CC BY
55
УДК 42 755 Д. С. РЕЧЕНКО
А. Г. КОЛЬЦОВ
Омский государственный
~ технический университет
5
ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Рассмотрены проблемы, связанные с несбалансированностью подвижных частей электродвигателя шлифовального станка. Также приведены динамические показатели системы, позволяющие анализировать влияние вибраций на качество обработки.
Одним из наиболее важных параметром, влияю-щих на качество обработки материалов, являются динамические показатели станка. Эти показатели зависят от многих параметров станка и факторов, таких как виброустойчивость, зависящая от массы и жесткости станка; сбалансированность подвижных механизмов станка; условия и режимы работы станка.
Одним из основных факторов, влияющих на динамические показатели технологической системы, является несбалансированность подвижных узлов, таких как ротор электродвигателя, высокоскоростные валы, шпиндель и т.д., что приводит к повышенным вибрациям элементов станка и потере точности обработки. В связи с этим необходимо осуществлять динамическую балансировку наиболее ответственных элементов станка.
Сущесгвуетдва вида снижения вибраций вращающихся элементов станка. Балансировка способствует уменьшению вибраций механизма за счет максимально полного усгранения основной составляющей вибрации дисбаланса — первой гармоники оборотной частоты, какоказывающей наибольшее влияние. На практике эго достигается за счет установки корректирующих грузов, таким образом, чтобы полностью, по возможности исключить небаланс.
Успокоение — процесс максимально возможного снижения общей вибрации механизма за счет максимального уменьшения амплитуд всех гармоник в спектре вибраций. Это также достигается за счет корректирующих грузов.
Процесс балансировки считается окончательным тогда, когда первая гармоника в вибросигнале станет меньше допустимой, в идеале нулевой. Так, например, при работе шлифовального станка ЗА 110 с высокоскоростным приводом возникают вибрации, негативно сказывающиеся на качестве обрабатываемой заготовки. При этом основным источником вибраций
является асинхронный электродвигатель ЛИР 132 (7,5 кВт, 3000 об/мин).
Для анализа влиянии вибраций на качество обрабатываемых на этом станке деталей были исследованы динамические показатели системы с помощью вибро-динамического стенда (рис. 1).
Исследования динамических показателей производились по методике, разработанной изготовителем вибродиагностического прибора ДИАНА-2М, который применялся в данных исследованиях. Используемая методика динамической одноплоскостной балансировки предполагает производить повторяемые исследования при одной и той же частоте вращения ротора. Кроме того, нижний предел частот вращения не должен быть ниже 10 Гц, так как при частоте ниже указанной виброакустические датчики, используемою прибора, не обеспечивают корректные измерения.
Ниже приведены результаты временных реализации и спектров предвари тельною пуска, иллюстрирующих важные понятия частотного анализа (рис. 2). Они определяют некоторые характерные черты, присущие спектрам вибрации машин.
Синусоидальное колебание содержит несколько частотных компонент, в данном случае из графика видно, что присутствуют две основные гармоники: низкочастотная и высокочастотная (рис. 2). Спектр — это всплески сигнала, принятого отметчиком. Теоретически, истинное синусоидальное колебание существует в неизменном виде бесконечное время. В машине с дисбалансом ротора возникает синусоидальная возбуждающая сила с частотой 1X, то есть один раз за один оборот.
Результаты временных реализации и спектров пуска электродвигателя со случайно расположенным грузом, случайной массы на шкиве приведены на рис. 3.
/
'ШШуЛ
Рис. 1. Стенд динамической балансировки:
I - ротор электродвигателя; 2 - статор электродвигателя; 3 - вал электродвигателя; 4 - шкив; 5 - маховик;
6 - вибро-акустичский датчик; 7 - отметчик; 8 - светоотражающая лента; 9 - неподвижная основа
Неходкий сигнал (К3061207.бої)
2500.00
50000
100000
150000
200000
300000
350000
Исходный сигнал 013061207.001)
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
Рис. 2. Результаты предварительного пуска электродвигателя: вверху - график виброперемещения; снизу - сигнала отметчика
Исходмдй сигнал <113061207.002)
50000
100000
150000
200000
25.0000
300000
350000
200000
50000
100000
150000
250.000
300000
350000
Исходный сигнал (М3061207.003)
Рис. 3. Результаты пуска электродвигателя со случайно расположенным грузом на шкиве: вверху - график виброперемещения; снизу - сигнала отметчика
50000 100000 150000 200000
250000
300000 350000 икс
Исходный сигнал (И3061207.003)
■100
-200
-300
50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 мке
Рис. 4. Результаты контрольного пуска электродвигателя: вверху - график виброперемещения; снизу - сигнала отметчика
Рис. 5. График резонансных частот
123
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК К» 2 (56) 2007 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК № г (М) 2007
Второй пуск электродвигателя осуществлялся до той же частоты, что и предварительный. Из графика видно (рис. 3), что в основе также остались две гармоники, но увеличилась амплитуда виброперемещения электродвигателя.
