АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ВАЛОВ

Известные конструктивные решения автобалансировки валовпозволяют довести величину дисбаланс до необходимой допустимой нормы без остановки агрегата, которая нежелательна или недопустима по условиям эксплуатации.

К примеру, при эксплуатации центрифуг, сепараторов, отжимочных машин, шлифовальных станков возникает режимное изменение дисбаланса вследствие выполняемого ими технологического процесса. При этом режимное изменение дисбаланса во времени происходит с различными скоростями и имеет, как правило, случайный характер.

В этой связи, применяются автобалансирующие устройства, автоматически компенсирующие изменение дисбалансов валов в процессе работы без его остановки.

Внастоящее время известно 4 запатентованных изобретений автобалансирующих устройств.

Так, согласно конструктивного решения первого автобалансирующего устройства (см. рис 1. Авторское свидетельство СССР №1310654. Автобалансирующее устройство. Заявка №3873079/25-28 от 27.03.85. Опубл. Бюл. №18 от 15.05.87), на частотах вращения ниже критических, корректирующие массы 2 занимают нижнее положение в тяжелой части ротора и увеличивает дисбаланс, а балансирующая жидкость 3 находится в камере 5. При частоте вращения выше критической, жидкость 3 по каналам 6 под действия центробежных сил заполняет кольцевую полость 1 и вызывает прижатие корректирующих масс 2 к внутренней стенке за счет большой разницы в среднем значении плотности между легким массами и тяжелой ртутью.

Рисунок1. Автобалансирующее устройств

(1 - кольцевая полость, 2 – корректирующая масса, 3 – жидкость в верхнем положении , 4 – жидкость в нижнем положении, 5 – камера, 6 – канал, 7- корректирующая масса)

При этом корректирующие массы 2 обкатываются по внутренней стенке полости и занимают автоматически положение, соответствующее уравновешенному состоянию. Центробежные силы от корректирующих масс 2 действуют в направлении оси вращения и компенсируют дисбаланс.

Достоинствомданной конструкции является малые ее габариты. Недостатками отмечаются в предназначенности данного устройства только для вертикального положения оси вращения и при возможной разгерметизации кольцевой полости имеются рискизагрязнения окружающей среды ртутью.

Конструктивное решение второго патента(см. рис 2. Авторское свидетельство СССР №1553867. Устройство для гашения вибрации шлифовального круга. Заявка №44006858/40-48 от 29.02.88. Опубл. Бюл. №12 от 30.03.90), предназначенного для гашения вибраций шлифовального круга, содержащее закрепленный на планшайбешлифовального круга полый цилиндрический корпусс размещенными в нем шариками и механизмом фиксации шариков.За счет инерционных сил шарика 9, перемещаясь между опорными поверхностями полого корпуса 5 и тарельчатого диска 7, самоустанавливаются против «тяжелой» точки шлифовального круга, что обеспечивает его балансировку и снижение вибраций. После снятия усилия нажатия на контактный шарик 14 тарельчатый диск 7 по действием пружин 10 и 11 устанавливается в исходное положение. При этом, балансировочные шарики 9 фиксируются между опорными поверхностями полого корпуса 5 и тарельчатого диска 7, препятствующими перемещению шариков 9 во время всего последующего переходного режима, что способствует снижению вибраций в устройстве.

Рисунок 2. Устройство для гашения вибрации шлифовального круга

(1- планшайба, 2 – шпиндель станка шлифовального круга, 3- гайка, 4 – резьба, 5 – корпус, 6 – направляющий палец, 7- тарельчатый диск, 8 – хвостовик, 9 – балансировочный шарик, 10 и 11 – пружины, 12- толкатель, 13 – винт)

Достоинством данного устройства является повышения эффективности гашения вибрации.

В то же время, недостатком отмечается сложность конструкции, а также низкая надежность.

