Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Теория и практика балансировочной техники

..pdf
Скачиваний:
64
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
31.98 Mб
Скачать

 

Сущность

комплексного

метода применительно к

деталям

с двумя и одной плоскостью

уравновешивания

можно

пояснить

с помощью рис. 1 и 2.

 

 

 

 

Схема, приведенная на рис. 1, включает подвес /, на который

устанавливается деталь 2 с

технологическими

углублениями 3,

резервуары 4

с отверстиями

и заслонками 5,

расположенными

в

плоскостях

уравновешивания / и

 

 

//. Резервуары наполняются урав­

 

 

новешивающей массой 6.

 

 

 

Ді

С подвесом связаны два датчика

 

 

и Ді, воспринимающих

неурав-

 

 

Рис. 1. Схема автоматической баланси­

Рис. 2. Схема

автоматической

ровки деталей с двумя плоскостями

балансировки

деталей с одной

уравновешивания

плоскостью уравновешивания

новешенность и подключаемых через усилитель 8 к исполнитель­

ному блоку

7, управляющему заслонками.

Деталь приводится

в угловое

колебательное

движение ф = ф т

sin pt с малой

ампли­

тудой ф т

и

частотой р.

Неуравновешенность вызывает

колеба­

ния опор подвеса, которые воспринимают датчики. После усиле­ ния и преобразования сигналов датчиков с помощью электро­ магнитов открываются заслонки и осуществляется компенсация вертикальной составляющей неуравновешенности, затем деталь поворачивается на 90° и компенсируется горизонтальная состав­ ляющая. Приближенные уравнения движения системы подвес —

неуравновешенная

деталь без

учета

сопротивления среды при

компенсации неуравновешенности

в вертикальной

плоскости

имеют

вид

 

 

 

 

 

 

x + k\x

=

є ф т р 2 ||Лг/

(c, +

c2)tR

s i n p f +

2 ( С | + С 2 ) *

cos pt};

М

 

 

 

 

 

 

 

рМ

 

а + k\a

=

— ф т р 2

1 ^ 2Iyz-(Cl-C2)tRl

 

sin pt +

(c{ — c2)Rl

spt};

 

 

 

 

2/„

 

 

Pi.Ус

 

 

 

 

 

• ус

 

 

 

здесь x и а — соответственно поступательное вместе с центром

100

инерции системы и вращательное вокруг центра инерции дви­ жения подвеса;

х и а — вторые производные, т. е. ускорения

этих

движений;

 

^ 2

 

квадраты собственных

частот

 

системы в

ее

по­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ступательном и вращательном движении.

 

 

 

 

 

 

 

 

Е

 

——

щ — масса

детали;

Мп

— масса

подвеса);

 

 

м+мп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

смещения

 

центра

инер­

Ау — вертикальная составляющая

 

ции детали

с оси

ее

вращения,

характеризующая

статическую

неуравновешенность;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jyz

— центробежный

момент

инерции

детали,

определяющий

ее динамическую

неуравновешенность;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сі

и Сі — секундные

расходы

массы

из

резервуаров,

т.

е.

скорости их введения в технологические

углубления;

 

 

 

R — средний радиус их расположения;

 

 

 

 

 

 

 

Іус — момент инерции системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решения приведенных выше уравнений для случая постоян­

ных расходов имеют вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(cl

+

c2)Rk\2

cos

pt-

 

(Ci+C2)*/?

Ay

sin

pt)

 

 

fe?-p2

 

 

Mp(k\-p2)

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

ФтР2

(

 

 

{cx-C2)Rlk22

cos pt

+

 

0,5

(с,—

c2)tRl

— I yz • jsin

pt\

а = fe2- v

 

і

 

v ( * s - ' 2 )

 

 

 

 

 

 

 

1УС

 

 

 

 

 

Заметим,

что

для

зарезонансной

области

колебаний

(kf и

Щ <

р 2 )

и

принятом

времени

уравновешивания

^ m a x

=

5

-f- 10 сек

( —

<

р)

возмущения,

характеризуемые

первыми

 

 

^тах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

слагаемыми этих выражений, ничтожно малы и ими можно пре­ небречь, поэтому

-Єф„

(с, + c2)tR

•Ау sin

pt.

