Mașini de echilibrare DIY

Autorul articolului : Feldman Valery Davidovich
Editor și traducere : Nikolai Andreevich Shelkovenko și chatGPT 

.

.

         Echilibrarea mașinilor cu propriile mâini

.               

.

.

.

                                                                Cuprins

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

€1,751.00

Piese

Senzor de vibrații.

€90.00

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

€124.00

Dispozitive

Balanset-4.

€6,803.00

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

€46.00

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

€10.00

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

€1,561.00

Abonament

Cont + Actualizări + Asistență directă

€18.00

1. Introducere (De ce a fost nevoie să scriu această lucrare?)

O analiză a structurii de consum a dispozitivelor de echilibrare fabricate de SRL "Kinematics" arată că aproximativ 30% dintre acestea sunt achiziționate pentru a fi utilizate ca sisteme fixe de măsurare și calcul pentru mașini de echilibrare și/sau standuri. Este posibil să se identifice două grupuri de consumatori (clienți) ai echipamentelor noastre.

Primul grup include întreprinderi specializate în producția în masă de mașini de echilibrare și în vânzarea acestora către clienți externi. Aceste întreprinderi angajează specialiști cu înaltă calificare, cu cunoștințe aprofundate și experiență vastă în proiectarea, fabricarea și exploatarea diferitelor tipuri de mașini de echilibrare. Provocările care apar în interacțiunile cu acest grup de consumatori sunt cel mai adesea legate de adaptarea sistemelor noastre de măsurare și a software-ului la mașinile existente sau nou dezvoltate, fără a aborda problemele legate de execuția structurală a acestora.

Cel de-al doilea grup este format din consumatori care dezvoltă și produc mașini (standuri) pentru propriile nevoi. Această abordare se explică în principal prin dorința producătorilor independenți de a-și reduce propriile costuri de producție, care, în unele cazuri, pot scădea de două-trei ori sau mai mult. Acest grup de consumatori este adesea lipsit de experiență adecvată în crearea de mașini și, de obicei, se bazează în activitatea lor pe utilizarea bunului simț, a informațiilor de pe internet și a oricăror analogii disponibile.

Interacțiunea cu acestea ridică multe întrebări, care, pe lângă informațiile suplimentare despre sistemele de măsurare ale mașinilor de echilibrare, acoperă o gamă largă de aspecte legate de execuția structurală a mașinilor, metodele de instalare a acestora pe fundație, selectarea acționărilor și obținerea unei precizii de echilibrare corespunzătoare etc.

Având în vedere interesul semnificativ manifestat de un grup mare de consumatori în problemele legate de fabricarea independentă a mașinilor de echilibrare, specialiștii de la LLC "Kinematics" au pregătit o compilație cu comentarii și recomandări privind cele mai frecvente întrebări.

.

   2. Tipuri de mașini de echilibrare (standuri) și caracteristicile lor de proiectare

O mașină de echilibrare este un dispozitiv tehnologic conceput pentru a elimina dezechilibrul static sau dinamic al rotorilor în diverse scopuri. Acesta încorporează un mecanism care accelerează rotorul echilibrat la o frecvență de rotație specificată și un sistem specializat de măsurare și calcul care determină masele și amplasarea greutăților de corecție necesare pentru a compensa dezechilibrul rotorului.

Construcția părții mecanice a mașinii constă, de obicei, într-un cadru de bază pe care sunt instalați stâlpi de susținere (rulmenți). Aceștia sunt folosiți pentru a monta produsul echilibrat (rotorul) și includ o transmisie destinată rotirii rotorului. În timpul procesului de echilibrare, care se realizează în timp ce produsul se rotește, senzorii sistemului de măsurare (al căror tip depinde de designul mașinii) înregistrează fie vibrații în rulmenți, fie forțe la nivelul rulmenților.

Datele obținute în acest mod permit determinarea maselor și a locurilor de instalare a greutăților de corecție necesare pentru a compensa dezechilibrul.

