7-6. БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ
Если вращающаяся часть машины не уравновешена, то при вращении ее появляется сотрясение (вибрация) всей машины. Вибрация вызывает разрушение подшипников, фундамента и самой машины. Для устранения
вибрации вращающиеся части должны быть отбалансированы. Различают балансировку статическую, выполняемую на призмах, и динамическую при вращении балансируемой детали. Если, например, ротор, изображенный на рис. 7-9,а, имеет более тяжелую половину //, то при вращении центробежная сила этой половины будет больше центробежной силы половины /. Она будет создавать давление на подшипники, переменное по на-
Рис. 7-9. Смещение центра тяжести ротора,
правлению, и вызывать сотрясение машины. Такай небаланс устраняется статической балансировкой на призмах. Ротор шейками вала ставится «а призмы, точно выверенные по горизонтали, и при этом, естественно, поворачивается тяжелой стороной вниз. На верхнюю сторону в специальные канавки, которые предусматриваются в нажимных шайбах и обмоткодержателях, подбирают и ставят свинцовые грузы такого веса, чтобы ротор оставался.на призмах в безразличном положении. После балансировки свинцовые грузы обычно заменяют на стальные одинакового веса, которые надежно приваривают или привертывают к ротору. Однако для длинных якорей и роторов статической балансировки недостаточно. Даже если отбалансировать обе половины ротора так, что веса обеих половин будут одинаковыми (рис. 7-9,6), то может оказаться, что центры тяжести сдвинуты по оси машины. В этом случае центробежные силы двух половин не могут уравновесить друг друга, а создают пару сил, вызывающую переменное давление на подшипники. Для устранения действия этой пары сил должны быть размещены специальные грузы (рис. 7-9,6) с тем, чтобы создать пару сил, действующую обратно паре сил.небаланса. Найти величину и положение этих
грузов можно путем балансировки вращающегося ротора (динамическая балансировка).
Перед проведением динамической балансировки следует проверить рабочие поверхности ротора (шейки и концы вала, коллектор, контактные кольца, сталь ротора) на отсутствие биения и при необходимости устранить его. Если для установки ротора на станок приме-
Рис. 7-10. Схема динамической балансировки,
«лютея какие-либо оправки, то они должны быть проверены на отсутствие биения и небаланса.
Па роторе не должно быть плохо закрепленных деталей, так как в этом случае балансировка невозможна. Для проведения динамической балансировки ротор укладывают в подшипники специального станка. Эти подшипники укреплены на плоских пружинах и по желанию могут либо быть закреплены неподвижно специальным тормозом, либо совершать свободные колебания вместе с пружиной (рис. 7-10,а). Ротор при помощи электродвигателя и муфты приводится во вращение. Появляющаяся при этом сила небаланса, которая направлена радиально, будет раскачивать подшипники станка. Для проведения балансировки один подшипник закрепляется тормозом неподвижно, второй освобождается и под влиянием небаланса колеблется. На какой-либо точно обработанной поверхности ротора, концентричной с осью вала, делают цветным карандашом отметку, показывающую точку наибольшего отклонения ротора (рис. 7-10,6).
Однако по этой точке еще нельзя точно определить
место, где находится небаланс ротора, так как наибольшее отклонение ротора получается после прохождения силы небаланса через горизонтальную плоскость, в которой находится отметчик (карандаш).
Угол сдвига (т. е. угол между точкой небаланса и отметкой) зависит от отношения скорости вращения к собственной частоте колебания ротора на опорах, т. е. к частоте колебаний, которые будут иметь место, если толкнуть невращающийся ротор, установленный на опорах станка.
