книги / Современные методы и средства балансировки машин и приборов

Рис. 2.5. Поверхности изменения оптимальных аппликат центров масс шлифоваль­ ных кругов 0 150—350 мм

Таким образом, исследования показывают возможность и целесо­ образность использования вертикальных шпиндельных групп с упру­ гоподатливым опорным участком и упругоустановленной опорой на консоли в станках с совмещением операций контроля дисбалансов и испытания на прочность дисковых роторов (шлифовальных кругов) высокочастотным вращением.

2.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ БАЛАНСИРОВКИ ЖЕСТКИХ РОТОРОВ ПО МЕТОДУ МАЛЫХ УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

(В. Е. Млчин)

Анализируя балансировку как технологическую операцию, можно заключить, что наиболее перспективными направлениями в области уравновешивания, обеспечивающими максимальное повышение про­ изводительности труда и снижение трудоемкости на данной операции, являются интенсификация режимов балансировки; совмещение во времени процессов определения и устранения неуравновешенности; уменьшение вспомогательного времени на установку и снятие ротора и уменьшение основного технологического времени на устранение неуравновешенности; одновременная балансировка партии роторов

с дозированным нанесением на них расплавленного припоя олова.

где l — расстояние между плоскостями I и II коррекции; г — ра­ диус бандажа; Ур — осевой момент инерции ротора; ю0 — собствен­ ная частота колебаний ротора, установленного в упругие опоры рамки; а 01 — угловая координата массы тх\ р — фазовый сдвиг колебаний.

Так как плоскость II проходит через ось колебаний платформы, то неуравновешенная масса т2 не влияет на колебания аъ тем самым исключается взаимовлияние плоскостей I к II. Тангенциальные силы F\ (центробежными можно пренебречь), возникающие от дис­ баланса Du создают момент и вызывают угловые колебания а х якоря

вокруг его собственной оси, a тангенциальные силы F\, возника­ ющие от дисбаланса £>2, не создают момента и не вызывают угловых колебаний ротора.

Колебания ах будут максимальны при а01 = ±90° При баланси­ ровке ротор принудительно поворачивается «тяжелым» местом вниз, после чего на верхнюю часть его бандажа с помощью дозатора 4 с секундным массовым расходом q наносится расплав. Этот процесс осуществляется в режиме убывающих угловых колебаний и описы­ вается уравнением

ния якоря а х прекращаются. Это является командой для окончания процесса автоматической балансировки дозированием расплава в пло­ скости I.

Для балансировки якоря в плоскости II рамка с якорем повора­ чивается на 180°. При этом плоскости I к II меняются местами, после чего осуществляется балансировка в плоскости II аналогично пре­ дыдущему. Описанный процесс уравновешивания происходит в по­ лярных координатах, поэтому необходимо найти угловую коорди­ нату «легкого» места. Для исключения поиска «легкого» места ротора балансировку осуществляют последовательно в двух ортогональных плоскостях, на которые раскладывается дисбаланс. При этом тре­ буется поворот ротора на ±90°, что реализовать просто.

Автоматический станок для балансировки якорей электрических машин (рис. 2.7), разработанный Пензенским политехническим ин­ ститутом, содержит два одинаковых агрегата, объединенных корпу­ сом 1. Каждый агрегат включает стол 4, опирающийся на пружины 3

Рис. 2.7. Балансировоч­ ный станок для автомати­ ческой балансировки яко­ рей электрических машин

(в целях виброизоляции), с асинхронным электродвигателем 2\ платформу 5, насаженную на вал электродвигателя и упругосвя­ занную со столом пружинными растяжками (на рисунке не пока­ заны); две поворотные рамки 7 с упругими опорами 9, установлен­ ными на тонких стержнях 8; два датчика индукционного типа, имеющие пермаллоевые якорьки 6, колеблющиеся в зазоре магнит­ ной системы 13; два дозатора 12 уравновешивающего расплава и не показанные на схеме два механизма 10 поворота балансируемого ротора «легким» местом под дозаторы. |р

На корпусе станка располагаются измерительный блок 11 и

.пульт 14 управления станком. Блок питания с блоком автоматики размещены внутри корпуса.

На станке автоматизированы процессы определения значения и угла дисбаланса, поворот якорей «легким» местом под дозаторы и устранение дисбаланса дозированием расплавленного припоя на бандажи.

Установка роторов на поворотные рамки, их поворот на 180° пло­ скостью II под дозаторы и снятие сбалансированных якорей осу­ ществляются вручную. Вспомогательное время в станке перекры­ вается основным благодаря двум вибрирующим платформам со сме­ щенными циклами балансировки роторов. При этом в то время, когда на первой платформе происходит автоматическая баланси­ ровка, на второй платформе устанавливают очередные роторы. На каждой платформе одновременно балансируют два ротора. Балансировку роторов ведут в ортогональных плоскостях. Диапазон масс балансируемых роторов составляет 0, 1—3 кг, точность балан­ сировки 0,2—1 г-мм. Цикл балансировки составляет 60 с, следова­ тельно, время балансировки одного ротора 15 с.