м

 

 

 

 

-ф*

0,5(с, — c2)tRl

Іуг

sin

pt.

 

 

і ус

Следовательно, выражения для перемещений опор подвеса будут иметь следующий вид:

21;Ус

Х2~ — ф.г

-Ау +

 

21и

 

•ус

+

+

{Ci+cJtR

,

(c,—c2)tRlL

sinp^;

М

I

4/ ус

 

 

(с, +c2)fl?

 

(c{—c2)tRlL

sin pt.

М

 

4/„

 

 

 

 

^'ус

 

Для оптимального протекания процесса уравновешивания необходимо исключить влияние плоскостей уравновешивания друг на друга. С этой целью управление положением заслонок

должно осуществляться сигналами, пропорциональными выра­ жениям

 

 

 

, ,

3

 

 

1

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

их=

хх

 

х2

и U2

=х2

 

4

Х\,

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

4

 

 

4

 

 

 

 

 

 

т. е. для их формирования необходимо

выполнить

алгебраиче­

ское преобразование сигналов датчиков Д\

и Дг, воспринимаю­

щих

колебания

опор

х\

и х2,

что электрическими

средствами

осуществить весьма

просто.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

мере введения

уравновешивающей

массы

эти

сигналы

уменьшаются и по достижении

допустимой

остаточной

неурав­

новешенности

заслонки

закрываются,

деталь

поворачивается

на 90° и производится

компенсация

горизонтальной

составляю­

щей

неуравновешенности

Ах

и I x z

введением

уравновешиваю­

щей массы во вторые технологические углубления.

 

 

 

 

Таким

образом,

уравновешивание,

реализуемое

по

схеме

рис.

 

1, осуществляется

последовательно

при

двух

угловых

положениях детали за время

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ ^ 2^ m a x + tn + tQ,

 

 

 

 

 

 

где

tn

— время поворота детали

(1—2 сек);

 

 

 

 

 

 

 

t0

— время

отверждения

уравновешивающей

 

массы

(для

 

 

 

ряда материалов оно равно 3—5

сек),

что

в

сумме

 

 

 

составляет 20—30 сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема

уравновешивания,

показанная

на рис. 2,

предпочти­

тельна для деталей с одной плоскостью уравновешивания. Она обеспечивает полное совмещение во времени процессов опреде­ ления и устранения неуравновешенности и состоит из верти­ кального вала / с насаживаемой на него деталью 2, неуравно­ вешенность которой приводится к двум из четырех технологи­ ческих углублений 3, расположенных в координатных осях х, у.

Вал

удерживается в вертикальном

положении

пружинами 4.

Над

деталью

располагаются

резервуары 5 с

уравновешиваю­

щей

массой 6,

поступление

которой

в технологические углуб­

ления регулируется заслонками 7. Открытие заслонок произ­ водится электромагнитами 8, управляемыми через усилитель 9

сигналами

датчиков неуравновешенности

Дх

и Ду. Уравнения

движения

верхней точки подвеса

под действием неуравновешен­

ности (имеется в виду

только статическая

неуравновешенность,

характерная для таких

деталей)

и вводимой

в деталь уравно­

вешивающей массы имеют вид

 

 

 

 

Р + к2р = ф т р 2

 

sin pt;

 

 

L (М+— Af„)

 

 

 

а + k2a = — ф1 т р2

^vM—Or

g i n

pt^

где

р и о — угловые

перемещения

подвеса

относительно

цен­

 

 

тра качаний;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р и а угловые ускорения этих перемещений;

 

 

 

 

k2

— квадрат

собственной

 

частоты

системы деталь —

М и Мв

подвес;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— соответственно масса детали и вала;

 

 

 

Ах

и Ау — координаты центра инерции детали;

 

 

 

 

с — секундный расход уравновешивающей

массы;

 

г — радиус расположения

заслонок.