În prezent, două tipuri de modele de mașini de echilibrare (standuri) sunt cele mai răspândite:

.

.

.

                        Figura 2.1. Suportul mașinii de echilibrare model DB-50.

După cum se arată în figura 2.1, cadrul mobil (glisorul) 2 este fixat pe stâlpii staționari 1 ai suportului cu ajutorul unei suspensii pe arcuri în bandă 3. Sub influența forței centrifuge provocate de dezechilibrul rotorului instalat pe suport, căruciorul (glisorul) 2 poate efectua oscilații orizontale în raport cu stâlpul fix 1, care sunt măsurate cu ajutorul unui senzor de vibrații.

Execuția structurală a acestui suport asigură obținerea unei frecvențe naturale scăzute a oscilațiilor căruciorului, care poate fi de aproximativ 1-2 Hz. Acest lucru permite echilibrarea rotorului pe o gamă largă de frecvențe de rotație a acestuia, începând de la 200 RPM. Această caracteristică, împreună cu simplitatea relativă a fabricării unor astfel de suporturi, face ca acest design să fie atractiv pentru mulți dintre consumatorii noștri care fabrică mașini de echilibrare pentru nevoile proprii de diverse scopuri.

.

.

               Figura 2.2. Suportul cu rulmenți moi al mașinii de echilibrare, fabricat de "Polymer LTD", Makhachkala

Figura 2.2 prezintă o fotografie a unei mașini de echilibrare Soft Bearing cu suporturi realizate din arcuri de suspensie, fabricate pentru nevoile interne la "Polymer LTD" din Makhachkala. Mașina este concepută pentru echilibrarea rolelor utilizate în producția de materiale polimerice.

Figura 2.3 prezintă o fotografie a unei mașini de balansat cu o suspensie cu bandă similară pentru cărucior, destinată echilibrării uneltelor specializate.

Figurile 2.4.a și 2.4.b prezintă fotografii ale unei mașini Soft Bearing de casă pentru echilibrarea arborilor de transmisie, ale cărei suporturi sunt realizate, de asemenea, cu arcuri de suspensie în bandă.

Figura 2.5 prezintă o fotografie a unei mașini Soft Bearing concepute pentru echilibrarea turbocompresoarelor, cu suporturile cărucioarelor sale suspendate, de asemenea, pe arcuri în bandă. Mașina, realizată pentru uzul privat al lui A. Shahgunyan (Sankt Petersburg), este echipată cu sistemul de măsurare "Balanset 1".

Conform producătorului (a se vedea figura 2.6), această mașină oferă capacitatea de a echilibra turbine cu un dezechilibru rezidual care nu depășește 0,2 g*mm.

.

.

.

          Figura 2.3. Mașină cu rulmenți moi pentru echilibrarea uneltelor cu suspensie de susținere pe arcuri în bandă

.                           

.

     Figura 2.4.a. Mașină cu rulmenți moi pentru echilibrarea arborilor de transmisie (mașină asamblată)

.                        

.

    Figura 2.4.b. Mașină cu rulmenți moi pentru echilibrarea arborilor de transmisie cu suporturi de cărucior suspendate pe arcuri în bandă. (Suport pentru arborele de conducere cu suspensie cu bandă de primăvară)

.

.

Figura 2.5. Mașină cu rulmenți moi pentru echilibrarea turbocompresoarelor cu suporturi pe arcuri în bandă, fabricată de A. Shahgunyan (Sankt Petersburg)                                         

.

Figura 2.6. Copie de ecran a sistemului de măsurare "Balanset 1" care arată rezultatele echilibrării rotorului turbinei pe mașina lui A. Shahgunyan

În plus față de versiunea clasică a suporturilor pentru mașini de echilibrare Soft Bearing discutată mai sus, s-au răspândit și alte soluții structurale.

