Автоматизированный программно-аппаратный комплекс с вертикальной осью вращения для комплексной балансировки тел вращения

Программно-аппаратный комплекс с вертикальной осью вращения для комплексной балансировки тел вращения, снабжен основанием 1 с опорами. На основании 1 размещена колебательная система контролируемой жесткости с двумя степенями свободы. Колебательная система оснащена: измерительной системой со средствами регистрации параметров дисбаланса в виде периодических колебаний, вызванных остаточной неуравновешенностью тела вращения; а также балансировочным прибором обработки зарегистрированных параметров для последующей корректировки положения центра масс исследуемого ротора в корректирующей плоскости с учетом угла смещения в полярной системе координат. Колебательная система выполнена в виде люльки, представляющей собой шпиндельный узел, в пустотелом шпинделе которого выполнено центральное базовое отверстие в виде конуса Морзе под установку сменной технологической оснастки, предназначенной для крепления ротора с посадочным местом ответным установочному месту технологической оснастки. Люлька связана с жестким основанием 1 посредством торсионной подвески и двух закрепленных на основании 1 упругих пластинчатых элементов. Средства регистрации параметров дисбаланса измерительной системы выполнены в виде двух датчиков и вибрации. Посредством балансировочного прибора обработки зарегистрированных параметров вибрации (методом коэффициентов влияния) производится расчет величин корректирующих масс и углов их установки. В качестве привода шпинделя используется асинхронный двигатель, параметры которого способны обеспечивать осуществление измерения в зарезонансном режиме. Технический результат - повышение производительности полного технологического цикла за счет сокращения времени на подготовительные операции закрепления ротора в шпинделе.

Полезная модель относится к области специального станкостроения и может быть использовано в качестве автоматизированного программно-аппаратного комплекса с вертикальной осью вращения для комплексной балансировки тел вращения (роторов) в зарезонансном режиме.

Из уровня техники известен автоматизированный программно-аппаратный комплекс с вертикальной осью вращения для комплексной балансировки тел вращения - роторов, снабженный жестким основанием, на котором размещена колебательная система контролируемой жесткости с двумя степенями свободы, оснащенная измерительной системой со средствами регистрации параметров дисбаланса в виде периодических колебаний, вызванных остаточной неуравновешенностью тела вращения - ротора, как статической, так и моментной, а также балансировочным прибором обработки зарегистрированных параметров для последующей корректировки положения центра масс исследуемого ротора в корректирующей плоскости с учетом угла смещения в полярной системе координат любыми известными средствами и методами, в частности, выборкой части материала ротора и/или напылением дополнительного материала в программно рассчитанных зонах (RU 2292533 С2 27.01.2007).

Недостатками данного известного из уровня техники комплекса являются отсутствие возможности осуществления балансировки в зарезонансном режиме, а также низкая производительность технологического процесса балансировки.

В основу заявленного технического решения была положена задача расширения функциональных возможностей, т.е., создания такого программно-аппаратного комплекса, который обеспечивал бы осуществление балансировки в зарезонансном режиме различных типоразмеров роторов с различными посадочными местами за счет использования комплекта специальной или универсальной технологической оснастки, фиксируемой в полости ротора.

Технический результат - повышение производительности полного технологического цикла за счет сокращения времени на подготовительные операции закрепления ротора в шпинделе.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в автоматизированном программно-аппаратном комплексе с вертикальной осью вращения для комплексной балансировки тел вращения - роторов, снабженном жестким основанием, на котором размещена колебательная система контролируемой жесткости с двумя степенями свободы, оснащенная измерительной системой со средствами регистрации параметров дисбаланса в виде периодических колебаний, вызванных остаточной неуравновешенностью ротора, как статической, так и моментной, а также балансировочным прибором обработки зарегистрированных параметров для последующей корректировки положения центра масс исследуемого ротора в корректирующей плоскости с учетом угла смещения в полярной системе координат выборкой части материала ротора и/или напылением дополнительного материала в программно рассчитанных зонах, согласно полезной модели, колебательная система выполнена в виде люльки, представляющей собой шпиндельный узел, в пустотелом шпинделе которого выполнено центральное базовое отверстие в виде конуса Морзе под установку сменной технологической оснастки предназначенной для крепления ротора с посадочным местом ответным установочному месту технологической оснастки; люлька кинематически связана с жестким основанием посредством торсионной подвески и двух диаметрально противоположно закрепленных на жестком основании упругих пластинчатых элементов; упомянутые средства регистрации параметров дисбаланса упомянутой измерительной системы выполнены в виде двух датчиков вибрации в комплекте с индуктивным отметчиком фазы, которые виброизолированы от жесткого основания; посредством балансировочного прибора обработки зарегистрированных параметров вибрации методом коэффициентов влияния производится расчет величин корректирующих масс и углов их установки по отношению к нулевой риске на градусной шкале, сформированной на поверхности жесткого корпуса в зоне выхода шпинделя шпиндельного узла; при этом, в качестве привода шпинделя используется асинхронный двигатель, параметры которого способны обеспечивать осуществление измерения в зарезонансном режиме.