После второго пуска электродвигателя осуществляется расчет выходных данных: угловое расположения груза и его массы. Расчет масс корректирующих грузов и угла установки относительно светоотражающей ленты производится вибродиагностическим прибором. После получения выходных данных, корректирующий груз устанавливается на том же радиусе, что и случайно расположенный груз, осуществляется контрольный пуск электродвигателя для проверки результатов балансировки. Результаты временных реализации и спектров контрольного пуска электродвигателя приведены на рис. 4.
Из графика видно (рис. 4), что амплитуды обеих гармоник уменьшились в несколько раз. Идеальным считается случай, когда исследуемая машина не имеет перемещений, то есть при возникновении вынужденных колебаний машина на них не реагирует. При этом шероховатость, обрабатываемых деталей уменьшилась с Я, = 0,63 до 0,32 мкм. Так же изменились частоты возбуждающие резонансные явления (рис. 5).
Из графика видно, что пиковые значения находятся на частотах 50, 100, 150 и т.д. кра тных 50 Гц оборотной частоты. При совпадении вынужденных колебаний ротора электродвигателя с данными частотами происходит явление резонанса, отрицательно ска-
зывающееся на процессе обработки детали. Поэтому рекомендуется осуществлять обработку в пределах между пиковыми значениями резонансных частот электродвигателя. А также при прохождении ротором электродвигателя пиковых значений резонансных частот, каждое последующее резонансное явление протекает менее интенсивно.
Также можно производить двух плоскостную динамическую балансировку с дополнительным виб-роакустичским датчиком, по приведенной методике с большим количеством пусков, что является более предпочтительным, так как это позволяет осуществить более тонкую балансировку ответственных элементов станка.
Библиографический список
1. Кудинов В.Л. Динамика станков. - М., 1967. - 360 с.
2. Ширман Л.Р.. Соловьев А.Б. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. Библиогр., • М.. 1996. - 276 с.
РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, аспират-кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».
Кольцов Александр Германович, кандидаттехничес-ких наук, доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».
Статья поступила в редакцию 04.04.07 г.
<Э Д. С. Реченко, А. Г. Кольцов
УДК 61-253/—в. с. КУШНЕР
А. А. КРУТЬКО
Омский государственный технический университет
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС
Исходя из выполненного анализа технологии токарной обработки профиля вагонных колес, в статье даны рекомендации по оптимизации геометрических параметров режущих пластин. Рассмотрены некоторые направления совершенствования технологии обработки профиля колеса.
Обработка железнодорожных колес обычно производится призматическими и чашечными твердосплавными резами (рис. 1а, б), при больших подачах (1,3 -2,5 мм/об) и глубинах резания (4 — 6 мм)| 1 ].
Требования к шероховатости обработанной поверхности и о тклонению профиля, как правило, приводит к необходимости обработки в два прохода.
При обработке профиля колеса используется инструмент с механическим креплением пластин призматической и чашечной формы (рис. 2).
К недостаткам применяемых стандартных режущих пластин следует отнести:
- нерациональное использование режущей пластины подлине при малых глубинах резания (Кб мм) и больших углах в плане {<р^ 80-90*);
- ненадежное крепление режущей пластины в открытом пазу с углом 90°;
- недостаточно большой радиус при вершине (г = 4 мм), не обеспечивающий требуемые шероховатость поверхности при применяемых больших подачах и равномерность износа при вершине и вдоль режущих кромок;
- нерациональная форма режущего лезвия в плоскости стружкообразования, не обеспечивающая его формоустойчивости и снижения сил и температуры резания;
- снижение эффективности чашечных режущих пластин при увеличении глубины резания;
- применение недостаточно прочного твердого сплава Т14К8 в условиях резания, когда режимы реза-
