Дорезонансные и зарезонансные балансировочные станки – в чем отличие?

Первые в мире станки для динамической балансировки были зарезонансными, с податливыми опорами. Спустя несколько десятилетий появился новый тип станков – с жесткими опорами, или дорезонансных. Изначально они не отличались высокой точностью, но с появлением новых типов датчиков и с развитием электронных и цифровых технологий ситуация кардинально изменилась. Дорезонансные станки быстро достигли и превзошли по точности своих зарезонансных предшественников, а ряд преимуществ станков с жесткими опорами сделал их безусловными лидерами среди современного балансировочного оборудования.

Рассмотрим подробнее каждый тип станков, их устройство, перечислим плюсы и минусы каждой конструкции. 

Зарезонасные станки (станки с податливыми, маятниковыми опорами, англ. soft-bearing): 

Собственная частота колебаний опор зарезонансных станков должна быть значительно меньше, чем частота вращения изделия при балансировке на таких станках. Для этого опоры зарезонансных станков делают податливыми, как правило, в виде маятникового подвеса, позволяющего колебательной системе свободно раскачиваться под воздействием сил, возникающих от неуравновешенности изделия при его вращении на станке. Смотрите рисунок 1.

На зарезонансных станках при балансировке происходит измерение амплитуд колебаний податливых колебательных систем опор станка. Так как в зарезонасном режиме колебания происходят с малыми сопротивлениями, то амплитуда колебаний каждой опоры равна удвоенному эксцентриситету оси вращения ротора относительно его главной центральной оси инерции в плоскости опоры, и остается неизменной при балансировке на любой частоте вращения выше резонансной.

Для регистрации амплитуд колебаний в зарезонансных станках могут использоваться датчики перемещения, скорости, ускорения (акселерометры) самых разных принципов действия - индуктивные, пьезоэлектрические, емкостные, электродинамические, оптические и другие.

Плюсы зарезонансных балансировочных станков:

●     Зарезонансные станки нетребовательны к качеству цехового пола. Они работают на любом покрытии, устанавливаются на простые виброопоры и могут быть смонтированы даже на тонких межэтажных перекрытиях.

●     Станки для тяжелых (от 3000 кг) роторов в зарезонансном исполнении имеют менее материалоемкую конструкцию, они не нуждаются в мощных опорах и тяжелой станине и поэтому меньше весят, чем аналогичные по грузоподъемности дорезонансные.

●     Такие станки могут изготавливаться в мобильном (транспортируемом) исполнении для перевозки к месту проведения балансировки.

●     Колебательная система зарезонансных станков хорошо изолирована от источников вибрации в цеху.

●     Шарнирно закрепленные роликовые блоки с цилиндрическими роликами практически не оставляют накатки на шейках роторов при длительном вращении их на зарезонансных балансировочных станках.

Минусы:

●     Сложная, хрупкая и имеющая множество шарнирных соединений механическая конструкция колебательной системы опор и блоков роликов зарезонансного станка требует деликатного отношения, профилактического технического обслуживания, обязательного применения укладчиков для тяжелых роторов.

●     Балансировка на зарезонансном станке не может происходить на очень низких частотах (частота вращения должна быть в полтора-два раза выше собственной частоты колебательной системы).

●     Точность балансировки ограничена трением в колебательной системе и в шарнирах роликового блока, а также чувствительностью датчиков, и не растет с ростом частоты вращения. Предельная точность балансировки у станков с податливыми опорами ниже, чем у современных дорезонансных станков.

●     У зарезонансных станков время выполнения измерительного цикла увеличено в связи с необходимостью разблокировки опор станка после выхода ротора на частоту вращения балансировки и последующего ожидания установившихся колебаний подвесов станка до начала замеров.

●     При балансировке различных роторов производительность зарезонансного станка значительно падает в связи с необходимостью калибровки измерительной системы методом трех пусков под каждый новый типоразмера ротора.

●     Из-за необходимости применять блоки роликов с шарнирными подвесами, на зарезонансном станке невозможно использование консольных роликов для роторов с короткими или спрятанными опорными шейками.

●     Ограниченный диапазон масс роторов, балансируемых на станке одного типоразмера.

Дорезонансные станки (станки с жесткими опорами, англ. hard-bearing): 

Собственная частота колебаний опор* таких станков должна быть намного выше, чем частота вращения изделия при балансировке на таких станках. Для этого опоры дорезонансных станков делают в виде жестких рамных конструкций, особенно в поперечном к оси вращения изделия направлении. Смотрите рисунок 2.

