiančiųjų. Laikiklis 5 naudojamas atramos fiksavimo mechanizmui įrengti, kad ją būtų galima patikimai pritvirtinti greitėjant ir lėtėjant subalansuotam rotoriui.
Plokščios spyruoklės, skirtos "Soft Bearing" mašinų atramoms, turėtų būti pagamintos iš lapinių spyruoklių arba aukštos kokybės legiruoto plieno. Nepatartina naudoti įprasto konstrukcinio plieno, kurio takumo riba maža, nes eksploatacijos metu veikiant statinėms ir dinaminėms apkrovoms gali atsirasti liekamųjų deformacijų, dėl kurių gali sumažėti mašinos geometrinis tikslumas ir net sumažėti atramos stabilumas.
3.1.4.2. Minkštųjų guolių mašinų atramos su pakaba ant juostinių spyruoklių
Projektuojant juostines spyruokles, naudojamas atraminėms pakaboms, reikia atkreipti dėmesį į spyruoklės juostos storio ir pločio parinkimą, kuris, viena vertus, turi atlaikyti statinę ir dinaminę rotoriaus apkrovą atramai, kita vertus, turi užkirsti kelią atraminės pakabos sukimosi virpesiams, pasireiškiantiems kaip ašinis išbėgimas.
Balansavimo mašinų, kuriose naudojamos juostinės spyruoklinės pakabos, konstrukcinio įgyvendinimo pavyzdžiai pateikti 2.1-2.5 paveiksluose (žr. 2.1 skirsnį), taip pat šio skirsnio 3.7 ir 3.8 paveiksluose.
3.7 pav. A. Mochovo sukurta elektros variklių rotorių balansavimo mašina, surinkta.
3.8 pav. G. Glazovo (Biškekas) sukurta mašina turbininių siurblių rotoriams balansuoti
3.1.4.3. Minkštos guolinės mašinų atramos, pagamintos naudojant cilindrines spyruokles
Minkštų guolių balansavimo mašinos, kurios atramų konstrukcijoje naudojamos cilindrinės suspaudimo spyruoklės, pavyzdys parodytas 3.9 paveiksle. Pagrindinis šio konstrukcinio sprendimo trūkumas yra susijęs su skirtingo laipsnio spyruoklių deformacija priekinėse ir galinėse atramose, kuri atsiranda, jei balansuojant asimetrinius rotorius atramos patiria nevienodas apkrovas. Tai natūraliai lemia atramų nesutapimą ir rotoriaus ašies išlinkimą vertikalioje plokštumoje. Viena iš neigiamų šio defekto pasekmių gali būti jėgų, dėl kurių rotorius sukimosi metu pasislenka ašine kryptimi, atsiradimas.
3.9 pav. Minkštos guolių atramos konstrukcijos variantas balansavimo staklėms, kuriose naudojamos cilindrinės spyruoklės.
3.1.4.4. Kaip rodo didelė mūsų patirtis su klientais, nemaža dalis savadarbių balansavimo mašinų gamintojų pastaruoju metu pirmenybę teikia kietoms guolių atramoms su standžiomis atramomis. 2.2 skirsnyje, 2.16-2.18 paveiksluose pateiktos įvairių mašinų, kuriose naudojamos tokios atramos, konstrukcinių sprendimų nuotraukos. Tipiškas standžiosios atramos eskizas, kurį savo mašinos konstrukcijai sukūrė vienas iš mūsų klientų, pateiktas 3.10 pav. Šią atramą sudaro plokščia plieninė plokštė su P formos grioveliu, kuris sąlyginai dalija atramą į "standžiąją" ir "lanksčiąją" dalis. Veikiant disbalanso jėgai, "lanksti" atramos dalis gali deformuotis jos "standžios" dalies atžvilgiu. Šios deformacijos dydį, nustatomą pagal atramos storį, griovelių gylį ir tiltelio, jungiančio lanksčiąją ir standžiąją atramos dalis, plotį, galima išmatuoti naudojant atitinkamus mašinos matavimo sistemos jutiklius. Kadangi nėra metodo, kaip apskaičiuoti tokių atramų skersinį standumą, atsižvelgiant į P formos griovelio gylį h, tiltelio plotį t, taip pat atramos storį r (žr. 3.10 pav.), šiuos konstrukcinius parametrus kūrėjai paprastai nustato eksperimentiškai.