Предпочтительно в качестве балансировочного прибора обработки зарегистрированных параметров вибрации используются измерительные приборы «МОРИОН» или «САПФИР» фирмы «ДИАМЕХ 2000».

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип (как наиболее близкий по совокупности признаков аналог) позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствуют условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.

Полезная модель поясняется графическими материалами, на которых:.

- на фиг.1 - общий вид комплекса (вид спереди, частичный разрез);

- на фиг.2 - общий вид комплекса (вид сбоку, частичный разрез);

- на фиг.3 - люлька комплекса.

Далее различные узлы, агрегаты и отдельные детали заявленного комплекса обозначены следующими позициями.

1 - основание (жесткое);

2 - опоры (регулируемые основания 1);

3 - узел (шпиндельный люльки колебательной системы);

4 - подвеска (торсионная);

5 - элемент (упругий пластинчатый);

6 - элемент (упругий пластинчатый);

7 - датчик (вибрации);

8 - датчик (вибрации);

9 - экран (защитный).

Автоматизированный программно-аппаратный комплекс с вертикальной осью вращения для комплексной балансировки тел вращения - роторов, снабжен жестким основанием 1 с регулируемыми опорами 2. На основании 1 размещена колебательная система контролируемой жесткости с двумя степенями свободы, оснащенная:

- измерительной системой со средствами регистрации параметров дисбаланса в виде периодических колебаний, вызванных остаточной неуравновешенностью тела вращения - ротора (как статической, так и моментной);

а также балансировочным прибором обработки зарегистрированных параметров для последующей корректировки положения центра масс исследуемого ротора в корректирующей плоскости с учетом угла смещения в полярной системе координат (любыми известными средствами и методами, в частности, выборкой части материала ротора и/или напылением дополнительного материала в программно рассчитанных зонах).

Колебательная система выполнена в виде люльки, представляющей собой шпиндельный узел 3, в пустотелом шпинделе которого выполнено центральное базовое отверстие в виде конуса Морзе под установку сменной технологической оснастки, предназначенной для крепления ротора с посадочным местом, ответным установочному месту технологической оснастки. Люлька кинематически связана с жестким основанием 1 посредством торсионной подвески 4 и двух диаметрально противоположно закрепленных на жестком основании 1 упругих пластинчатых элементов 5 и 6. Упомянутые средства регистрации параметров дисбаланса упомянутой измерительной системы выполнены в виде двух датчиков 7 и 8 вибрации в комплекте с индуктивным отметчиком фазы, которые виброизолированы от жесткого основания 1. В качестве балансировочного прибора обработки зарегистрированных параметров вибрации используются измерительные приборы, например, «МОРИОН» или «САПФИР» фирмы «ДИАМЕХ 2000» (в графических материалах условно не показаны), посредством которых (методом коэффициентов влияния) производится расчет величин корректирующих масс и углов их установки по отношению к нулевой риске на градусной шкале, сформированной на поверхности жесткого корпуса 1 в зоне выхода шпинделя шпиндельного узла 3. При этом в качестве привода шпинделя используется асинхронный двигатель, параметры которого способны обеспечивать осуществление измерения в зарезонансном режиме.

Программно-аппаратный комплекс предназначен для комплексной балансировки тел вращения (далее называемых - роторами) и является представителем семейства балансировочных станков зарезонансного типа.

Для определения остаточной неуравновешенности балансируемого ротора, установленного на шпинделе комплекса, необходимо его вращать с постоянной угловой скоростью в продолжение 0,5..3 мин.

В качестве привода вращения ротора используется асинхронный электродвигатель переменного тока, передающий крутящий момент через ременную передачу непосредственно на шпиндель.

Процесс определения остаточной неуравновешенности происходит в полуавтоматическом режиме с помощью измерительной системы, состоящей из датчиков вибрации, установленных на люльке станка, и балансировочных приборов, например, «МОРИОН» или «САПФИР», в дальнейшем называемые - «прибор». По замерам вибрации прибор методом коэффициентов влияния производит расчет величин корректирующих масс и углов их установки по отношению к нулевой риске на градусной шкале.

