БАЛАНСИРОВОЧНЫЙ СТЕНД С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ

Изобретение относится к балансировочным средствам диагностики, а именно к стендам с вертикальной осью вращения, и может быть использовано для динамической балансировки роторов, конструкция которых исключает возможность их балансировки при больших скоростях вращения.
Из уровня техники известен балансировочный стенд с вертикальной осью вращения, содержащий закрепленную на массивном основании колебательную систему с опорами, в которые устанавливается ротор. Опоры связаны с основанием упругими пластинами. В нем имеются также датчики измерения дисбаланса и привод вращения ротора (авторское свидетельство СССР №1453196, МПК G01M 01/00 от 29.07.87).
Недостатками известного стенда являются. Стенд работает в диапазоне больших угловых скоростей вращения, порядка 10-100 Гц. При таких скоростях вращения ротора чувствительность к дисбалансу, которая пропорциональна квадрату угловой скорости, многократно возрастает. Механические опоры вращения не обеспечивают надежной прецизионной центровки ротора и вносят собственную погрешность в результат измерения.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является балансировочный стенд с вертикальной осью вращения, содержащий закрепленные на вертикальной стойке фундамента колебательные подвески с упругими пластинами и опорами в виде соосных конических газостатических подшипников, в одном из которых выполнен пневмопривод вращения, а в другом - пневмотормоз. Стенд имеет также силоизмерительные датчики, установленные в колебательных подвесках (Журнал «Современные технологии автоматизации», №4, 2001, с.48-49).
Данная конструкция стенда позволяет производить прецизионную диагностику ротора на малых скоростях вращения. Однако погрешность измерения реакции опор на проявления динамической неуравновешенности ротора при его вращении остается несколько завышенной. Кроме того, при испытании роторов, отличающихся друг от друга посадочными местами для установки в опоры, т.е. геометрией, приходится производить переустановку дорогих газостатических подшипников, что крайне неэкономично.
Техническим результатом является повышение надежности работы стенда и качества балансировки, за счет обеспечения дополнительной жесткости в зонах установки ротора.
Поставленная задача решается тем, что балансировочный стенд с вертикальной осью вращения, содержащий зафиксированные на вертикальной стойке фундамента колебательные подвески с упругими пластинами и опорами, которые выполнены в виде соосных конических газостатических подшипников, один из которых выполнен с пневмоприводом вращения ротора, а второй - с пневмотормозом, а также силоизмерительные датчики, установленные в колебательных подвесках, согласно полезной модели, снабжен механизмом регулирования жесткости колебательных подвесок с упругими пластинами и опорами, и выполненный в виде направляющих скольжения с возможностью их фиксации на технологически регламентированном расстоянии в направлении пластин, при этом упругие пластины для каждой опоры выполнены консольными и монолитными каждая с собственным основанием, закрепленным на вертикальной стойке, на котором с обеих сторон выполнены жесткие выступы для установки на них с обеспечением касания упругих пластин силоизмерительных датчиков дисбаланса, при этом он оснащен жестким тонкостенным переходником, наружная боковая поверхность которого соответствует ответным поверхностям конических газостатических подшипников, а внутренняя поверхность выполнена соответствующей базовым посадочным поверхностям балансируемого ротора.
Балансировочный стенд с вертикальной осью вращения поясняется графическим материалами, где:
- на фиг.1 показан главный вид балансировочного стенда;
- фиг.2 показан вид сверху балансировочного стенда;
- на фиг.3 - сечение по пневмоприводу;
- на фиг.4 показан разрез технологического переходника с испытуемым ротором;
- на фиг.5 показано сечение А-А механизма регулирования жесткости измерительной балансировочной системы.
Балансировочный стенд содержит фундамент 1 с вертикальной стойкой 2, на которой закреплены верхняя и нижняя колебательные подвески 3 и 4, выполненные идентичными. Каждая подвеска представляет собой единую деталь, образованную упругими консольными пластинами 5 и массивным основанием 6. В пластинах 5 закреплены опоры 7 и 8, выполненные в виде конических газостатических подшипников. На массивных основаниях 6 каждой колебательной подвески выполнены жесткие базовые выступы 9, на которых размещены силоизмерительные датчики 10, контактирующие с упругими консольными пластинами 5. На фундаменте 1 размещен также датчик угловой скорости 11, выполненный в виде дискретной оптоэлектронной схемы. В опоры 7 и 8 устанавливается тонкостенный технологический переходник 12, внутри которого зафиксирован балансируемый ротор 13. В верхней газостатической опоре 7 размещен пневматический привод в виде пневматического механизма разгона вращения, а в нижней опоре 8 - пневматический механизм торможения. Пневматические механизмы разгона (пневмопривод) и торможения (пневмотормоз) выполнены с тангенциально расположенными пазами.