3.10 pav. Balansavimo staklių kietojo guolio atramos eskizas
3.11 ir 3.12 paveiksluose pateiktos nuotraukos, kuriose pavaizduotos įvairios tokių atramų, pagamintų mūsų klientams priklausančioms mašinoms, realizacijos. Apibendrinant duomenis, gautus iš kelių mūsų klientų, kurie yra mašinų gamintojai, galima suformuluoti atramų storio reikalavimus, nustatytus įvairaus dydžio ir apkrovos mašinoms. Pavyzdžiui, staklėms, skirtoms rotoriams, sveriantiems nuo 0,1 iki 50-100 kg, balansuoti, atramos storis gali būti 20 mm.
3.11 pav. A. Sinicino pagamintos balansavimo staklių atramos su kietaisiais guoliais
3.12 pav. D. Krasilnikovo pagaminta balansavimo staklių kieto guolio atrama
Mašinų, kurių balansuojamo rotoriaus masė neviršija 300-500 kg, atramos storis gali būti padidintas iki 30-40 mm, o mašinų, suprojektuotų balansuoti rotorius, kurių didžiausia masė yra 1000-3000 kg, atramos storis gali siekti 50-60 mm ir daugiau. Kaip rodo pirmiau minėtų atramų dinaminių charakteristikų analizė, jų savieji virpesių dažniai, išmatuoti skersinėje plokštumoje ("lanksčiųjų" ir "standžiųjų" dalių santykinių deformacijų matavimo plokštuma), paprastai viršija 100 Hz ar daugiau. Kietųjų guolių atramų savieji virpesių dažniai priekinėje plokštumoje, matuojami kryptimi, sutampančia su subalansuoto rotoriaus sukimosi ašimi, paprastai yra gerokai mažesni. Būtent į šiuos dažnius pirmiausia reikėtų atsižvelgti nustatant viršutinę ant mašinos balansuojamų besisukančių rotorių darbinių dažnių diapazono ribą. Kaip minėta, šiuos dažnius galima nustatyti taikant 3.1 skirsnyje aprašytą smūginio sužadinimo metodą.
3.2. Balansavimo mašinų atraminiai mazgai 3.2.1. Pagrindiniai atraminių mazgų tipai Gaminant balansavimo stakles su kietaisiais ir minkštaisiais guoliais, galima rekomenduoti šių gerai žinomų tipų atraminius mazgus, naudojamus balansuojamiems rotoriams ant atramų montuoti ir sukti, įskaitant:
3.13. Prizminio atraminio mazgo, naudojamo automobilių turbinų balansavimo staklėse, vykdymo variantas
Panašius atraminius mazgus (žr. 3.8 paveikslą) savo mašinoje, taip pat skirtoje automobilių turbinoms balansuoti, įgyvendino, pavyzdžiui, G. Glazovas. Originalų techninį sprendimą dėl prizminio atraminio mazgo, pagaminto iš fluoroplasto (žr. 3.14 pav.), pasiūlė UAB "Technobalance".
3.14 pav. UAB "Technobalance" prizminės atramos mazgas
Šis konkretus atraminis mazgas suformuotas iš dviejų cilindrinių įvorių 1 ir 2, sumontuotų kampu viena kitos atžvilgiu ir pritvirtintų prie atraminių ašių. Subalansuotas rotorius liečiasi su įvorių paviršiais išilgai cilindrų generavimo linijų, todėl rotoriaus veleno ir atramos sąlyčio plotas sumažėja iki minimumo, taigi sumažėja atramos trinties jėga. Jei reikia, susidėvėjus ar sugadinus atramos paviršių jos sąlyčio su rotoriaus velenu srityje, suteikiama galimybė kompensuoti susidėvėjimą pasukant įvorę aplink jos ašį tam tikru kampu. Reikėtų pažymėti, kad naudojant atraminius mazgus, pagamintus iš nemetalinių medžiagų, būtina numatyti konstrukcinę galimybę įžeminti subalansuotą rotorių prie mašinos korpuso, kad būtų pašalinta rizika, jog eksploatacijos metu atsiras galingų statinės elektros krūvių. Tai, pirma, padeda sumažinti elektrinius trukdžius ir trikdžius, galinčius turėti įtakos mašinos matavimo sistemos veikimui, ir, antra, pašalina riziką, kad personalas gali būti paveiktas statinio elektros krūvio.
3.2.1.2. Ritinėlių atraminiai mazgai Šie mazgai paprastai montuojami ant mašinų, skirtų balansuoti rotorius, kurių masė viršija 50 kg ir daugiau, atramų. Juos naudojant gerokai sumažėja trinties jėgos atramose, palyginti su prizminėmis atramomis, ir palengvėja balansuojamo rotoriaus sukimasis. Kaip pavyzdys 3.15 paveiksle pateiktas atraminio mazgo konstrukcijos variantas, kuriame gaminio pozicionavimui naudojami ritinėliai. Šioje konstrukcijoje kaip ritinėliai 1 ir 2 naudojami standartiniai riedėjimo guoliai, kurių išoriniai žiedai sukasi apie stacionarias ašis, įtvirtintas mašinos atramos 3 korpuse. 3.16 paveiksle pavaizduotas vieno iš savadarbių balansavimo staklių gamintojų savo projekte įgyvendintos sudėtingesnės konstrukcijos ritininės atramos mazgo eskizas. Kaip matyti iš brėžinio, siekiant padidinti ritinėlio (taigi ir viso atraminio mazgo) apkrovos galią, ritinėlio korpuse 3 sumontuota riedėjimo guolių 1 ir 2 pora. Praktinis šios konstrukcijos įgyvendinimas, nepaisant visų akivaizdžių privalumų, atrodo gana sudėtingas uždavinys, susijęs su būtinybe savarankiškai pagaminti ritinėlio korpusą 3, kuriam keliami labai aukšti geometrinio tikslumo ir medžiagos mechaninių savybių reikalavimai.
3.15 pav. Ritinėlio atramos mazgo konstrukcijos pavyzdys
3.16 pav. Ritinėlių atramos mazgo su dviem riedėjimo guoliais konstrukcijos pavyzdys
3.17 paveikslėlyje pateikiamas UAB "Technobalance" specialistų sukurtas savaime išsilyginančio ritinėlio atraminio mazgo konstrukcinis variantas. Šioje konstrukcijoje ritinėlių savireguliavimo galimybė pasiekiama suteikiant jiems du papildomus laisvės laipsnius, leidžiančius ritinėliams atlikti nedidelius kampinius judesius aplink X ir Y ašis. Tokius atraminius mazgus, užtikrinančius didelį balansavimo rotorių montavimo tikslumą, paprastai rekomenduojama naudoti sunkiųjų balansavimo mašinų atramose.
3.17 pav. Savaime išsilyginančių ritinėlių atraminio mazgo konstrukcijos pavyzdys
Kaip minėta anksčiau, ritininių atramų mazgams paprastai keliami gana aukšti gamybos tikslumo ir standumo reikalavimai. Visų pirma, ritinėlių radialiniam nuokrypiui nustatyti leistini nuokrypiai neturėtų viršyti 3-5 mikronų.
Praktikoje tai ne visada pavyksta pasiekti net gerai žinomiems gamintojams. Pavyzdžiui, autoriui išbandžius naujų ritinėlių atramų komplekto, įsigyto kaip atsarginės dalys H8V modelio balansavimo staklėms, kurių prekės ženklas "K. Shenk", radialinį nuokrypį, jų ritinėlių radialinis nuokrypis siekė 10-11 mikronų.