В зависимости от конструкции балансируемого изделия коррекция массы происходит в соответствующих плоскостях либо нанесением, либо съемом, либо перемещением массы.

Процесс балансировки, т.е. устранения остаточной неуравновешенности, как правило, состоит из 48 измерительных пусков станка и 25 приемов коррекции массы и завершается при достижении требуемого остаточного дисбаланса, указываемого в рабочем чертеже изделия, для балансировки которого предназначен комплекс.

Программно-аппаратный комплекс включает следующие основные части:

- основание,

- защитный экран

- люлька

- ременный привод вращения

- электрошкаф (на рисунке не показан)

- балансировочный прибор (на рисунке не показан)

Основание 1 является базовым узлом комплекса и представляет собой достаточно жесткую и прочную сварную конструкцию, несущую основные узлы комплекса.

На основании 1 выполнены 4 грузовые цапфы, предназначенные для строповки комплекса, снизу на основании 1 находятся регулировочные опоры, снабженные контргайками.

Основание 1 обшито декоративными облицовочными панелями.

На основании 1 в месте выхода шпинделя установлена круглая угловая шкала, предназначенная для облегчения установки корректирующих грузов при балансировке.

Защитный экран 9 служит для защиты оператора при работе с вращающимся частями оборудования, а также для сокращения потребляемой станком мощности при балансировке роторов с большим аэродинамическим сопротивлением, таких как вентиляторы, облопаченные диски турбин и т.п.

Экран 9 выполнен их двух полукруглых половин с панелями из прозрачного акрила, которые могут одновременно раздвигаться и сдвигаться, а также фиксироваться в сдвинутом положении при помощи фиксатора.

Люлька является основным узлом балансировочного комплекса, предназначенным для базирования и раскручивания балансируемого ротора.

Люлька представляет собой шпиндельный узел 3, который крепится на основании с помощью упругих пластинчатых элементов 5, 6, образующих колебательную систему контролируемой жесткости с двумя степенями свободы. Люлька оснащена двумя датчиками 7 и 8 вибрации, которые позволяют фиксировать периодические колебания, вызванные остаточной неуравновешенностью вращающегося ротора, как статической, так и моментной.

Датчики вибрации 7 и 8 в комплекте с индуктивным отметчиком фазы формируют в приборе массив величин вибрации, замеренных за один оборот шпинделя. Анализ этой информации позволяет прибору определить величину смещения центра масс в корректирующей плоскости и угол этого смещения в полярной системе координат.

Крепление каждого датчика изолировано от его корпуса.

Датчики вибрации 7 и 8 не разбираются, поставляются вместе с балансировочным прибором и устанавливаются в комплекс при пуско-наладочных работах и ремонте, при этом номер датчика и значение его чувствительности заносятся в паспорт комплекса.

Шпиндель комплекса вращается в двух шарикоподшипниках, установленных с предварительным натягом. В подшипниках присутствует консистентная смазка типа ЛКС-2 по ТУ 38.1011015-85, рассчитанная на срок службы станка до капитального ремонта, который составляет от 6 до 10 лет в зависимости от условий и сменности работы.

Ротор крепится к шпинделю комплекса с помощью специальной или универсальной технологической оснастки.

Для центрирования оснастки в шпинделе выполнено базовое отверстие в виде конуса Морзе 30АТ4 по ГОСТ 15945-82, кроме того шпиндель выполнен пустотелым для того, чтобы была возможность расположить внутри шпинделя крепежные элементы оснастки, например, шток привода механизма снятия фиксации базовой цанговой оправки.

Комплекс снабжен механизмами, позволяющими осуществить фиксацию детали на шпинделе, а также легкую и безопасную смену элементов оснастки.

В случае применения для фиксации балансируемого ротора цанги расширение и сжатие ее лепестков осуществляется путем поворота рукоятки, действующей через кулачок на приводной шток.

Запуск вращения шпинделя при смене оправки, незакрепленной детали блокируется концевым выключателем. При неработающем шпинделе рукоятка механизма дополнительно блокируется отводимым подпружиненном штифтом. При креплении ротора на шпинделе без помощи цанги данная рукоятка не задействована.

Для смены оснастки на станке установлен узел фиксации гайки, который состоит из рукоятки, которая соединена с подвижной пластиной.

Если необходимо сменить оправку, оператор вытягивает рукоятку до упора, при этом зажимная гайка на шпинделе фиксируется от проворота, и оператор вывинчивает старую оправку и завинчивает новую.