На дорезонансных станках при балансировке происходит измерение сил, вызванных неуравновешенностью изделия при его вращении, и действующих на опоры станка. Величины этих сил пропорциональны квадрату скорости вращения изделия, таким образом, с ростом частоты вращения при балансировке растет точность измерений дисбалансов.

Датчики силы (динамометры), встроенные в опоры, могут использоваться самые различные – резистивные (тензодатчики), емкостные, пьезоэлектрические, оптические, индуктивные. Однако в последнее время в дорезонансных станках наибольшее распространение получили пьезоэлектрические датчики в связи с очень активным развитием и совершенствованием обрабатывающей их сигналы электроники.

* точнее, речь идет о собственной частоте колебательной системы “опора+изделие”.

Плюсы дорезонансных балансировочных станков: 

●     Надежная, жесткая и простая конструкция опор и колебательной системы, не требующая практически никакого технического обслуживания и допускающая удары и перегрузки.

●     Быстро проходит цикл балансировки (не надо разблокировать колебательные системы опор и ждать режима установившихся колебаний, как на зарезонансном станке).

●     Благодаря перманентной калибровке дорезонансного станка настройка на новое изделие происходит быстро - путем ввода в измерительную систему геометрических параметров ротора.

●     Возможна балансировка на любой частоте вращения – от 80 мин^-1 до 30 000 мин^-1 и выше.

●     Широкий диапазон масс роторов, балансируемых на одном станке.

●     Чем выше частота вращения, тем выше точность измерений, но даже на низких частотах вращения достаточная для большинства применений.

●     Опоры дорезонансного станка обеспечивают жесткость, близкую к жесткости опор изделия в машине на месте эксплуатации - это позволяет быстрее и точнее балансировать нежесткие (квазигибкие и гибкие) роторы, а также достоверно проверять качество балансировки на эксплуатационной частоте вращения (“раскрутить” изделие и убедиться, что нет вибраций).

●     Дорезонансные станки отлично подходят для балансировки консольных роторов с центром масс вне базы опор (с использованием силовых прижимных роликов).

●     На жесткие опоры проще устанавливать любую дополнительную балансировочную оснастку - ролики, опоры, постели, шпиндели и т.д.

●     Дорезонансные станки допускают проводить корректировку дисбалансов, связанную с приложением усилий к ротору (сверление, фрезерование, шлифование, сварка и т.п.), не опасаясь повреждения опор или чувствительных элементов станка.

●     Жесткие опоры позволяют применять консольные ролики для роторов с короткими или спрятанными в теле опорными шейками.

Минусы дорезонансных балансировочных станков:

●     Станки большой грузоподъемности (более 500 кг) требуют крепления к бетонному цеховому полу с помощью анкерных болтов. Для станков очень большой грузоподъемности (от 30 тонн) необходим отдельный фундамент.

●     Возможно некоторое ухудшение качества работы дорезонансного станка при установке на тонких межэтажных перекрытиях, с пустотами под покрытием пола.

●     В дорезонансных станках применяются опорные ролики со сферической (бомбированной) поверхностью. И, хотя радиус этой сферической поверхности довольно большой, все равно контакт с опорными шейками изделия происходит на достаточно ограниченной площади и возможно появление накатки от роликов на мягких (нетермообработанных) опорных шейках при длительном вращении изделия. Стоит отметить, что при балансировке на дорезонансном станке, как правило, нет необходимости в продолжительных вращениях изделия – работа выполняется за 2 пуска (вместе с контрольным).

●     Теоретически возможно влияние источников вибрации в цеху на показания дорезонансного балансировочного станка. Эта проблема крайне редка и решается небольшим изменением частоты вращения при балансировке. 

Ниже мы оценим оба типа станков с помощью таблицы с указанием баллов по каждому фактору, способному повлиять на выбор станка для конкретных условий применения. 

Таблица 1.  Сравнение характеристик разных типов станков 

Вывод – если вам необходим станок для установки на тонком перекрытии или таком полу, где невозможно использовать анкерные болты или залить фундамент, если вам нужно иметь станок, который будет перемещаться от объекта к объекту, или вы по каким-то причинам должны ограничить вес балансировочного станка, то ваш выбор - зарезонансный станок.

Во всех же остальных случаях преимущества дорезонансных станков настолько значительны, что становится ясно, почему такие станки являются очевидным выбором для большинства заказчиков по всему миру. Именно поэтому в настоящее время ведущие мировые производители предлагают преимущественно дорезонансные балансировочные станки в своих каталогах, оставив станки с податливыми опорами лишь в качестве редких нишевых решений.

За дополнительной информацией, а также по вопросам подбора балансировочного оборудования
вы можете обращаться по телефонам в ЭНСЕТ: 8 800 700 33 10.