3.2.1.3. Suklio atraminiai mazgai
Balansavimo staklėse balansuojant rotorius su flanšiniu tvirtinimu (pvz., kardaniniais velenais), velenai naudojami kaip atraminiai mazgai, skirti balansuojamiems gaminiams išdėstyti, tvirtinti ir sukti.
Velenai yra vienas sudėtingiausių ir svarbiausių balansavimo mašinų komponentų, kuris daugiausia lemia reikiamą balansavimo kokybę.
Suklių projektavimo ir gamybos teorija ir praktika yra gana gerai išvystyta ir atsispindi įvairiuose leidiniuose, tarp jų ir monografijoje "Metalo pjovimo staklių detalės ir mechanizmai" [1], kurią redagavo dr. inž. D. N. Rešetovas, išsiskiria kaip naudingiausia ir prieinamiausia kūrėjams.
Tarp pagrindinių reikalavimų, į kuriuos reikėtų atsižvelgti projektuojant ir gaminant balansavimo staklių suklius, pirmenybė turėtų būti teikiama šiems reikalavimams:
a) užtikrinamas didelis veleno mazgo konstrukcijos standumas, pakankamas, kad būtų išvengta nepriimtinų deformacijų, galinčių atsirasti veikiant subalansuoto rotoriaus disbalanso jėgoms;
b) Suklio sukimosi ašies padėties stabilumo užtikrinimas, apibūdinamas radialinio, ašinio ir ašinio sukimosi ašies nuokrypio leistinomis vertėmis;
c) Užtikrinti tinkamą veleno velenų, taip pat jų sėdynių ir atraminių paviršių, naudojamų subalansuotiems gaminiams tvirtinti, atsparumą dilimui.
Praktinis šių reikalavimų įgyvendinimas išsamiai aprašytas darbo [1] VI skyriuje "Verpstės ir jų atramos".
Visų pirma pateikiamos verpstės standumo ir sukimosi tikslumo tikrinimo metodikos, rekomendacijos dėl guolių pasirinkimo, verpstės medžiagos pasirinkimo ir jos grūdinimo metodų, taip pat daug kitos naudingos informacijos šia tema.
Darbe [1] pažymima, kad projektuojant daugumos tipų metalo pjovimo staklių velenus dažniausiai naudojama dviejų guolių schema.
Tokios dviejų guolių schemos, naudojamos frezavimo staklių sukliuose, konstrukcinio varianto pavyzdys (išsamią informaciją galima rasti darbe [1]) parodytas 3.18 pav.
Ši schema gana tinkama balansavimo staklių velenams gaminti, kurių konstrukcijos variantų pavyzdžiai pateikti 3.19-3.22 paveiksluose.
3.19 paveiksle pavaizduotas vienas iš balansavimo staklių pagrindinio veleno mazgo konstrukcijos variantų, besisukančio ant dviejų radialinių traukos guolių, kurių kiekvienas turi atskirus korpusus 1 ir 2. Ant veleno 3 sumontuotas flanšas 4, skirtas kardaniniam velenui tvirtinti, ir skriemulys 5, naudojamas elektros variklio sukimui perduoti į veleną naudojant V formos diržo pavarą.
3.18 pav. Dviejų guolių frezavimo staklių suklio eskizas
3.19 pav. Suklio konstrukcijos ant dviejų nepriklausomų guolių atramų pavyzdys
3.20 ir 3.21 paveikslėliai parodytos dvi glaudžiai susijusios pirmaujančių velenų sąrankų konstrukcijos. Abiem atvejais suklio guoliai sumontuoti bendrame korpuse 1, kuris turi ašinę skylę, reikalingą suklio velenui sumontuoti. Šios angos įėjime ir išėjime korpusas turi specialias angas (paveiksluose neparodytos), skirtas radialiniams atraminiams guoliams (ritininiams arba rutuliniams) ir specialiems flanšiniams dangteliams 5, naudojamiems guolių išoriniams žiedams pritvirtinti.
Kaip ir ankstesnėje versijoje (žr. 3.19 pav.), ant veleno sumontuota priekinė plokštė 2, skirta pavaros velenui tvirtinti prie flanšo, ir skriemulys 3, naudojamas elektros variklio sukimui perduoti į veleną per diržinę pavarą. Prie veleno taip pat pritvirtinta galūnė 4, kuri naudojama veleno kampinei padėčiai nustatyti, naudojama montuojant bandomuosius ir koreguojamuosius svorius ant rotoriaus atliekant balansavimą.
3.20 pav. 1 pavyzdys, kaip ant dviejų guolių atramų, sumontuotų bendrame korpuse, sumontuotas pirmaujantis suklys
3.21 pav. 2 pavyzdys, kaip ant dviejų guolių atramų, sumontuotų bendrame korpuse, sumontuotas pirmaujantis velenas
\
3.22 pav. Varomojo (galinio) veleno konstrukcijos pavyzdys
3.22 pav. parodytas mašinos varančiojo (galinio) veleno mazgo konstrukcinis variantas, kuris nuo pagrindinio veleno skiriasi tik tuo, kad jame nėra varančiojo skriemulio ir krumpliaračio, nes jie nereikalingi.
Kaip matyti iš 3.20-3.22 paveikslėliai, pirmiau aptarti velenų mazgai prie balansavimo staklių minkštųjų guolių atramų tvirtinami specialiais spaustukais (diržais) 6. Prireikus galima naudoti ir kitus tvirtinimo būdus, užtikrinant tinkamą standumą ir tikslumą nustatant suklio mazgo padėtį ant atramos.
3.23 pav. pavaizduotas į tą verpstę panašus flanšinio tvirtinimo dizainas, kuris gali būti naudojamas ją montuojant ant balansavimo staklių kietojo guolio atramos.
3.22 pav. Varančiojo (galinio) veleno konstrukcijos vykdymo pavyzdys
3.22 pav. Pateikiamas mašinos varančiojo (galinio) veleno mazgo konstrukcinis variantas, kuris nuo pagrindinio veleno skiriasi tik tuo, kad jame nėra varančiojo skriemulio ir galūnės, nes jie nereikalingi.
Kaip matyti iš 3.20-3.22 paveikslėliai, aptarti suklio mazgai prie balansavimo staklių minkštųjų guolių atramų tvirtinami specialiais spaustukais (diržais) 6. Prireikus gali būti naudojami ir kiti tvirtinimo būdai, užtikrinantys tinkamą standumą ir suklio mazgo padėties ant atramos nustatymo tikslumą.
3.23 pav. parodyta tokio suklio tvirtinimo flanšo konstrukcija, kuri gali būti naudojama montuojant jį ant balansavimo staklių kietojo guolio atramos.
3.1.4.3. Minkštos guolinės mašinų atramos, pagamintos naudojant cilindrines spyruokles
Minkštų guolių balansavimo mašinos, kurios atramų konstrukcijoje naudojamos cilindrinės suspaudimo spyruoklės, pavyzdys parodytas paveiksle 3.9 pav.. Pagrindinis šio konstrukcinio sprendimo trūkumas yra susijęs su skirtingu spyruoklių deformacijos dydžiu priekinėse ir galinėse atramose, kuris atsiranda, kai atramos veikiamos nevienodų apkrovų, balansuojant asimetrinius rotorius. Tai natūraliai lemia atramų nesutapimą ir rotoriaus ašies išlinkimą vertikalioje plokštumoje. Viena iš neigiamų šio defekto pasekmių gali būti jėgų, dėl kurių rotorius sukimosi metu pasislenka ašine kryptimi, atsiradimas.
3.24 pav. Skaičiavimo schema, naudojama verpstės standumui ir jos radialiniam nuokrypiui nustatyti (3.4)
Y=P∗ + 1jB * (c+g)2+jB/jAc² ], pav. (3.4)
kur:
Transformavus 3.4 formulę, apskaičiuojama norima verpstės sąrankos standumo vertė jшп galima nustatyti: jшп = P / Y, kg/cm (3.5)
Atsižvelgiant į darbo [1] rekomendacijas vidutinio dydžio balansavimo staklėms, ši vertė neturėtų būti mažesnė nei 50 kg/µm.
Anksčiau buvo pažymėta, kad didžiausią įtaką radialiniam suklio sąrankos standumui daro jo veleno skersmuo, kuriam didėjant kvadratiškai didėja inercijos momentai J1 ir J2 ir atitinkamai (žr. 3.4 lygtį) mažėja apkrovos veikiamo suklio tampriojo poslinkio Y dydis.
Kaip matyti iš 3.4 lygties, suklio standumui įtakos turi ir atstumas tarp atramų c ir jo konsolės ilgis gkurių optimizavimas projektavimo metu taip pat labai pagerina suklio mazgo kokybę.
Pažymėtina, kad projektuojant suklius taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į jų ašinį standumą, kuris pirmiausia priklauso nuo suklio guolių ašinio standumo ir jo korpuso standumo.
Savitasis suklio virpesių dažnis, kuris turėtų būti ne mažesnis kaip 500-600 Hz, yra tiesiogiai susijęs su suklio mazgų standumu. Šį parametrą galima eksperimentiškai nustatyti naudojant "Balanset" serijos prietaisus, taikant anksčiau 3.1.3.1 skirsnyje aptartą smūginio sužadinimo metodą.
Atsižvelgiant į tai, kad verpstės mazgų parametrų nustatymas daugeliui kūrėjų yra didelis iššūkis, jiems patariama naudoti darbuose [1] ir [2] pateiktą grafinį skaičiavimo metodą, pagrįstą nomogramų naudojimu, kuris labai supaprastina šio uždavinio sprendimą ir sutrumpina jo atlikimo laiką.
3.2.1.3.4. Suklio sukimosi tikslumo reikalavimų užtikrinimas
Sukimosi tikslumas kartu su pirmiau aptartu standumu yra labai svarbi balansavimo staklių veleno mazgo savybė, galinti turėti didelės įtakos balansavimo kokybei. Praktika rodo, kad suklio sukimosi tikslumas tiesiogiai priklauso nuo kelių veiksnių, įskaitant:
Pirma, gamintojai turi atkreipti dėmesį į naudojamų guolių tikslumą, nes jų įtaka dviejų guolių suklio sukimosi tikslumui (radialinis nuokrypis) (žr. skaičiavimo schemą 3.24 pav.) galima apytikriai apskaičiuoti atlikus tikrinamąjį skaičiavimą pagal 3.5 formulę.
Δ = ∆B + gc * (∆B + ∆A) (3.5)
kur:
3.2.1.3.5. Suklio balanso reikalavimų užtikrinimas
Balansavimo staklių suklio mazgai turi būti gerai subalansuoti, nes bet koks faktinis disbalansas kaip papildoma paklaida persiduoda balansuojamam rotoriui. Nustatant technologines liekamojo veleno disbalanso tolerancijas, paprastai patariama, kad jo balansavimo tikslumo klasė turėtų būti bent 1-2 klasėmis aukštesnė už staklėmis balansuojamo gaminio tikslumo klasę.
Atsižvelgiant į pirmiau aptartas velenų konstrukcijos ypatybes, jų balansavimas turėtų būti atliekamas dviejose plokštumose.
3.2.1.3.6. Suklio guolių laikomosios galios ir patvarumo reikalavimų užtikrinimas
Projektuojant velenus ir parenkant guolių dydžius, patartina preliminariai įvertinti guolių ilgaamžiškumą ir apkrovos galią. Šių skaičiavimų atlikimo metodika išsamiai aprašyta ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Riedėjimo guoliai. Dinaminės apkrovos rodikliai ir vardinis tarnavimo laikas" [3], taip pat daugelyje (įskaitant skaitmeninius) riedėjimo guolių žinynų.
3.2.1.3.7. Reikalavimų, susijusių su priimtinu verpstės guolių šildymu, užtikrinimas
Remiantis darbo [1] rekomendacijomis, didžiausias leistinas suklio guolių išorinių žiedų įkaitimas neturėtų viršyti 70 °C. Tačiau siekiant užtikrinti kokybišką balansavimą, rekomenduojamas išorinių žiedų įkaitimas neturėtų viršyti 40-45 °C.
3.2.1.3.8. Diržinės pavaros tipo ir veleno pavaros skriemulio konstrukcijos pasirinkimas
Projektuojant balansavimo staklių varantįjį veleną, rekomenduojama jo sukimąsi užtikrinti naudojant plokščiąją diržinę pavarą. Tokios pavaros tinkamo naudojimo suklio darbui pavyzdys pateiktas 3.20 ir 3.23 paveikslėliai. Nepageidautina naudoti veržliaruožių ar dantytų diržų pavaras, nes dėl diržų ir skriemulių geometrinių netikslumų verpstei gali būti taikomos papildomos dinaminės apkrovos, o tai savo ruožtu gali lemti papildomas matavimo paklaidas balansavimo metu. Rekomenduojami plokščiųjų pavaros diržų skriemulių reikalavimai išdėstyti ISO 17383- 73 "Plokščiųjų pavaros diržų skriemuliai" [4].
Pavaros skriemulys turi būti galiniame veleno gale, kuo arčiau guolio mazgo (su kuo mažesne iškyša). Konstrukcinis sprendimas dėl skriemulio išdėstymo su iškyša, priimtas gaminant verpstę, parodytą paveiksle 3.19 pav., galima laikyti nesėkmingu, nes labai padidėja dinaminės pavaros apkrovos momentas, veikiantis suklio atramas.
Kitas svarbus šios konstrukcijos trūkumas - naudojama veržliaruožio pavara, kurios gamybos ir surinkimo netikslumai taip pat gali būti nepageidaujamos papildomos apkrovos sukliui šaltinis.
3.3. Lova (rėmas)
Lova yra pagrindinė balansavimo mašinos laikančioji konstrukcija, ant kurios remiasi pagrindiniai jos elementai, įskaitant atraminius stulpelius ir pavaros variklį. Renkantis arba gaminant balansavimo mašinos lovį būtina užtikrinti, kad jis atitiktų keletą reikalavimų, įskaitant būtiną standumą, geometrinį tikslumą, atsparumą vibracijai ir jo kreipiančiųjų atsparumą dilimui.
Praktika rodo, kad gaminant mašinas savo reikmėms dažniausiai naudojami šie lovos variantai:
3.25 pav. parodyta medžio apdirbimo staklių lova, kuri buvo sėkmingai panaudota gaminant kardaniniams velenams balansuoti skirtas stakles.
3.25 pav. Panaudotų medžio apdirbimo staklių lovio panaudojimo kardaninių velenų balansavimo staklėms gaminti pavyzdys.
3.26 ir 3.27 paveikslėliai parodyti tekinimo staklių lovių naudojimo pavyzdžiai, kuriais remiantis buvo pagamintos specializuotos kietųjų guolių balansavimo staklės sraigėms ir universalios minkštųjų guolių balansavimo staklės cilindriniams rotoriams. Tokie sprendimai "pasidaryk pats" gamintojams leidžia minimaliomis laiko ir lėšų sąnaudomis sukurti standžią balansavimo staklių atraminę sistemą, ant kurios galima montuoti įvairių tipų atraminius stovus (tiek "Hard Bearing", tiek "Soft Bearing"). Pagrindinė gamintojo užduotis šiuo atveju - užtikrinti (ir prireikus atkurti) mašinos kreipiančiųjų, ant kurių bus tvirtinami atraminiai stovai, geometrinį tikslumą. Gamybos "pasidaryk pats" sąlygomis, norint atkurti reikiamą kreipiančiųjų geometrinį tikslumą, paprastai naudojamas smulkus grandymas.