 

 

 

 

 

Решения приведенных выше уравнений с

переходом

к

ли­

нейным перемещениям

верхней

точки подвеса

для

зарезонан-

сной области колебаний

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

,

 

МАхctr

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

8х ~ 4>J—;

 

;

 

" sm

pt;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L[M

+

—Mi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

,

 

MAyctr

:

.

 

,

 

 

 

 

 

 

 

б г / ~ — Ч.т1

 

 

 

smp/.

 

 

 

 

Таким образом, уравновешивание

подобных

деталей

может

осуществляться

одновременно

в

осях

х

и

у

и

независимо

друг от друга за один пуск.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Повышение

требований

 

к

качеству

электродвигателей

по

уровню шума и вибраций вызывает необходимость более каче­ ственно балансировать лопастные вентиляторы.

В связи с этим в Пензенском политехническом институте был разработан станок для статической балансировки трех- и четырехлопастных вентиляторов. Станок построен на принципе определения и устранения неуравновешенности в динамическом

режиме угловых

колебаний

с введением уравновешивающего

материала в технологические

углубления.

 

 

В качестве уравновешивающего

материала

использовались

фенолформальдегидные

и эпоксидные смолы.

Эти

смолы явля­

ются быстросохнущими и обеспечивают надежное

сцепление.

В некоторых

случаях

с целью

увеличения

веса в жидкую

смолу может быть добавлен металлический порошок или квар­ цевый песок.

Станок, внешний вид которого показан на рис. 3, состоит из электрического блока измерения и механической балансировоч­ ной системы.

Рассмотрим работу станка при балансировке четырехлопастных вентиляторов. После включения привод угловых колебаний сообщает валу, а вместе с ним и балансируемому вентилятору угловое колебательное движение с малой амплитудой 0,03— 0,05 рад. Частота колебаний 37,5 гц выбрана из условий защиты измерительного тракта от внешних промышленных помех, а так-

маются датчиком

12, сигнал которого

усиливается

усилите­

лем 11 и регистрируется измерительным

прибором

13,

указы­

вающим

легкую

лопасть вентилятора и

величину

неуравнове­

шенности

в ней.

Одновременно этот

сигнал в

зависимости

от полярности управляет открытием заслонки соответствующего резервуара 8 и через усилитель мощности 10 поступает на ле­ вый или правый электродвигатель 9. Это приводит к повороту всегда в одном направлении червячного винта 7 на угол, про­ порциональный величине неуравновешенности и выдавливанию из резервуара соответствующего количества уравновешивающей массы. Последняя непрерывно заполняет технологическое углуб­ ление 6, устраняя неуравновешен­ ность вентилятора в одной пло­ скости, и сигнал, снимаемый с датчика, уменьшается. В момент компенсации неуравновешенно­ сти электродвигатель останавли­ вается, заслонка перекрывает от­ верстие резервуара и уравнове­ шивание вентилятора в этой пло­ скости заканчивается. Аналогич­ но осуществляется уравновеши­ вание и в ортогональной плоско­ сти.

Результат балансировки мо­ жет быть оценен визуально по показаниям приборов.

Рис. 5. Принцип работы датчика

Рассмотрим некоторые особен­ ности системы. Прежде всего при балансировке угловыми коле­

бательными движениями необходимо измерять очень малые пе­ ремещения подвеса. Это предъявляет повышенные требования как к механической части системы, так и к электрической, поскольку в этом случае даже незначительные помехи, дей­ ствующие на систему, могут нарушить нормальный режим ее работы

Метод измерения неуравновешенности потребовал разработ­ ки датчиков специальной конструкции, которые ориентируются вдоль двух смежных лопастей под углом 90° друг к другу и не­ посредственно воспринимают составляющие неуравновешенно­ сти по лопастям. Необходимость определения суммарной не­ уравновешенности вентилятора и ее разложения на составляю-' щие в этом случае отпадает; причем независимо от геометрии вентилятора и числа лопастей во всех случаях для измерения требуется только два датчика. Принцип работы одного из них показан на рис. 5. Магнитопровод 1 с катушками 2 заключены в пермалоевый экран 3, который закрепляется на корпусе

механической системы жестко или на сейсмической подвеске. Постоянный магнит 4 укрепляется на связанном с валом уп­

ругом подвесе 5

и располагается на

определенном исходном

расстоянии бо от

магнитопровода.

 

 

Неуравновешенность вентилятора

вызывает качания

подве­

са, а вместе с ним и колебания магнита в воздушном

зазоре

Это приводит к изменению магнитного потока Ф в замкнутой цепи, и в катушках датчика индуктируется э. д. с , мгновенное и действующее значение первой гармоники которой находится соответственно из выражений

 

е =

2

^ ° ^ м ш

 

^

sin со/;

 

 

 

 

 

 

 

лб°

 

6202т

 

 

 

 

 

 

£

=

2,82\i0kes0Fmfw

 

° m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

« 0 — « m

 

 

 

 

 

где

цо — магнитная проницаемость вакуума;

 

 

 

ke — коэффициент,

учитывающий

выпучивание

маг­

 

нитных силовых линий и определяемый в за­

 

висимости от исходного зазора по таблицам,

 

приводимым в справочниках;

 

 

 

 

 

s0 — площадь полюсного наконечника;

 

 

 

со = 2nf,

Fm — магнитодвижущая

сила постоянного магнита;

a f — частота

сообщаемых

вентилятору

колебаний;

 

w — число витков двух

катушек;

 

 

 

 

 

б™ =

kS. •— амплитуда колебаний

верхней точки

подвеса;

 

k •— конструктивная

постоянная

механической

части

 

балансировочного

устройства;

 

 

 

 

 

А •— величина смещения центра масс

вентилятора от­

 

носительно оси вращения.

 

 

 

 

 

Отсюда следует, что при постоянных цо, ke,

s0, Fm,

со, w

и бо

величина э. д. с. на выходе датчика,

вызванная

 

неуравновешен­

ностью, зависит от

амплитуды

б т , а

фаза

этой

э. д. с. опреде­

ляется знаком неуравновешенности.

 

 

 

 

 

 

Датчик конструктивно прост,

надежен

в работе,

обладает

достаточной чувствительностью и сравнительно высоким уров­

нем

выходного сигнала.

Так,

например,

при

исходном зазоре

бо =

1 мм

и амплитуде

колебаний

бт =

0,2

мкм

э. д. с. на

выходе датчика Е — 80 мкв, что при соответствующем

усилении

вполне достаточно

для

измерения

и

дальнейшего

преобразо­

вания в системе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема

усилителя показана

на рис. 6.

Наряду

с

усилением

сигнала

датчика

по напряжению

полосовым избирательным

усилителем (лампы Лх—Л4)

в схеме

осуществляется

усиление

этого сигнала по мощности.

 

 

 

Лі

и Л2)

 

 

Первые два каскада усилителя (лампы

выполнены

по каскадной схеме и имеют

в цепи

отрицательной

обратной

щим материалом

Рис. 6. Принципиальная схема усилителя

связи

частотно-избирательные

двойные

Т-образные

RC-фялъ-

тры.

 

 

 

 

 

Каскадное включение

ламп

характеризуется относительно

низким

уровнем шумов,

удачно

согласует

параметры

фильтра

с малым сопротивлением датчика и при управлении по нижней сетке позволяет получить высокий коэффициент усиления. При­

менение третьего каскада

на лампе Л3 улучшает

избирательные

свойства

усилителя.

Первая половина

лампы

Л3

является

катодным

повторителем,

а

вторая — работает в

усилительном

режиме.

Выходной

каскад

усилителя

(лампа

Л4)

является

катодным

повторителем

и

выполняет

функции

согласования,

как со стороны поступающего на него сигнала, так и со стороны

нагрузки. Кроме того, применение

катодного

повторителя, об­

ладающего

малыми

нелинейными

искажениями,

хорошими

частотными свойствами и небольшой зависимостью

выходного

напряжения

от изменения сопротивления нагрузки, способству­

ет устойчивой работе

усилителя.

 

 

 

Усилитель

настраивается на

частоту

рабочего

сигнала

37,5 гц с частотной характеристикой, имеющей полосу пропус­ кания в 1 гц. При указанной полосе пропускания и коэффици­

енте усиления

50 ООО усилитель

имеет добротность около 40.