На фиг.3, где приведено сечение по пневмоприводу 14, показаны тангенциальные пазы 15, служащие для изменения направления подаваемого в них сжатого воздуха. Пневмотормоз отличается обратной ориентацией пазов для подачи воздуха.
Тонкостенный технологический переходник 12 (фиг.4) представляет собой кожух конической формы, на наружной поверхности которого выполнены две базовые поверхности 16 и 17 для взаимодействия с опорами 7 и 8 балансировочного стенда через воздушные зазоры. Внутренняя поверхность переходника 12 снабжена базовыми опорами 18 и 19, предназначенными для установки балансируемого ротора 13. Верхняя базовая опора 18 переходника 12 выполнена неподвижной, а нижняя базовая опора 19 выполнена подвижной вдоль продольной оси, что необходимо для обеспечения осевого базирования роторов, имеющих разброс геометрических параметров. Технологический переходник 12 снабжен профилированной крышкой 20 с винтами 21 для крепления к торцу переходника и резьбовыми шпильками 22, обеспечивающими осевую фиксацию ротора 13. На верхнем и нижнем торцах переходника выполнены резьбовые отверстия (не показаны) для крепления балансировочных грузов.
Балансировочный стенд с вертикальной осью вращения работает следующим образом.
После подачи сжатого воздуха в газостатические опоры 7 и 8 и установки на опоры технологического переходника 12 внутрь его устанавливают ротор 13 и фиксируют его с помощью крышки 20, винтов 21 и шпилек 22. При этом образуется сборный ротор, состоящий из технологического переходника 12 и собственно испытуемого ротора 13. Такой сборный ротор испытывает минимальное трение и прецизионно центрируется в газостатических опорах по наружной поверхности (зазоры не менее 0,05 мм).
В каждом пуске балансировочный стенд работает следующим образом. Сжатый воздух подают в тангенциальные пазы 15 пневмопривода вращения, расположенного в опоре 7, который за небольшое время (примерно 3-5 мин) раскручивает сборку до скорости вращения, чуть выше рабочей. Контроль скорости осуществляют датчиком 11 угловой скорости, например, оптоэлектронным или лазерным, после чего подачу воздуха в пневмопривод вращения прекращают. Все измерения вибраций проводят посредством силоизмерительных датчиков 10 при свободном вращении сборного ротора. Затем осуществляют торможение сборки до полного останова, подавая сжатый воздух в пневматический механизм торможения, расположенный в опоре 8.
Механизм регулирования жесткости измерительной балансировочной системы (фиг.5) представляет собой две пары направляющих скольжения, жестко установленных на пластинах 5 с возможностью свободного перемещения вдоль пластин 5 на требуемую линейную величину, тем самым изменяя жесткость последних. Конструкция механизма регулирования состоит из двух перемычек 23, закрепленных на стержнях 24 и жестко их связывающих между собой, которые в свою очередь зафиксированы посредством резьбы в стойке 2. Кожух 25 и прокладка 26 вместе с перемычкой 24 образуют разъемное соединение, с помощью которого реализуется возможность продольного перемещения со скольжением по пластинам 5, которые в этом наборе играют роль направляющих. За счет крепежных винтов 27 происходит жесткая фиксация на заданную линейную величину относительно пластин 5 кожуха 25, прокладки 26 и перемычки 24, которые в свою очередь соединены крепежными винтами 28 между собой и неподвижными стержнями 24.
Эталонный ротор, который предлагается вместе со стендом, необходим для проведения работ по тестированию нормируемых метрологических характеристик стенда, которые должны выполняться с определенной периодичностью.
Таким образом, предлагаемый балансировочный стенд обеспечивает прецизионную балансировку роторов при небольших скоростях вращения и с максимально возможной точностью за счет высокой точности измерения дисбаланса и повышение надежности работы стенда и качества балансировки, за счет обеспечения дополнительной жесткости в зонах установки ротора.