3.26 pav. Panaudoto tekinimo staklių lovio panaudojimo kietųjų guolių staklėms, skirtoms sraigtams balansuoti, gaminti pavyzdys.
3.27 pav. Panaudoto tekinimo staklių lovio panaudojimo minkštųjų guolių staklėms, skirtoms velenams balansuoti, gaminti pavyzdys.
3.28 pav. parodyta iš dviejų kanalų surinktos lovos versija. Gaminant šią lovą, naudojamos nuimamos varžtinės jungtys, leidžiančios sumažinti lovos deformacijas arba visiškai eliminuoti jų deformacijas surinkimo metu be papildomų technologinių operacijų. Siekiant užtikrinti tinkamą nurodytos lovos kreipiančiųjų geometrinį tikslumą, gali prireikti mechaniškai apdoroti (šlifuoti, smulkiai frezuoti) naudojamų kanalų viršutinius flanšus.
3.28 pav. Iš kanalų surenkamos lovos gamybos pavyzdys
3.29 ir 3.30 paveikslėliai pateikti suvirintų lovių, taip pat pagamintų iš dviejų kanalų, variantai. Tokių lovių gamybos technologijai gali prireikti papildomų operacijų, pavyzdžiui, terminio apdorojimo, kad būtų sumažinti suvirinimo metu atsirandantys vidiniai įtempiai. Kaip ir surenkamų lovių atveju, siekiant užtikrinti tinkamą suvirintų lovių kreipiančiųjų geometrinį tikslumą, reikėtų numatyti mechaninį naudojamų kanalų viršutinių flanšų apdorojimą (šlifavimą, smulkų frezavimą).
3.29 pav. Suvirinto lovio iš kanalų gamybos pavyzdys
3.30 pav. Suvirinto lovio iš kanalų gamybos pavyzdys
Pastaruoju metu plačiai naudojami iš polimerbetonio su vibraciją slopinančiomis dangomis pagaminti loviai. Ši lovų gamybos technologija yra gerai aprašyta internete ir gali būti lengvai įdiegta "pasidaryk pats" gamintojų. Dėl santykinio paprastumo ir nedidelių gamybos sąnaudų šios lovos turi keletą pagrindinių pranašumų, palyginti su metalinėmis lovomis:
Paprastai gaminant tokius lovius, jų viršutinė dalis sutvirtinama plieniniais įdėklais, kurie naudojami kaip kreipiančiosios, ant kurių remiasi balansavimo staklių atramos. Pavyzdžiui, 3.31 paveiksle pateikta UAB "Technobalance" gaminamos kardaninių velenų balansavimo mašinos, kurios lova pagaminta iš polimerbetonio, nuotrauka.
3.31 pav. Balansavimo staklių lovio iš polimerbetonio pavyzdys
3.4. Balansavimo mašinų pavaros
Kaip rodo mūsų klientų balansavimo mašinų gamyboje naudojamų konstrukcinių sprendimų analizė, projektuojant pavaras jie daugiausia dėmesio skiria kintamosios srovės varikliams su kintamojo dažnio pavaromis. Šis metodas leidžia užtikrinti platų balansavimo rotorių sukimosi greičio reguliavimo diapazoną, o sąnaudos yra minimalios. Pagrindinių pavaros variklių, naudojamų balansavimo rotoriams sukti, galia paprastai parenkama pagal šių rotorių masę ir apytiksliai gali būti tokia:
Šie varikliai turi būti tvirtai pritvirtinti prie mašinos lovio arba jo pagrindo. Prieš montuojant ant mašinos (arba montavimo vietoje), pagrindinis varantysis variklis ir ant jo išėjimo veleno sumontuotas skriemulys turi būti kruopščiai subalansuoti. Siekiant sumažinti kintamojo dažnio pavaros keliamus elektromagnetinius trikdžius, rekomenduojama jos įėjime ir išėjime įrengti tinklo filtrus. Tai gali būti standartiniai nestandartiniai gaminiai, kuriuos tiekia pavarų gamintojai, arba savos gamybos filtrai, pagaminti naudojant feritinius žiedus.