+7 (988) 379-41-22
Балансіроўка ротараў
ВЫЗНАЧЭННЕ ПАНЯЦЦЯ «РОТАР»
Ротар ёсць цела, пры вярчэнні якое трымаецца сваімі нясучымі паверхнямі ў апорах. Пры гэтым нясучымі паверхнямі з'яўляюцца паверхні цапф або паверхні, якія іх замяняюць, якія перадаюць нагрузкі на апоры праз падшыпнікі коцвання або слізгання, газавыя або вадкія патокі, магнітныя або электрычныя полі і г.д. Прамая, якая злучае цэнтры цяжару кантураў папярочных сячэнняў нясучых паверхняў, завецца воссю ротара.
Па колькасці апораў ротары бываюць двух- і шматапорнымі. Калі ротар можа быць прадстаўлены схемай, у якой маса самага вала зняважальна малая ў параўнанні з масамі ўмацаваных на ім дэталяў, размешчаных у яго асобных кропках, у выніку чаго масу вала можна не ўлічваць, то яго завуць ротарам з сабранымі масамі. Такія, напрыклад, ротары турбін (паравых і гідраўлічных), цэнтрабежных вентылятараў, турбакампрэсараў, цэнтрыфуг, сепаратараў, экстрактараў аджымальных і іншых падобных машын.
Аднак у многіх машынах вал дастаткова масіўны, а ўмацаваныя на ім дэталі размеркаваны па ўсёй яго даўжыні так, што маса ротара (папярочныя сячэнні і іх моманты інэрцыі) змяняецца па даўжыні ротара па таму ці іншаму закону. У гэтых выпадках нельга не ўлічваць масу самага вала, і сістэмай, найбольш блізкай да дынамічных уласцівасцей канструкцыі, будзе ротар з суцэльным размеркаваннем па яго даўжыні масы, а таксама моментаў інэрцыі, гіраскапічных моментаў і сіл трэння.
Такія ротары завуць ротарамі сталага (пераменнага або ступеньчатага сячэння). Сюды адносяць ротары турбагенератараў, газатурбінных рухавікоў, канатавільных і зямляройных машын, барабаны рулённа-ратацыйных друкарскіх машын, матальні пракатных станоў халоднай пракаткі, судавыя вяслярныя валы і іншыя.
Па матэрыялах кнігі:
Гусараў А.А. Балансіроўка ротараў машын. М.: Навука, 2004
ВІДЫ РОТАРАЎ
У залежнасці ад становішча асноўнай масы ротара (М) ён можа быць міжапорным, калі істотная частка масы размешчана паміж апорамі (рыс. 1, а); кансольным, калі яна знаходзіцца за адной з крайніх апораў (рыс. 1, б); двухкансольным пры размяшчэнні істотнай часткі масы за двума крайнімі апорамі (рыс. 1, в). Магчымыя і змяшаныя варыянты размяшчэння асноўнай масы (рыс. 1, г). На рыс.1 m азначае ударную масу астатняй часткі ротара; А, В - апоры; l - адлегласць паміж апорамі; 1 і 2 - плоскасці карэкцыі; аi - адлегласці ад плоскасцей карэкцыі да апораў.
Ротар, у якога пры вярчэнні мяняецца адноснае размяшчэнне мас, а таксама які мае хаця б адзін гібкі або пругка замацаваны элемент, завецца ротарам з якая мяняецца геаметрыяй.
Калі ў ротара, збалансаванага на частаце вярчэння, меншай за першую крытычную ў двух адвольных плоскасцях карэкцыі, значэнні рэштковых дысбалансаў не перавышаюць дапушчальныя на частатах вярчэння аж да найбольшай эксплуатацыйнай, то такі ротар завецца цвёрдым. Першая крытычная частата цвёрдага ротара нашмат вышэй за яго эксплуатацыйную частату вярчэння.
Адпаведна, гібкі ротар - той, у якога пасля балансіроўкі на частаце вярчэння, меншай за першую крытычную ў двух адвольных плоскасцях карэкцыі, значэнні рэштковых дысбалансаў могуць перавышаць дапушчальныя на іншых частатах вярчэння аж да найбольшай эксплуатацыйнай.
Па матэрыялах кнігі:
Гусараў А.А. Балансіроўка ротараў машын. М.: Навука, 2004
АСНОЎНЫЯ МЕТАДЫ КАРЭКЦЫІ ДЫСБАЛАНСУ
Карэкцыя дысбалансу вырабляецца даданнем/выдаленнем масы або перамяшчэннем восі ротара(цэнтроўкай масы). Абраны метад карэкцыі павінен гарантаваць, што ёсць свабодная прастора для дадання/ выдалення матэрыялу дастатковага для ліквідацыі дысбалансу, максімальна магчымага для гэтага вырабу. Ідэальны метад карэкцыі прадугледжвае знаходжанне найменшага пачатковага дысбалансу. Аднак гэтага часта цяжка дасягнуць.
Звычайныя метады зніжэння дысбалансу дазваляюць дасягнуць зніжэння велічыні дысбалансу ў суадносінах 10/1 за адзін пуск пры стараннай наладзе станка.
Карэкцыя шляхам дадання масы, асабліва на цалкам аўтаматычных машынах можа дасягаць суадносін 20/1 за адзін пуск. Калі за адзін пуск не ўдаецца дасягнуць дастатковага ўзроўню дысбалансу, то вырабляецца наступны пуск і г.д.
КАРЭКЦЫЯ ДАДАННЕМ МАСЫ
- Даданне двухкампанентнага эпаксіднага саставу. Недахоп гэтага метаду заключаецца ў тым, што цяжка размясціць склад так, каб яго цэнтр цяжару апынуўся дакладна ў патрэбным месцы.
- Даданне стандартных грузікаў. Гэты метад хуткі, але яго прымяненне абмежавана тым, што крок мас грузікаў дастаткова вялікі і таму не ўдаецца дасягнуць дастатковай дакладнасці.
- Даданне вагі спосабам зваркі, гэта значыць нанясеннем расплаўленага металу на паверхню ротара ў патрэбным месцы. Пры гэтым павінны быць прыняты меры для прадухілення тэмпературнай дэфармацыі і пашкоджання ротара.
ВЫДАЛЕННЕ МАСЫ
- Святленне. Матэрыял выдаляецца з ротара святленнем, якое вырабляецца на пэўную глыбіню. Гэта найбольш эфектыўны метад карэкцыі дысбалансу.
- Фрезаванне. Матэрыял выдаляецца фрезаваннем на пэўную глыбіню і даўжыню. Ужываецца калі неабходна выдаляць дастаткова вялікія масы.
- Шліфаванне. Матэрыял выдаляецца шліфавальным кругам. Гэты метад дастаткова рэдка ўжываецца.
АДЗІНКІ ВЫМЯРЭННЯ ДЫСБАЛАНСУ
Дысбаланс вымяраецца грама-міліметрамі. Гэта маса, памножаная на адлегласць гэтай масы ад восі вярчэння ці інакш радыус гэтай масы. Дысбаланс 100 гхмм, напрыклад, азначае, што адзін бок ротара мае эквівалент лішку масы 10 грам на адлегласці 10 міліметраў, або 20 грам на адлегласці 5 міліметраў. На наступным малюнку намаляваны ротар (выгляд збоку) з дысбалансам 100 гхмм.
Адна і тая ж маса стварае розны дысбаланс у залежнасці ад яе адлегласці да восі вярчэння. Пры вызначэнні дысбалансу проста памнажаюць масу на яе адлегласць да восі вярчэння ці інакш на радыус гэтай масы. Хоць адна і тая ж маса стварае адзін і той жа дысбаланс пры любой хуткасці вярчэння, але для розных якія круцяцца цел дапушчальны рэштковы дысбаланс розны.
Як правіла, чым вышэй хуткасць вярчэння ротара, тым меншы рэштковы дысбаланс дапускаецца і наадварот. Пры адсутнасці дысбалансу больш не будзе ўзнікаць цэнтрабежная сіла, якая і стварае вібрацыю. Некаторы рэштковы дысбаланс заўсёды застаецца і з гэтым даводзіцца мірыцца, як, напрыклад, з полем дапушчэння пры механічнай апрацоўцы.
ЧАМУ НЕАБХОДНА БАЛАНСІРАВАЦЬ?
- Паляпшэнне якасці канчатковага вырабу.
- Памяншэнне вібрацыі і шуму.
- Мінімум напружання ў структуры вузла або механізма.
- Мінімум страт магутнасці ў вузле або агрэгаце.
- Падаўжэнне тэрміну службы машыны.
Дысбаланс толькі адной з якія круцяцца дэталяў вузла або агрэгата прыводзіць да вібрацыі ўсёй машыны. Выкліканая гэтым вібрацыя можа прыводзіць да празмернага зносу падшыпнікавых вузлоў, шпіндаляў і пасадачных месцаў. Колабанні могуць прывесці да ўзнікнення з'явы рэзанансу і выклікаць поўнае разбурэнне механізма. Эксплуатацыйныя паказчыкі пагаршаюцца з-за паглынання энергіі структурай апораў.
Празмерныя ваганні могуць перадавацца на сумежныя машыны і істотна шкодзіць іх дакладнасці і правільнаму функцыянаванню.
Дысбаланс і цэнтрабежная сіла Цэнтрабежная сіла дзейнічае на поўную масу якая круціцца цела і прымушае кожную часціцу гэтага цела імкнуцца ад восі вярчэння ў радыяльным кірунку. Калі маса якая круціцца цела раўнамерна размеркаваная адносна яго восі, то дэталь збалансавана і круціцца без вібрацыі.
Аднак калі лішак масы існуе на адным баку ротара, то цэнтрабежная сіла, якая дзейнічае на гэты цяжкі бок перавышае цэнтрабежную сілу, якая ўзнікае на процілеглым баку і цягне ўвесь ротар у кірунку цяжкага боку. На наступным малюнку паказаны ротар збоку, які мае лішак масы на адным баку. З-за цэнтрабежнай сілы, створанай масай увесь ротар імкнецца да зрушэння па кірунку стрэлкі.
Цэнтрабежная сіла павялічваецца з квадратам хуткасці вярчэння цела, якое мае няроўнамернае размеркаванне масы, гэта значыць дысбаланс будзе ўзнікаць з-за лішку цэнтрабежнай сілы, выкліканага вярчэннем больш цяжкага боку ротара. Калі цела знаходзіцца ў спакоі лішняя маса не выклікае ўзнікненне цэнтрабежнай сілы і як следства вібрацыі, але дысбаланс усё роўна існуе і таму дысбаланс ёсць велічыня незалежная ад хуткасці вярчэння і ён застаецца тым самым у якое спакойна цела і пры вярчэнні (пры адсутнасці дэфармацыі пры вярчэнні).
Цэнтрабежная сіла, тым не менш, залежыць ад хуткасці вярчэння. Чым вышэй хуткасць, тым больш цэнтрабежная сіла, выкліканая дысбалансам і тым мацней вібрацыя. Цэнтрабежная сіла павялічваецца па квадратычным законе, пры павелічэнні хуткасці вярчэння ў два разы цэнтрабежная сіла павялічыцца ў чатыры разы і г.д. Вось чаму чым вышэй хуткасць вярчэння, тым большае значэнне мае балансіроўка.
ПРЫЧЫНЫ ЎЗНІКНЕННЯ ДЫСБАЛАНСУ
Лішак масы на адным баку ротара на малюнку і ёсць дысбаланс або "цяжкае месца". Дысбаланс можа таксама ўзнікаць ад недахопу масы (адтуліны, ракавіны, выбаіны) і гэтыя месцы завуцца "лёгкім месцам".Дысбаланс можа быць выкліканы наступным:
- Недахопы вытворчасці, уключаючы брак механічнай апрацоўкі і зборкі.
- Змены ў структуры матэрыялу (парознасць, чужародныя ўключэнні).
- Несіметрычная канструкцыя дэталі.
- Асіметрыя якая ўзнікае ў працы ў выніку перамяшчэння якіх-небудзь частак.
Сіметрычная канструкцыя і правільная зборка можа часта мінімізаваць праблемы звязаныя з балансіроўкай. Вялікі дысбаланс патрабуе значнай карэктыроўкі. Неабходнасць балансіроўкі павінна ўлічвацца яшчэ на этапе канструявання ротара.
ТЫПЫ ДЫСБАЛАНСУ
СТАТЫЧНЫ ДЫСБАЛАНС
Статычны дысбаланс узнікае, калі асноўная вось інэрцыі зрушана паралельна восі вярчэння.
Гэты тып дысбалансу ўзнікае, як правіла, у тонкіх дэталях тыпу розных крылячатак і турбін. Такі тып дысбалансу можа быць выпраўлены змясціўшы дадатковую масу насупраць цэнтра цяжару ў плоскасці перпендыкулярнай да восі вярчэння. Статычны дысбаланс можа быць выяўлены, калі пакласці ротар на два выстаўленыя строга гарызантальна нажы. Ротар пры гэтым будзе паварочвацца да дасягнення становішча раўнавагі, калі "цяжкае месца" апынецца ў самым нізе.
Ужыванне гэтага метаду вельмі абмежавана з-за нізкай дакладнасці. Статычная балансіроўка дастаткова толькі для цел якія круцяцца з нізкай хуткасцю да 500 аб/хв.
МАМЕНТНЫ ДЫСБАЛАНС
Дысбаланс пры якім асноўная вось інэрцыі перасякае вось вярчэння ў цэнтры цяжару.
Такі тып дысбалансу ўзнікае, калі два крыніцы дысбалансу змешчаны з процілеглых бакоў ротара і кут паміж імі складае 180°. У дадзеным выпадку ўжо зусім немагчыма ўжыванне статычнага метаду выяўлення дысбалансу. Варта толькі надаць целу якое мае такі тып дысбалансу некаторую вуглавую хуткасць і дысбаланс лёгка выяўляецца і вымяраецца. Гэты тып дысбалансу не можа быць выпраўлены даданнем або выдаленнем масы ў адзіным месцы. Патрабуецца па меншай меры два такіх месцы. Іншымі словамі маментны дысбаланс мае патрэбу ў іншай пары для яго карэкцыі.
КВАЗІ-СТАТЫЧНЫ ДЫСБАЛАНС
Гэта дысбаланс пры якім асноўная вось інэрцыі перасякае вось вярчэння ў кропцы, адменнай ад цэнтра цяжару.
Гэты тып дысбалансу ўяўляе сабой камбінацыю статычнага дысбалансу і маментнага дысбалансу, дзе вуглавое становішча аднаго кампанента пары супадае з вуглавым становішчам статычнага дысбалансу. Гэта прыватны выпадак дынамічнага дысбалансу.
ДЫНАМІЧНЫ ДЫСБАЛАНС
Гэта дысбаланс пры якім цэнтральная вось інэрцыі не з'яўляецца ні паралельнай, ні перасякаецца з воссю вярчэння.
Гэта найбольш часта сустракаемы тып дысбалансу, які можа быць выпраўлены масавай карэкцыяй у па меншай меры двух плоскасцях перпендыкулярных да восі вярчэння. Дынамічны дысбаланс - камбінацыя статычнага дысбалансу і маментнага дысбалансу, дзе вуглавое становішча статычнага дысбалансу адносна дысбалансу пары не роўна ні 0°, ні 180°.