Метод автоматической балансировки роторов асинхронных элек­ тродвигателей, снабженных технологическими углублениями, рас­ положенными на торцовых плоскостях ротора, для введения в них уравновешивающего расплава, поясняет схема, приведенная на рис. 2.8. Расположение углублений на торцовых плоскостях пред­ определило схему станка с вертикальным расположением роторов.

Схема включает асинхронный электродвигатель 1, два рычага 2, насаженные на выходные валы электродвигателя, две поворотные базировочиые рамки 3, два дозатора 5 уравновешивающего расплава (на рисунке показан только один) и два механизма разворота ро­ тора «легким» местом под дозатор, не показанные на схеме.

Два балансируемых ротора 4 установлены шейками на базиро­ вочиые поворотные рамки. При этом плоскость II коррекции про­ ходит через ось электродвигателя и поэтому не влияет на определе­ ние дисбаланса в плоскости I. Электродвигатель работает в режиме «качающихся» полей, сообщает поворотным рамкам и роторам пере­ носное угловое колебательное движение ср = фт sin £21. Одновре­ менно балансируются два ротора. Для принятой схемы балансировки в плоскостях / и II коррекции достаточно иметь по два технологи­ ческих углубления, расположенных под углом 90° на радиусе R. При таком движении возникают дополнительные угловые колебания ротора а, являющиеся мерой его неуравновешенности.

Приближенное дифференциальное уравнение движения ротора

где Jz — осевой момент инерции ротора; С — моментная жесткость упругих опор базировочной рамки; I — расстояние между плоско­ стями коррекции; а, а — угловое перемещение и угловое ускоре­ ние ротора.

ФРис. 2.8. Схема установки для " автоматической балансировки роторов асин­ хронных элек­ тродвигателей

Из уравнения (2.20) для установившегося движения найдем

где р — фазовый сдвиг колебаний.

Процесс автоматической балансировки ротора введением расплава в его технологические углубления с секундным массовым расхо­ дом <7 может быть описан выражением

В момент времени tlx при Dix—(qR) дисбаланс Dix устраняется. Это является командой для поворота ротора на угол 90° для устра­ нения дисбаланса Dlu, осуществляемого аналогично по выражению

По окончании балансировки в плоскости / рамки с роторами переворачиваются, плоскости / и II меняются местами и аналогично осуществляется процесс балансировки в плоскости II.

Продолжительность балансировки £шах определяется в зависи­ мости от секундного массового расхода q корректирующей массы расплава.

Если известны максимально возможный начальный дисбаланс ротора Dmaxи допустимый остаточный дисбаланс Dn, то секундный массовый расход

Ртах Рп <7 №тах

Процесс автоматической балансировки рассматриваемым мето­ дом может быть осуществлен с некоторой погрешностью

Д = Ai Аг -f- A3.

Погрешность Аг обусловлена повторной балансировкой за счет дополнительно вводимого в технологическое углубление уравнове­ шивающего материала в момент практически полной компенсации начального дисбаланса

столба расплава в дозаторе; R — радиус расположения технологиче­ ского отверстия дозатора.

Эффективными путями уменьшения этой погрешности будут уменьшение сечения струи и высоты столба посредством уменьшения

диаметра капиллярного отверстия (до нескольких десятых долей мм) и максимального его приближения к технологическому углублению.

Погрешность Д2 вызывается запаздыванием в системе автома­ тики, выключающей подачу сжатого воздуха в загрузочную камеру дозатора спустя некоторое время т, что приводит к дополнитель­ ному выходу из дозатора уравновешивающей массы

Д2 = qRx.

Очевидно, единственным путем уменьшения погрешности без сни­ жения производительности является повышение быстродействия си­ стемы автоматики (до сотых долей секунды).