Для защиты усилителя

от

перегрузок

в случае

большой

неуравновешенности

в схеме

предусмотрены

амплитудные ог­

раничители на

кремниевых

стабилитронах

Д\ и Д 2 ,

которые

подключаются

при

работе в

режиме автоматического

устране­

ния неуравновешенности.

Для выделения сигналов, соответствующих легким лопастям неуравновешенного вентилятора и последующей выработки воздействий, устраняющих неуравновешенность, переменное на­ пряжение усилителя преобразуется в постоянное. Функции преобразования осуществляет фазочувствительный демодуля­ тор, выполненный по двухполупериодной схеме на полупровод­ никовых ключах 7"i — 7V Схема отличается малым дрейфом и по сравнению с кольцевым диодным демодулятором имеет бо­

лее высокий

коэффициент

передачи, с

выхода

демодулятора

сигнал

поступает

в

схему

управления

электродвигателями

ЗДві

и

ЭДв2,

на

валу

которых

укреплены червячные

винты.

Управление

осуществляется

с

помощью

однополярных

усили­

телей

мощности, выполненных

 

на полупроводниковых

триодах

Т5 — Г 8

и Т9

— Т2. Такая схема позволяет автоматически

выде­

лить

сигнал,

соответствующий

легкой

лопасти,

и

привести

в действие электродвигатель, который обеспечил бы вращение червячного винта соответствующего резервуара и выдавливание из него уравновешивающего материала в найденную легкую лопасть вентилятора.

Включенное на выходе фазочувствительного демодулятора поляризованное реле Р\ выполняет промежуточную функцию, связанную с включением и отключением электромагнитов,

с помощью которых открываются и закрываются выходные отверстия соответствующих резервуаров.

Таким образом, описанная схема позволяет в соответствии с величиной и фазой напряжения, пропорционального измерен­ ной неуравновешенности, выработать сигналы, с помощью которых и в соответствующем месте эта неуравновешенность устраняется.

Нетрудно заметить, что рассматриваемый процесс баланси­ ровки характеризуется причинно-следственной обратной связью

между величиной

неуравновешенности

вентилятора

 

МА, опре­

деляемой

колебаниями

верхней

точки

подвеса,

и

высотой

заполнения

технологического

углубления

уравновешивающей

массой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. _ ш

_ 4 6 - L ( M + T ^ ) g

 

 

 

 

 

 

nd2\r

 

 

ymrlynd2

 

 

 

 

 

 

соответственно масса вентилятора и вала;

 

 

d — диаметр

отверстия

технологического

углуб-

 

 

ления;

мест

расположения

технологических

 

r — радиус

 

 

углублений;

 

 

 

 

 

 

 

 

L — длина вертикального вала;

 

 

 

 

 

I — расстояние от верхней точки

подвеса

до

центра

 

 

качаний О;

 

 

 

 

 

 

 

 

фт — амплитуда угловых колебаний;

 

 

 

 

y — плотность уравновешивающей

массы;

 

 

 

 

s • ускорение силы тяжести.

 

 

 

уравнове­

Очевидно,

что

достижение

требуемой точности

 

шивания будет определяться точностью воспроизведения

функ­

ции h /(MA) =

f ( 6 m ) ,

поскольку

все остальные значения па­

раметров,

входящие в последнюю

формулу,

являются

конструк­

тивными

постоянными.

Точность

воспроизведения

 

находится

в прямой зависимости от измерительной

системы балансировоч­

ного устройства и автоматической

системы

устранения

неурав­

новешенности.

На измерительную систему, размещенную в производствен­

ном помещении,

кроме полезного сигнала, действуют также

случайные помехи, имеющие как механическую

природу

(виб­

рации от работы

соседнего оборудования,

передаваемые

через

фундамент),

так

и электрическую — от

действия

внешних

электромагнитных

полей.

 

 

 

 

В этих условиях отыскание оптимальной

структуры и

параметров

измерительной системы, при

которой

воздействие

помех сказывается незначительно, оказывается решающим фак­ тором для реализации замкнутого автоматического процесса устранения неуравновешенности.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