Конструктивное решение третьего патента(см. рис 3, Авторское свидетельство СССР №1691602. Автобалансирующийся вал. Заявка №4716394/27 от 06.07.89. Опубл. Бюл. №42 от 15.11.91),содержит корпус с коаксиальной камерой, расположенный в нем корректирующих масс в виде тел качения и для повышения точности фиксации сбалансированного состояния вала, механизм фиксации корректирующих масс подпружинен и выполнен с направляющим элементом.

Так, во время вращения вала, внешние силовые элементы воздействуют на пальцы 9. В свою очередь, пальцы 9, а вместе с ними и подвижная перегородка 7, перемещаются в осевом направлении и осуществляют расфиксацию корректирующих масс 6. При достижении валом электрической частоты вращения, корректирующие массы 6 балансируют систему. По окончании балансировки снимается воздействие силовых элементов на пальцы 9. Под действием пружин 10 подвижная перегородка 7 перемещается по направляющей части 4 и фиксирует корректирующие массы 6, сохраняя систему сбалансированной.

Рисунок 3. Автобалансирующийся вал

(1 – вал, 2 – балансирующее устройство, 3 – корпус, 4 – направляющий, 5 – обойма, 6 – корректирующая масса, 7 – подвижная перегородка, 8 – неподвижная перегородка, 9 – палец, 10 – пружина, 11 – цилиндрическая проточка, 12 – резьбовое соединение, 13 - цапфа)

Однако, недостатками данного устройства являются сложность изготовления и эксплуатации, а также низкая надежность.

Наиболее оптимальным и универсальным автобалансирующим устройством является изобретение (см. рис 4, Авторское свидетельство РК №57124. Автобалансирующее устройство. Заявка №2006/1272.1 от 16.11.2006. Опубл. Бюл. №11 от 17.11.2008)в котором решены технические вопросы по повышению надежности конструкции устройства и возможность использования данного устройства при любом положении оси вращения балансируемого вала, достигнутое в результате упрощения конструкции устройства и путем размещения корректирующих масс, установленных свободно на упругих изогнутых элементах, закрепленных на ступице.

В частности, ступица 2 закрепляется на балансирумый вал 8, при вращении которого, компенсирующие грузы 4 под действием центробежных сил преодолевают сопротивление пружин сжатия 5 и растяжения 6, перемещаясь к свободному конце упругих направляющих 3 (на рис. 4 показано штриховыми линиями). При достижении критической скорости вращения и возникновения дисбаланса перемещение компенсирующих грузов осуществляется таким образом, чтобы компенсировать возникающий дисбаланс направляющих 3.

Криволинейное выполнение направляющих 3 способствует большей компенсации дисбаланса вследствие дополнительного увеличения радиуса расположения компенсирующих грузов 4, за счет увеличения радиуса кривизны направляющих 3.

Рисунок 4. Автобалансирующее устройство

(1 – кольцевая полость, 2 – ступица, 3 –  направляющий, 4 – компенсирующие грузы, 5 – пружина сжатия, 6 – пружина растяжения, 7 – ограничитель, 8 – вал)

Таким образом, автобалансирующее устройство с корректирующими массами,установленных на упругих изогнутых элементах является наиболее оптимальным, надежным и универсальным устройством для автобалансировки валов.

Список литературы:

1. Авторское свидетельство СССР №1310654. Автобалансирующее устройство. Заявка №3873079/25-28 от 27.03.85. Опубл. Бюл. №18 от 15.05.87;
2. Авторское свидетельство СССР №1553867. Устройство для гашения вибрации шлифовального круга. Заявка №44006858/40-48 от 29.02.88. Опубл. Бюл. №12 от 30.03.90;
3. Авторское свидетельство СССР №1691602. Автобалансирующийся вал. Заявка №4716394/27 от 06.07.89. Опубл. Бюл. №42 от 15.11.91;
4. Авторское свидетельство РК №57124. Автобалансирующее устройство. Заявка №2006/1272.1 от 16.11.2006. Опубл. Бюл. №11 от 17.11.2008.