Погрешность А3 обусловлена тем, что за теоретическую плоскость коррекции принимается плоскость, проходящая через середину вы­ соты технологических углублений. Фактическая же плоскость будет проходить через средний слой уравновешивающей массы, запол­ няющей углубления, и в зависимости от начального дисбаланса будет колебаться в пределах h!2, где h — высота углубления, чем нарушается принцип исключения взаимовлияния плоскостей кор­ рекции и возникает погрешность, имеющая максимальное значение для средних значений дисбаланса Dmax/2:

Л_ ^max h

Единственным путем снижения этой погрешности является умень­ шение высоты технологического углубления, объем которого рас­ считывают из условия возможности коррекции максимального дис­ баланса:

ndU и _ Æmax

4 П~ Rp ■

Поступление расплава в технологические углубления осуще­ ствляется под давлением. Значение этого давления рп определяется из условия обеспечения необходимого для заданной производитель­ ности секундного массового расхода q из формулы Пуазейля:

по каналу, равный примерно 0,6—0,7; dK и 1К— диаметр и длина капиллярного отверстия на выходе дозатора; т| — кинематическая вязкость расплава; Н — высота столба расплава над уровнем его в резервуаре, на которую его нужно поднять, прежде чем ему дойти до капиллярного отверстия дозатора.

Для балансировки роторов асинхронных электродвигателей авто­ матический станок (рис. 2.9), разработанный Пензенским политех­ ническим институтом, конструктивно оформлен в виде сварного корпуса 1, внутри которого размещены блоки питания и автоматики. На верхнем основании расположен асинхронный электродвигатель 2.

Рис. 2.9. Конструкция балансировочного станка для автоматической баланси­ ровки асинхронных электродвигателей

На выходные валы электродвигателя насажены рычаги 3, упруго­ связанные с корпусом пружинными растяжками 6. На рычагах уста­ новлены базовые поворотные рамки 4 с упругими опорами 12 на основе тонких металлических стержней 13. На рамках расположены индукционные датчики в составе пермаллоевых якорьков 11, ко­ леблющихся в зазорах магнитных систем 10. Балансируемые ро­ торы своими шейками базируются на упругих опорах поворотных рамок таким образом, что одна из плоскостей коррекции проходит через ось угловых колебаний, возбуждаемых электродвигателем. Над торцовыми поверхностями роторов размещают дозаторы урав­ новешивающего расплава 7, а по бокам в непосредственной близости от роторов — механизмы поворота роторов технологическим углубле­ нием («легким» местом) под дозатор 8. Сверху на стойке уста­ новлен измерительный блок 5, а спереди — пульт управления стан­ ком 9.

На станке автоматизированы процессы коррекции дисбаланса и поворот ротора «легким» местом под дозатор. Установка ротора, переворот рамки и снятие сбалансированного ротора выполняются вручную. Одновременно балансируются два ротора. Балансировка их ведется в ортогональных плоскостях. Диапазон масс балансируе­ мых роторов с установкой на сменные рамки 1—10 кг. Точность балансировки 3—10 г-мм. Время балансировки одного ротора составляет 20 с.

Рис. 2.11. Выбор обобщенных координат

данным на чертежах ГКМ, в част­ ности, одна из осей параллельна оси коленчатого вала машины в ее статическом состоянии. Обозначим инертные массы mri и rnri гасителя (причем т г1 = /яг2); вылет стержня гасителя /; подвижную систему ко­ ординат X MY MZU, связанную с цент­ ром масс ГКМ; суммарный коэффи­ циент жесткости kn упругой под­ вески машины. Экспериментальными

исследованиями [22 ] установлено, что наибольшую долю уровня виб­ раций ГКМ составляют продольные колебания вдоль оси Z и угловые относительно осей X и Y Смещение центра масс S u вдоль осей X и К и поворот корпуса относительно оси Z — величины второго порядка малости по сравнению с первыми. Поэтому при составлении матема­ тической модели рассматриваемой системы в целях упрощения ре­ шения задачи принимают следующие допущения: центр масс машины (точка SM) движется вдоль оси Z, не отклоняясь от нее; центр масс машины относительно ее корпуса не изменяет своего положения; коэффициенты жесткости упругих связей постоянны; диссипация энергии в опорах стержня гасителя близка к нулю.

Составление уравнений движения системы ГКМ — гаситель вы­ полняют в предположении малости колебаний корпуса ГКМ и масс динамического гасителя. Тогда положение центра масс ГКМ опре­ деляется координатой 2 и двумя углами 0Хи Qy поворота корпуса, а положение центра масс гасителя координатами zrl)2, jfrli2, утli2 и углами р2, р2, р3 поворота, где Pi и р3 — углы поворота масс гаси­ теля; тп и тг:, — массы, обусловленные деформацией стержня гасителя в плоскости XOZ на некоторых радиусах инерции; р3 — угол поворота масс гасителя, обусловленный деформацией стержня в плоскости, перпендикулярной к оси ZM, на некотором радиусе инерции.

Радиусы инерции рг масс гасителя ввиду малости углов ръ р2, р3 принимаем равными I. Тогда координаты zrl)2) лгг1,2, уг Ь2 при­ ближенно будут связаны с независимыми обобщенными координа­

Уравнения движения системы ГКМ—гаситель составляют на основе уравнений Лагранжа II рода: