Razumevanje balansirnega stroja
A balansirni stroj (imenovan tudi delavniški balansirni aparat) je namenski instrument, ki meri neravnovesje v rotor potem ko je bil rotor odstranjen iz matičnega stroja. V kalibrirani vzmetni napravi ga zavrti in izmeri nastalo vibracije ali sile, na podlagi teh meritev pa izračuna velikost in kotni položaj neuravnoteženosti v vsakem korekcijska ravnina — tako da lahko operater izvrtava, bruši ali dodaja uteži točno tam, kjer je to potrebno. Uravnoteževalne naprave so temelj proizvodnje rotorjev in visoko natančnih popravil, pri katerih mora biti del certificirano uravnotežen, preden se ponovno vključi v obratovanje.
1. Definicija: Kaj je balansirni stroj?
V bistvu je uravnoteževalni stroj nadzorovan poskus v centrifugalna sila. Ko se neuravnotežen rotor vrti, njegova težka točka ustvarja vrtilno silo, ki je sorazmerna z ekscentričnostjo preostale mase in s kvadratom hitrosti. Stroj vrti rotor z enakomerno, znano hitrostjo, zazna silo ali gibanje, ki ga ta težka točka ustvari enkrat na obrat, in ga razčleni na količino korekcijske mase ter kot, pod katerim jo je treba uporabiti. Ker je rotor nameščen na lastnih natančnih nosilcih stroja in ne na delovnih ležajih, meritev izolira rotor kot samostojen sestavni del – brez vplivov sklopke, temelja in sestave.
Prav ta osredotočenost na posamezne komponente je razlog, zakaj uravnoteženje v delavnici prinaša tako natančne rezultate. Novo turbinsko kolo, črpalka rotor, se anka elektromotorja ali vreteno obdelovalnega stroja običajno uravnoteži na stroju v skladu z zahtevnimi razred kakovosti uravnoteženosti pred sestavo, kar zagotavlja natančno in ponovljivo izhodišče, ki ga zgolj popravki na terenu ne morejo zagotoviti.
2. Ključne komponente balansirnega stroja
Tipični horizontalni balansirni stroj je sestavljen iz majhnega števila natančno opredeljenih podsistemov, od katerih vsak prispeva k natančnosti merjenja:
- Bed / base: trden, težak podstavek, ki zagotavlja stabilnost in preprečuje, da bi zunanje vibracije tal vplivale na merilne rezultate. Masa in togost v tem primeru neposredno omejujeta najmanjše neuravnoteženje, ki ga lahko naprava zazna.
- Vzmetenje (nosilci): dve opori — včasih imenovani nosilni podstavki — ki nosijo rotorske čepe. So namerno togi v eni smeri in prožni v smeri merjenja, tako da se rotor lahko prosto giblje le tam, kjer ga senzorji lahko zaznavajo.
- Senzorji: senzorji, nameščeni na vzmetenju — običajno merilniki pospeška, pretvorniki hitrostiali pa senzorske celice — ki pretvorijo odziv na neravnovesje v električni signal.
- Drive system: električni motor z jermenom, končnim pogonom ali pnevmatskim pogonom, ki rotor pospeši do konstantne, nadzorovane uravnotežne hitrosti.
- Senzor rotacijskega sklada: običajno fotoelektrični senzor, ki zazna trak odsevni trakali senzorja bližine na utoru za ključ. Njegov impulz, ki se pojavi enkrat na obrat – enako vlogo kot tahometer vloga pri terenskem delu — določa faza pod kotom, tako da stroju sporoči kjer je tam, kjer je najtežje.
- Instrumentacija: mikroprocesorska konzola, ki med vožnjo filtrira signale senzorjev in uporabi vplivni koeficientiin prikaže vrednost ter kot neuravnoteženosti za vsako ravnino.
3. Stroji s trdimi ležaji v primerjavi z mehkimi ležaji
Uravnotežne naprave se razvrščajo glede na to, kako se njihovo vzmetenje obnaša glede na hitrost uravnoteženja – ta razlika pa določa, kako se kalibrirajo in kaj merijo.
a) Stroj za uravnoteženje s trdimi ležaji
Vzmetenje je zelo trdo, motor pa meri sila ki nastane zaradi neravnovesja. Lastna frekvenca sistema rotor-vzmetenje je primerna above hitrost uravnoteženja, tako da se rotor vrti precej pod resonanca in odčitek je stabilen. Odločilna prednost je trajna kalibracija: ko operater vnese mere rotorja in položaje ležajev, naprava neposredno odčita pravilno neuravnoteženost, brez poskusnega vrtenja za vsak nov del. Zaradi te hitrosti in vsestranskosti so naprave za uravnoteženje z trdimi ležaji postala standardna izbira v sodobnih industrijskih delavnicah za uravnoteženje.
b) Stroj za uravnoteženje z mehkimi ležaji
Vzmetenje je zelo prilagodljivo, stroj pa meri premik (vibracije). Pri tem je lastna frekvenca sistema primerna pod hitrost uravnoteženja, tako da rotor deluje nad resonančno frekvenco. Ti stroji so izjemno občutljivi – primerni za zelo majhne ali lahke rotorje –, vendar zahtevajo kalibracijski preizkus z znano poskusna teža za vsak tip rotorja, saj je razmerje med prostornino in neuravnoteženostjo odvisno od konkretnega rotorja in nastavitve. Pri tem gre za kompromis med občutljivostjo in časom, potrebnim za nastavitev.
4. Uravnoteževalni stroj v primerjavi z uravnoteževanjem na terenu
Uravnoteženje koles in uravnoteženje polja odgovoriti na dve različni vprašanji, dobro izveden program za preverjanje zanesljivosti pa uporablja obe.
- Uravnoteževalni stroj (uravnoteževanje v delavnici): rotor se odstrani in uravnoteži kot samostojni del. To zagotavlja izjemno visoko natančnost in je idealno za nove ali obnovljene rotorje, saj se tako potrdi, da del sam izpolnjuje stroge tolerance, še preden se sploh začne uporabljati.
- Izravnava na terenu: rotor se uravnava, ko je vgrajen v svoja ležaja in deluje v svojih običajnih pogojih. S tem se uravnava celoten rotor assembly — vključno s ključmi, sklopkami, osmi ventilatorjev in vplivi delovanja — ter odpravlja neuravnoteženost na strojih, ki so že v uporabi, brez večjega razstavljanja.
Ti dve stvari se dopolnjujeta. Rotor se običajno uravnoteži v delavnici že med izdelavo ali popravilom, nato pa se mu izvede končno ravnotežje trima na terenu, da se zajamejo vplivi, povezani z montažo in delovanjem. Pri že sestavljenem stroju za to meritev na terenu sploh ni potreben poseben aparat: zadostuje prenosni dvo-kanalni analizator, kot je Balanset-1A izmeri 1× amplitudo in fazo v lastnih ležajih stroja, izračuna koeficiente vpliva in preveri končni preostala neuravnoteženost v primerjavi z izbranim razredom ISO – dejansko se izvede enaka meritev, kot jo opravi delavniški balansirni stroj, vendar na rotorju med dejanskim delovanjem.
5. Standardi in sprejem
Neravnovesje, ki ga zazna stroj, se primerja z mejno vrednostjo, določeno na podlagi ISO 21940-11 (sodobni naslednik že dolgo znanega standarda ISO 1940-1), ki opredeljuje razvrstitev po kakovosti — G6.3, G2.5, G1.0 in tako naprej — ki določajo dovoljeno preostalo neuravnoteženost za dano maso rotorja in obratovalno hitrost. Same stroje so opisane in ocenjene v ISO 21940-21, ki obravnava, kako se preverjata natančnost uravnoteževalnega stroja in najmanjše dosegljivo preostalo neuravnoteženje. Pretvorba razreda v dovoljeno vrednost v gramih na milimeter ter njena razdelitev med dve ravnini je hitra z Kalkulator preostalih neravnovesij (ISO 21940-11), while the Kalkulator občutljivosti balansirnega stroja pomaga potrditi, da je vozilo dejansko sposobno odpraviti neravnovesje, ki ga zahteva strm klanec.