Figura 2.7 și 2.8 prezintă fotografii ale mașinilor de echilibrare pentru arbori de transmisie, ale căror suporturi sunt realizate pe bază de arcuri plate (plăci). Aceste mașini au fost fabricate pentru nevoile de proprietate ale întreprinderii private "Dergacheva" și, respectiv, ale LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M").

Mașinile de echilibrare cu rulmenți moi cu astfel de suporturi sunt adesea reproduse de către producătorii amatori datorită simplității și fabricabilității lor relative. Aceste prototipuri sunt, în general, fie mașini din seria VBRF de la "K. Schenck", fie mașini similare de producție internă.

Mașinile prezentate în figurile 2.7 și 2.8 sunt concepute pentru echilibrarea arborilor de transmisie cu două, trei și patru suporturi. Ele au o construcție similară, inclusiv:

.

......                                          

.

            Figura 2.7. Mașină cu rulmenți moi pentru echilibrarea arborilor de transmisie de către întreprinderea privată "Dergacheva" cu suporturi pe arcuri plate (cu plăci)                                     

.

..

....                                  

.

             Figura 2.8. Mașină cu rulmenți moi pentru echilibrarea arborilor de transmisie de către LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M") cu suporturi pe arcuri plate

Pe toate suporturile sunt instalați senzori de vibrații 8, care sunt utilizați pentru a măsura oscilațiile transversale ale suporturilor. Arborele conducător 5, montat pe suportul 2, este rotit de un motor electric prin intermediul unei curele de transmisie.

Figurile 2.9.a și 2.9.b prezintă fotografii ale suportului mașinii de echilibrare, care se bazează pe arcuri plate.

.

..

...                                   

.

.

.

..                         

.

                  Figura 2.9. Suportul mașinii de echilibrare cu rulmenți moi cu arcuri plate

.

.

.

.

        2.10.a. Mașină pentru echilibrarea rotorilor turbocompresorului (vedere laterală)

.

.

          2.10.b. Mașină pentru echilibrarea rotorilor turbocompresorului (vedere din partea suportului frontal)

.

      În plus față de mașinile de echilibrare Soft Bearing discutate anterior, se creează uneori standuri Soft Bearing relativ simple. Aceste standuri permit o echilibrare de înaltă calitate a mecanismelor rotative în diverse scopuri, cu costuri minime.

Mai jos sunt trecute în revistă câteva astfel de suporturi, construite pe baza unei plăci plate (sau a unui cadru) așezate pe arcuri de compresie cilindrice. Aceste arcuri sunt, de obicei, alese astfel încât frecvența naturală a oscilațiilor plăcii pe care este instalat mecanismul echilibrat să fie de 2 până la 3 ori mai mică decât frecvența de rotație a rotorului acestui mecanism în timpul echilibrării.

Figura 2.11 prezintă o fotografie a unui suport pentru echilibrarea roților abrazive, fabricat pentru producția internă de către P. Asharin.

.

.

.....            

.

                    Figura 2.11. Suport pentru echilibrarea discurilor abrazive

Standul este format din următoarele componente principale:

.

.

....          

.

                   Figura 2.12. Stand pentru echilibrarea pompelor de vid de către JSC "Measurement Plant"

La baza acestui stand se află și Planșa 1, montate pe arcuri cilindrice 2. Pe placa 1, este instalată o pompă de vid 3, care are propriul său sistem de acționare electrică capabil să varieze viteze foarte mari, de la 0 la 60.000 de rotații pe minut. Pe carcasa pompei sunt montați senzori de vibrații 4, care sunt utilizați pentru a măsura vibrațiile în două secțiuni diferite, la înălțimi diferite.

Pentru sincronizarea procesului de măsurare a vibrațiilor cu unghiul de rotație al rotorului pompei, se utilizează un senzor laser de unghi de fază 5 pe stand. În ciuda construcției exterioare aparent simpliste a unor astfel de standuri, acesta permite obținerea unei echilibrări de foarte bună calitate a rotorului pompei.

De exemplu, la frecvențe de rotație subcritice, dezechilibrul rezidual al rotorului pompei îndeplinește cerințele stabilite pentru clasa de calitate a echilibrului G0.16 în conformitate cu ISO 1940-1-2007 "Vibrații. Cerințe pentru calitatea echilibrului rotorilor rigizi". Partea 1. Determinarea dezechilibrului admisibil."

Vibrația reziduală a carcasei pompei obținută în timpul echilibrării la viteze de rotație de până la 8.000 RPM nu depășește 0,01 mm/sec.

Standurile de echilibrare fabricate în conformitate cu schema descrisă mai sus sunt, de asemenea, eficiente în echilibrarea altor mecanisme, cum ar fi ventilatoarele. Exemple de suporturi concepute pentru echilibrarea ventilatoarelor sunt prezentate în figurile 2.13 și 2.14.

.

.

.

           Figura 2.13. Suport pentru echilibrarea rotoarelor de ventilator

Calitatea de echilibrare a ventilatorului obținută pe astfel de standuri este destul de ridicată. Potrivit specialiștilor de la "Atlant-project" LLC, pe standul proiectat de ei pe baza recomandărilor de la "Kinematics" LLC (a se vedea Fig. 2.14), nivelul de vibrații reziduale obținut la echilibrarea ventilatoarelor a fost de 0,8 mm/sec. Acest lucru este de peste trei ori mai bun decât toleranța stabilită pentru ventilatoarele din categoria BV5 conform ISO 31350-2007 "Vibrații. Ventilatoare industriale. Cerințe privind vibrațiile produse și calitatea echilibrării".

.

.

.

         Figura 2.14. Stand pentru echilibrarea rotoarelor de ventilator ale echipamentelor antiexplozive de către "Atlant-project" LLC, Podolsk

Date similare obținute la JSC "Lissant Fan Factory" arată că astfel de standuri, utilizate în producția de serie a ventilatoarelor de conducte, au asigurat în mod constant o vibrație reziduală care nu depășește 0,1 mm/s.

2.2. Mașini cu rulmenți tari.

Mașinile de echilibrare cu rulmenți tari diferă de mașinile cu rulmenți moi discutate anterior prin proiectarea suporturilor lor. Suporturile lor sunt realizate sub forma unor plăci rigide cu fante complicate (decupaje). Frecvențele naturale ale acestor suporturi depășesc în mod semnificativ (de cel puțin 2-3 ori) frecvența maximă de rotație a rotorului echilibrat pe mașină.

Mașinile cu rulmenți tari sunt mai versatile decât cele cu rulmenți moi, deoarece permit de obicei o echilibrare de înaltă calitate a rotoarelor pe o gamă mai largă de caracteristici de masă și dimensionale ale acestora. Un avantaj important al acestor mașini este, de asemenea, faptul că ele permit echilibrarea de înaltă precizie a rotorilor la viteze de rotație relativ mici, care pot fi cuprinse între 200-500 RPM și mai mici.

Figura 2.15 prezintă o fotografie a unei mașini tipice de echilibrare Hard Bearing fabricate de "K. Schenk". Din această figură, este evident că părțile individuale ale suportului, formate de fantele complicate, au rigiditate variabilă. Sub influența forțelor de dezechilibru al rotorului, acest lucru poate duce la deformări (deplasări) ale unor părți ale suportului în raport cu altele. (În figura 2.15, partea mai rigidă a suportului este evidențiată cu o linie punctată roșie, iar partea sa relativ flexibilă este în albastru).

Pentru a măsura aceste deformări relative, mașinile Hard Bearing pot utiliza fie senzori de forță, fie senzori de vibrații foarte sensibili de diferite tipuri, inclusiv senzori de deplasare a vibrațiilor fără contact.

.

.

.