Для предотвращения запуска вращения шпинделя при зафиксированной гайке (вытянутой оправке) в станке предусмотрена защита, осуществляемая при помощи концевых выключателей.

Привод обеспечивает передачу вращения от электродвигателя на балансируемый ротор с помощью плоского приводного ремня через шкивы, а также обеспечивает торможение и фиксацию ротора.

Привод состоит из следующих элементов:

- асинхронного электродвигателя, установленного на малой подвижной платформе - подмоторной плите;

- плоского приводного ремня длиною 700 мм;

- механизма натяжения ремня в виде болта, головка которого выведена на заднюю плоскость основания под защитным кожухом электрооборудования;

- частотно-регулируемого преобразователя с коммутационной аппаратурой, располагающегося в электрошкафу;

- преобразователя угловых перемещений (датчик углового положения детали) модели ЛИР - 158Б.

При необходимости изменения степени натяжения ремня или его замены необходимо предварительно открыв защитный кожух 9 и сняв боковые декоративные панели, ослабить четыре болта крепления подмоторной плиты к основанию 1. Натяжение ремня осуществляется вращением болта механизма натяжения. После натяжения необходимо обратно затянуть болты крепления подвижной платформы.

Перед заменой ремня необходимо снять пассик привода датчика углового положения ротора и после замены приводного ремня установить пассик на место.

Для управления комплексом в зависимости от выбранной потребителем модификации оборудования могут быть использованы два типа измерительных приборов, например, выпускаемых ООО «ДИАМЕХ 2000» - «МОРИОН» или «САПФИР».

Данные приборы, идентичные по принципу действия, по замерам вибрации люльки, образующейся при вращении ротора, производят расчет величин корректирующих масс и углов их установки по отношению к метке и выводят эти результаты на экран дисплея.

Оба типа прибора снабжены установочным кронштейном, который может быть прикреплен к любой плоской поверхности, например, в к столешнице верстака в удобном месте.

Прибор «МОРИОН» чаще всего используется в условиях мелко и крупносерийного производства, прибор «САПФИР», обладающий расширенным набором опций, может быть рекомендован как для серийного производства, так и для индивидуального производства, в котором производится балансировка роторов различной конструкции и типоразмеров.

Следовательно, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его промышленной реализации, предназначен для использования в промышленности, а именно, для определения дисбаланса в зарезонансном режиме и последующей балансировки роторов различных конфигураций на основе полученных результатов измерений.

- для заявленного объекта в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Автоматизированный программно-аппаратный комплекс с вертикальной осью вращения для комплексной балансировки тел вращения - роторов, снабженный жестким основанием, на котором размещена колебательная система контролируемой жесткости с двумя степенями свободы, оснащенная измерительной системой со средствами регистрации параметров дисбаланса в виде периодических колебаний, вызванных остаточной неуравновешенностью ротора как статической, так и моментной, а также балансировочным прибором обработки зарегистрированных параметров для последующей корректировки положения центра масс исследуемого ротора в корректирующей плоскости с учетом угла смещения в полярной системе координат выборкой части материала ротора и/или напылением дополнительного материала в программно-рассчитанных зонах, отличающийся тем, что колебательная система выполнена в виде люльки, представляющей собой шпиндельный узел, в пустотелом шпинделе которого выполнено центральное базовое отверстие в виде конуса Морзе под установку сменной технологической оснастки, предназначенной для крепления ротора с посадочным местом, ответным установочному месту технологической оснастки; люлька кинематически связана с жестким основанием посредством торсионной подвески и двух диаметрально противоположно закрепленных на жестком основании упругих пластинчатых элементов; упомянутые средства регистрации параметров дисбаланса упомянутой измерительной системы выполнены в виде двух датчиков вибрации в комплекте с индуктивным отметчиком фазы, которые виброизолированы от жесткого основания; посредством балансировочного прибора обработки зарегистрированных параметров вибрации методом коэффициентов влияния производится расчет величин корректирующих масс и углов их установки по отношению к нулевой риске на градусной шкале, сформированной на поверхности жесткого корпуса в зоне выхода шпинделя шпиндельного узла; при этом в качестве привода шпинделя используется асинхронный двигатель, параметры которого способны обеспечивать осуществление измерения в зарезонансном режиме.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве балансировочного прибора обработки зарегистрированных параметров вибрации используются измерительные приборы «МОРИОН» или «САПФИР» фирмы «ДИАМЕХ 2000».