          Figura 2.15. Mașină de echilibrare a rulmenților tari de la "K. Schenk"

După cum indică analiza cererilor primite de la clienți pentru instrumentele din seria "Balanset", interesul pentru fabricarea de aparate Hard Bearing pentru uz intern a crescut continuu. Acest lucru este facilitat de difuzarea pe scară largă a informațiilor publicitare despre caracteristicile de proiectare ale mașinilor de echilibrare interne, care sunt folosite de producătorii amatori ca analogi (sau prototipuri) pentru propriile dezvoltări.

Să luăm în considerare câteva variante de mașini Hard Bearing fabricate pentru nevoile interne ale unui număr de consumatori de instrumente din seria "Balanset".

Figurile 2.16.a - 2.16.d prezintă fotografii ale unei mașini Hard Bearing concepute pentru echilibrarea arborilor de transmisie, care a fost fabricată de N. Obyedkov (orașul Magnitogorsk). După cum se vede în fig. 2.16.a, mașina este formată dintr-un cadru rigid 1, pe care sunt instalate suporturile 2 (două de arbore și două intermediare). Arborele principal 3 al mașinii este rotit de un motor electric asincron 4 prin intermediul unei curele de transmisie. Un regulator de frecvență 6 este utilizat pentru a controla viteza de rotație a motorului electric 4. Mașina este echipată cu sistemul de măsurare și calcul 5 "Balanset 4", care include o unitate de măsurare, un calculator, patru senzori de forță și un senzor de unghi de fază (senzorii nu sunt reprezentați în figura 2.16.a).

.

.

.

.....        

.

   Figura 2.16.a. Mașină cu rulmenți tari pentru echilibrarea arborilor de transmisie, fabricată de N. Obyedkov (Magnitogorsk)

Figura 2.16.b prezintă o fotografie a suportului frontal al mașinii cu axul de conducere 3, care este acționat, după cum s-a menționat anterior, de o curea de transmisie de la un motor electric asincron 4. Acest suport este montat rigid pe cadru.

.

.

.                              

.

               Figura 2.16.b. Suportul frontal (din față) al fusului.

Figura 2.16.c prezintă o fotografie a unuia dintre cele două suporturi intermediare mobile ale mașinii. Acest suport se sprijină pe glisierele 7, permițând deplasarea sa longitudinală de-a lungul ghidajelor cadrului. Acest suport include un dispozitiv special 8, conceput pentru instalarea și reglarea înălțimii rulmentului intermediar al arborelui de transmisie echilibrat.

.

.

..                             

.

              Figura 2.16.c. Suport mobil intermediar al mașinii

Figura 2.16.d prezintă o fotografie a suportului posterior (condus) al fusului, care, la fel ca și suporturile intermediare, permite deplasarea de-a lungul ghidajelor cadrului mașinii.

.

.

..                            

.

                   Figura 2.16.d. Suportul arborelui din spate (antrenat).

Toate suporturile discutate mai sus sunt plăci verticale montate pe baze plate. Plăcile prezintă fante în formă de T (a se vedea figura 2.16.d), care împart suportul într-o parte interioară 9 (mai rigidă) și o parte exterioară 10 (mai puțin rigidă). Rigiditatea diferită a părților interioară și exterioară a suportului poate duce la deformarea relativă a acestor părți sub acțiunea forțelor de dezechilibru din partea rotorului echilibrat.

Senzorii de forță sunt utilizați în mod obișnuit pentru a măsura deformarea relativă a suporturilor în mașinile artizanale. Un exemplu de instalare a unui senzor de forță pe suportul unei mașini de echilibrare Hard Bearing este prezentat în figura 2.16.e. După cum se vede în această figură, senzorul de forță 11 este presat pe suprafața laterală a părții interioare a suportului de un șurub 12, care trece printr-un orificiu filetat în partea exterioară a suportului.

Pentru a asigura o presiune uniformă a șurubului 12 pe întregul plan al senzorului de forță 11, între acesta și senzor este plasată o șaibă plată 13.

.

.

.

.

...                     

                                            .

                        Figura 2.16.d. Exemplu de instalare a senzorului de forță pe un suport.

În timpul funcționării mașinii, forțele de dezechilibru din rotorul echilibrat acționează prin intermediul unităților de susținere (fusuri sau rulmenți intermediari) asupra părții exterioare a suportului, care începe să se deplaseze ciclic (să se deformeze) în raport cu partea sa interioară la frecvența de rotație a rotorului. Rezultă astfel o forță variabilă care acționează asupra senzorului 11, proporțională cu forța de dezechilibru. Sub influența acesteia, la ieșirea senzorului de forță este generat un semnal electric proporțional cu mărimea dezechilibrului rotorului.

Semnalele de la senzorii de forță, instalați pe toate suporturile, sunt introduse în sistemul de măsurare și calcul al mașinii, unde sunt utilizate pentru a determina parametrii greutăților de corecție.

Figura 2.17.a. prezintă o fotografie a unui utilaj Hard Bearing foarte specializat, utilizat pentru echilibrarea arborilor cu "șuruburi". Această mașină a fost fabricată pentru uz intern la LLC "Ufatverdosplav".

După cum se vede în figură, mecanismul de rotire a mașinii are o construcție simplificată, care constă din următoarele componente principale:

.

.

.

....                   

.

Figura 2.17.a. Mașină cu rulmenți tari pentru echilibrarea arborilor de șuruburi, produsă de SRL "Ufatverdosplav"

Suporții 2 ai mașinii sunt plăci de oțel instalate vertical cu fante în formă de T. În partea superioară a fiecărui suport se află role de susținere fabricate cu ajutorul rulmenților, pe care se rotește arborele echilibrat 5.

Pentru a măsura deformarea suporturilor, care apare sub acțiunea dezechilibrului rotorului, se utilizează senzori de forță 6 (a se vedea figura 2.17.b), care sunt instalați în fantele suporturilor. Acești senzori sunt conectați la dispozitivul "Balanset 1", care este utilizat pe această mașină ca sistem de măsurare și calcul.

În ciuda simplității relative a mecanismului de rotire a mașinii, acesta permite o echilibrare de o calitate suficientă a șuruburilor, care, după cum se vede în figura 2.17.a., au o suprafață elicoidală complexă.

Potrivit SRL "Ufatverdosplav", dezechilibrul inițial al șurubului a fost redus de aproape 50 de ori pe această mașină în timpul procesului de echilibrare.

.

.

.                           

.

              Figura 2.17.b. Suport de mașină cu rulmenți tari pentru echilibrarea arborilor cu șuruburi cu senzor de forță

Dezechilibrul rezidual obținut a fost de 3552 gmm (19,2 g la o rază de 185 mm) în primul plan al șurubului, și 2220 gmm (12,0 g la o rază de 185 mm) în al doilea plan. Pentru un rotor cu o greutate de 500 kg și care funcționează la o frecvență de rotație de 3500 RPM, acest dezechilibru corespunde clasei G6.3 conform ISO 1940-1-2007, care îndeplinește cerințele stabilite în documentația sa tehnică.

Un proiect original (a se vedea Fig. 2.18), care presupune utilizarea unei singure baze pentru instalarea simultană a suporturilor pentru două mașini de echilibrare Hard Bearing de dimensiuni diferite, a fost propus de S.V. Morozov. Avantajele evidente ale acestei soluții tehnice, care permit reducerea la minimum a costurilor de producție ale producătorului, includ:

.

.

           Figura 2.18. Mașină de echilibrare cu rulmenți tari ("Tandem"), fabricată de S.V. Morozov

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

€1,751.00

Piese

Senzor de vibrații.

€90.00

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

€124.00

Dispozitive

Balanset-4.

€6,803.00

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

€46.00

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

€10.00

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

€1,561.00

Abonament

Cont + Actualizări + Asistență directă

€18.00

.