При совпадении числа оборотов в секунду с собственной частотой имеет место резонанс. Колебания приобретают наибольший размах и, следовательно, станок становится наиболее чувствительным. Поэтому стремятся вести балансировку при резонансном числе оборотов. При этом указанный выше угловой сдвиг становится близким к 90° и, следовательно, место небаланса может быть найдено отсчетом от середины отметки-90° вперед по вращению (а место установки груза 90° против вращения). Если же почему-либо работать на резонансной скорости нельзя, то для определения места положения небаланса повторяют описанный опыт при обратном направлении вращения при том же числе оборотов в ми-иуту. Отметку делают карандашом другого цвета. Тогда середина между двумя отметками определяет место, где находится небаланс. В диаметрально противоположной точке устанавливают балансный груз. Величину этого груза определяют подбором до исчезновения вибрации подшипника. Вместо укрепления груза балансировка может быть получена путем высверливания противополож-«ой части якоря. После того как отбалансирована одна сторона ротора, подшипник этой стороны закрепляют неподвижно, а подшипник второй стороны освобождают и аналогичными приемами балансируют вторую сторону. После этого проверяют балансировку первой стороны и в случае необходимости корректируют и т. д.
В настоящее время существует большое число станков для динамической балансировки, на которых местоположения и величины груза определяются достаточно удобно и точно. Методы работы на этих станках даются в инструкциях заводов-изготовителей.
При отсутствии специальных станков динамическая балансировка может производиться на прочных дере-
вянных брусьях, уложенных на резиновые прокладки. На эти брусья кладут либо непосредственно шейки вала балансируемого ротора, либо вкладыши подшипников, в которых лежат шейки вала. При помощи клиньев брусья могут закрепляться неподвижно. Ротор разворачивается ременной передачей, охватывающей непосредственно сталь, затем клин вынимается, и подшипник получает возможность колебаться на резиновых подкладках. Процесс балансировки аналогичен описанному выше.
В условиях ремонта, в особенно для крупных машин, целесообразна балансировка в собранном виде [Л. 8]; для этой цели машину запускают вхолостую и измеряют вибрацию подшипников Это измерение следует производить при помощи виброметров (например, типов ВР-1, ВР-3, 2ВК, ЗВК).
При отсутствии виброметров вибрацию можно измерить индикатором, укрепленным на массивной тяжелой рукоятке Прижимая щуп такого индикатора к колеблющейся детали, можно по ширине размытого очертания стрелки определить величину размаха колебания
Следует иметь в виду, что показания такого виброметра сильно зависят от скорости вращения и что поэтому его показания можно яопользавать главным образом как сравнительные при одном и том же числе оборотов машины, что достаточно для целей балансировки.
Измеряя вибрацию подшипника в различных направлениях, находят точку наибольшей вибрации. По этой точке и ведется балансировка.
Для нахождения величины и местоположения балансировочного груза на ротор в произвольную точку помещают пробный груз и снова измеряют вибрацию. Очевидно, что, изучив, как влияет на вибрацию пробный груз, величина и местоположение которого известны, можно определить и величину небаланса и место его положения. Если можно измерить, как в результате установки пробного груза именяется величина и фаза вибрации (см. ниже), то можно обойтись двумя измерениями: до и после установки пробного груза. Если же определить изменение фазы нельзя, то необходимо сделать большее (3-4) число измерений величины вибрации. Пробный груз помещается при этом вначале в какую-либо произвольную точку, а затем поочередно в точки, отстоящие на Уз окружности вправо и влево от первой.
Для определения изменения фазы можно прибегнуть к отметкам на валу, как это описывалось выше. Вал при этом закрашивается мелом и острой чертилкой осторож-«0 наносятся (по возможности короткие) метки, середи-!на которых соответствует наибольшему отклонению вала в плоскости, где расположен отметчик (чертилка). Угловое расстояние (угол а) между метками при отсутствии пробного груза и при его наличии является мерой сдвига фазы колебания, обусловленного внесением пробного груза.
Более точно сдвиг фазы определяется стробоскопическим способом. В этом случае на торец вала наносится метка, освещаемая вспышками газосветной лампы. Эта лампа управляется специальным контактом, имеющимся з виброметре, который замыкается 1 раз за оборот вала в момент, близкий к наибольшему размаху колебания.
Метка на вращающемся валу кажется при этом неподвижной (поскольку лампа освещает ее каждый раз в тот момент, когда она, пройдя один оборот, окажется точно в том же положении), и против нее «а неподвижной части машины также может быть нанесена метка.
После внесения пробного груза отметка на валу сдвигается относительно отметки на неподвижной части. Нанеся вторую отметку на неподвижной части, соответствующую новому положению отметки на валу, и измерив угловое расстояние (угол а) между ними, определяем угол сдвига фазы колебания.
Возможность определения фазы стробоскопическим способом предусмотрена в специальных балансировочных виброскопах системы Колесника 2ВК, ЗВК, выпускаемых Ленинградским инструментальным заводом, и в виброскопах типа БИП Киевского электромеханического завода
Графический метод определения местоположения груза виден из рис. 7-11,а. Здесь отрезок-„вектор" оа в определенном масштабе равен размаху колебания подшипника до внесения пробного груза. Пробный груз Р тр ставится в плоскости, сдвинутой от отметки, полученной при этом на валу на какой-либо угол, например на 90°,-линия О В. Измерив теперь размах колебания подшипника (при том же числе оборотов в минуту), отметив новую метку и определив угловой сдвиг между отметками - а, отложим теперь в том же масштабе под углом « к вектору оа вектор ob,
Очевидно, что если вектор оа изображает вибрацию от небаланса, вектор ob вибрацию от совместного дей-ствия пробного груза и небаланса, то разностный век. тор аЪ определяет величину и фазу вибрации, вызванную пробным грузом.
Рис 7-11 Определение величины и местоположения балансировочных грузов
Для того чтобы уничтожить вибрацию от небаланса надо повернуть вектор ab на угол § и увеличить его так, чтобы он был равен вектору оа и направлен против него. Очевидно, что для этого пробный груз Р гр должен быть сдвинут из точки В в точку С (на угол S) и увеличен в отношении отрезков ^-. Балансировочный груз
i должен быть, следовательно, равен:
Аналогичным способом балансируется вторая сторона машины, но определенный для этой стороны груз Q"z распределяется на два груза Q 2 и Q H . Делается это с той целью, чтобы не нарушить балансировку первой стороны.
Груз <2г помещается в точку, определенную описанным выше способом для второй стороны, а груз СЬ Д переносится на первую сторону и закрепляется в точке диаметрально противоположной Q 2 (рис.-7-11,6). Величины грузов Q 2 я Qia определяются из выражений:
где размеры т, п, a, b, RiR^R 3 видны из рис. 7-111,б. Несмотря на такое распределение груза Q"2, приходится обычно еще раз производить (корректировочную) балансировку.первой стороны после того, как установлены грузы Q 2 и СЬ Д.
Наиболее просто качество балансировки может быть проверено путем установки машины на гладкостроганую горизонтальную плиту. При удовлетворительной балансировке машина, работающая с номинальным числом оборотов, не должна иметь качаний и перемещений по плите. Проверка производится при холостом ходе в режиме двигателя.
Внутри статора двигателя помещается его вращающаяся часть – ротор. Это цилиндр, набранный из стальных листов, как и статор, на поверхности которого имеются пазы.
В пазы укладываются медные стержни – обмотка, замкнутая на торцах медными кольцами. Пазы в этом случае круглого сечения, а обмотка имеет вид клетки, называемой “бельичим колесом”. Пазы могут быть другого типа, а короткозамкнутая обмотка получается заливкой пазов алюминием, одновременно на торцах отливают и короткозамыкающие кольца с полостями для вентиляции. Эл. двигатели такого типа называются – короткозамкнутыми. Обмотка ротора короткозамкнутого двигателя является многофазной.
В пазах ротора может быть уложена также обмотка, подобная обмотке статора. В этом случае три вывода от обмотки лежащей в пазах присоединяются к трем контактным кольцам, насаженных на вал, кольца изолированы друг от друга и от вала.
При помощи щеток, наложенных на кольца, обмотка ротора присоединяется к реостату, который служит для пуска двигателя или для регулировки его скорости (частоты) вращения. Двигатель в этом случае называется – двигателем с фазным ротором. Для роторов эл.машин наиболее характерны такие повреждения, как выработка рабочей поверхности шейки и искривления вала, ослабления прессовки пакета сердечника;
обгорание поверхностей и “затяжка” стальных пластин ротора, в результате затирание его за статор, чрезмерный износ подшипников скольжения и вследствие этого “проседание” вала.
Выработку шеек вала не превышающею по глубине 4 -5 % его диаметра, устраняют проточкой на токарном станке. При большой выработке валы эл.машин ремонтируют, наплавляя на поврежденное место слой метала и протачивая наплавленный участок на токарном станке. Для наплавления металла на вал ротора применяют переносные электродуговые аппараты ВДУ-506МТУ3, ПДГ-270(SELMA) – полуавтомат.
Искривление вала обнаруживается путем проверки его биения в центрах токарного станка, запускают станок, а затем к вращающемуся валу подводят мел или цветной карандаш, закрепленный в суппорте станка: следы мела окажутся на выпуклой части вала. При помощи мела можно обнаружить биение, но нельзя определить его величину, которую определяет индикатор. К валу подносят наконечник индикатора, величину биения показывает его стрелка, отклоняясь по шкале, отградцифрованной в сотых или тысячных долях миллиметра. При искривлении вала до 0.1 мм на М длинны, но не более 0.2 мм на всю длину правка не обязательна на валу.
При искривлении вала до 0.3 % его длины правку производят без подогрева, а при искривлении более 0.3 % длины вал предварительно подогревают до 900 – 1000 `C и правят под прессом.
Правку вала производят гидравлическим прессом в два приема. Сначала выправляют вал до тех пор, пока его кривизна не станет менее 1 мм на 1 м длинны, а затем вал протачивают и полируют. При проточке допускается уменьшение диаметра вала не более чем на 6 % от его первоначальной величины. Ослабление прессовки пакета сердечника ротора повышает нагрев машины и увеличивает активность стали ротора. Для устранения этого дефекта при ремонте в зависимости от конструкции ротора подтягивают стяжные болты, забивают между клинья из текстолита или гетинакса промазанные клеем БФ – 2 , полностью пришлифовывают сердечник.
Обгоревшие поверхности активной стали ротора, вследствии чего отдельные пластины называются замкнутыми между собой, встречаются главным образом в машинах с подшипниками скольжения. Ротор с таким дефектом ремонтируют проточкой его сердечника на токарном станке или специальном приспособлении. После ремонта роторы эл.машин в сборе с вентиляторами и другими вращающими частями подвергают статистической или динамической балансировке на специальных балансировочных станках.
Т.к.вибрация, вызванная центробежными силами, достигающими при большом числе оборотов несбалансированного ротора, больших величин, может стать причиной разрушения фундамента и даже аварийного выхода машины из строя. Для статической балансировки служит станок, представляющий собой опорную конструкцию из профильной стали с установленными на ней призмами трапециевидной формы. Длинна призмы должна быть такой, чтобы ротор мог сделать на них не менее 2-х оборотов.
Практически ширину рабочей поверхности призмы балансировочных станков для балансировочных роторов массой до 1 т принимают 3 -5 мм. Рабочая поверхность призм должна быть хорошо отшлифована и способна, не деформируясь, выдерживать массу балансируемого ротора. Статическая балансировка ротора на станке производится в такой последовательности:
ротор укладывают шейками вала на рабочие поверхности призм. При этом ротор, перекатываясь на призмах, займет такое положение, при котором его наиболее тяжелая часть окажется внизу.
Для определения точки окружности в которой должен быть установлен балансирующий груз, ротор пять раз перекатывают и после каждой остановки отмечают мелом нижнюю “тяжелую” точку.
После этого на большой части окружности ротора окажется пять меловых черточек. Отметив середину расстояния между крайними меловыми отметками, определяют точку установки уравновешивающего груза: она находится в месте, диаметрально – противоположном средней “тяжелой” точке. В этой точке устанавливают уравновешивающий груз. Его массу подбирают опытным путем до тех пор, пока ротор не перестанет перекатываться, будучи установлен в любом произвольном положении. Правильно отбалансированный ротор после перекатывания в одном и другом направлениях должен во всех положениях находиться в состоянии равновесия.
При необходимости более полного обнаружения и устранения оставшегося дебаланса, окружность ротора делят на шесть равных частей. Затем укладывают ротор на призмы так, что – бы каждая из отметок поочередно находилась на горизонтальном диаметре,
в каждую из шести точек поочередно навешивают небольшие груза до тех пор, пока ротор не выйдет из состояния покоя. Массы грузов для каждой из шести точек будут различными. Наименьшая масса будет в “тяжелой” точке, наибольшая – в диаметрально–противоположной части ротора. При статическом методе балансировки уравновешивающий груз устанавливают только на одном торце ротора и таким образом устраняют статический дебаланс. Однако этот способ балансировки применим только для коротких роторов мелких и тихоходных машин. Для уравновешивания масс роторов крупных эл.машин (мощностью 50 кВт) с большими скоростями вращения (свыше 1000 об/мин.) применяют динамическую балансировку, при которой уравновешивающий груз устанавливают на обоих торцах ротора.
Это объяснено тем, что при вращении ротора с большой скоростью, каждый его торец имеет самостоятельное биение, вызванное несбалансированными массами.
Для динамической балансировки наиболее удобен станок резонансного типа, состоящий из двух сварных стоек (1) , опорных плит (9) , и балансировочных головок. Головки состоят из подшипников (8) , сегментов (6) , и могут быть закреплены неподвижно болтами (7) , либо свободно качаться на сегментах. Балансируемый ротор (2) приводится во вращение эл.двигателем (5) . Муфта расцепления и служит для отсоединения вращающего ротора от привода в момент балансировки.
Динамическая балансировка роторов состоит из двух операций:
а) измеряют первоначальную величину вибрации, дающую представление о размерах неуравновешенности масс ротора;
б) находят точку размещения и определения массы уравновешенности груза для одного из торцов ротора.
Для первой операции, головки станка закрепляют болтами (7) . Ротор при помощи эл.двигателя приводится во вращение, после чего привод отключают, расцепляя муфту и освобождают одну из головок станка.
Освобожденная головка под действием радиально – направленной центробежной силы небаланса раскачивается, что позволяет стрелочным индикаторам (3) измерять амплитуду колебания головки. Такое же измерение проводится для второй головки.
Вторую операцию выполняют методом “обхода груза” . Разделяют обе стороны ротора на шесть равных частей, в каждой точке поочередно закрепляют пробный груз, который должен быть меньше предполагаемого небаланса. Затем описанным выше способом измеряют колебание головки для каждого положения груза. Наилучшим местом размещения груза будет точка, в которой амплитуда колебаний будет минимальной.
Массу уравновешивающего груза Q получают из вращения:
Q = P * K 0 / K 0 – K мин
где Р – масса пробного груза;
К 0 – первоначальная амплитуда колебаний до обхода пробным грузом;
К мин – минимальная амплитуда колебаний при обходе пробным грузом.
Закончив балансировку одной стороны ротора, этим же способом балансируют другую половину. Балансировку считают удовлетворительной, если центробежная сила оставшейся неуравновешенности не превышает 3 % массы ротора.
Неуравновешенность любой вращающейся детали тепловоза может возникнуть как в процессе эксплуатации вследствие неравномерного износа, изгиба, скопления загрязнений в каком-либо одном месте, при утере балансировочного груза, так и в процессе ремонта из-за неправильной обработки детали (смещения оси вращения) или неточной центровки валов. Для уравновешивания деталей их подвергают балансировке. Существуют два вида балансировки : статическая и динамическая .
Рис. 1. Схема статического уравновешивания деталей:
Т1 — масса неуравновешенной детали; Т2 — масса уравновешивающего груза;
L1, L2 — их расстояния от оси вращения.
Статическая балансировка . У неуравновешенной детали ее масса располагается несимметрично относительно оси вращения. Поэтому при статическом положении такой детали, т. е. когда она находится в покое, центр тяжести будет стремиться занять нижнее положение (рис.1). Для уравновешивания детали добавляют с диаметрально противоположной стороны груз массой Т2 с таким расчетом, чтобы его момент Т2L2 был равен моменту неуравновешенной массы Т1L1. При этом условии деталь будет находиться в равновесии при любом положении, так как центр тяжести ее будет лежать на оси вращения. Равновесие может быть достигнуто также путем удаления части металла детали высверловкой, спиливанием или фрезерованием со стороны неуравновешенной массы Т1. На чертежах деталей и в Правилах ремонта на балансировку деталей дается допуск, который называют дисбалансом (г/см).
Статической балансировке подвергают плоские детали, имеющие небольшое отношение длины к диаметру: зубчатое колесо тягового редуктора, крыльчатку вентилятора холодильника и т.п. Статическая балансировка ведется на горизонтально-параллельных призмах, цилиндрических стержнях или на роликовых опорах. Поверхности призм, стержней и роликов должны быть тщательно обработаны. Точность статической балансировки во многом зависит от состояния поверхностей этих деталей.
Динамическая балансировка . Динамической балансировке обычно подвергают детали, длина которых равна или больше их диаметра. На рис. 2 показан статически отбалансированный ротор, у которого масса Т уравновешена грузом массой М. Этот ротор при медленном вращении будет находиться в равновесии в любом положении. Однако при быстром его вращении возникнут две равные, но противоположно направленные центробежные силы F1 и F2. При этом образуется момент FJU который стремится повернуть ось ротора на некоторый угол вокруг его центра тяжести, т.е. наблюдается динамическое неравновесие ротора со всеми вытекающими отсюда последствиями (вибрация, неравномерный износ и т. п.). Момент этой пары сил может быть уравновешен только другой парой сил, действующей в той же плоскости и создающей равный противодействующий момент.
Для этого в нашем примере нужно приложить к ротору в той же плоскости (вертикальной) два груза массами Шх = т2 на равном расстоянии от оси вращения. Грузы и их расстояния от оси вращения подбирают так, чтобы центробежные силы от этих грузов создавали момент /уь противодействующий моменту FJi и уравновешивающий его. Чаще всего уравновешивающие грузы прикрепляют к торцовым плоскостям деталей или с этих плоскостей удаляют часть металла.
Рис. 2. Схема динамического уравновешивания деталей:
Т — масса ротора; М — масса уравновешивающего груза; F1,F2 — неуравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; m1,m2 — уравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; Р1 Р 2 — уравновешивающие центробежные силы;
При ремонте тепловозов динамической балансировке подвергают такие быстровращающиеся детали, как ротор турбокомпрессора, якорь тягового электродвигателя или другой электрической машины, рабочее колесо воздуходувки в сборе с приводной шестерней, вал водяного насоса в сборе с крыльчаткой и зубчатым колесом, карданные валы привода силовых механизмов.
Рис. 3. Схема балансировочного станка консольного типа:
1 — пружина; 2 — индикатор; 3 якорь; 4 — рама; 5 — опора станка; 6 — опора станины;
I, II — плоскости
Динамическое уравновешивание ведется на балансировочных станках. Принципиальная схема такого станка консольного типа показана на рис. 3. Балансировка, например, якоря тягового электродвигателя ведется в таком порядке. Якорь 3 укладывают на опоры качающейся рамы 4. Рама одной точкой упирается на опору станка 5, а другой на пружину 1. При вращении якоря неуравновешенная масса любого его участка (кроме масс, лежащих в плоскости II — II) вызывает качание рамы. Амплитуда колебания рамы фиксируется индикатором 2.
Чтобы уравновесить якорь в плоскости I — I, к его торцу со стороны коллектора (к нажимному конусу) прикрепляют поочередно различные по массе пробные грузы и добиваются прекращения колебания рамы или его уменьшения до допускаемой величины. Затем якорь переворачивают так, чтобы плоскость I— I проходила через неподвижную опору станины 6, и повторяют те же операции для плоскости II— II. В этом случае балансировочный груз прикрепляют к задней нажимной шайбе якоря.
После окончания всех работ по комплектованию детали подобранных комплектов маркируют (буквами или цифрами) согласно требованиям чертежей
Как известно, электродвигатель (в дальнейшем ЭД) состоит из двух элементов - статического (статора) и подвижного (ротора). Последний при работе может вращаться на очень высокой скорости, которая составляет тысячи и десятки тысяч оборотов в минуту.
Дисбаланс ротора не только приводит к повышенной вибрации, но и может повредить сам ротор или весь электродвигатель. Также из-за этой проблемы увеличивается риск поломки всей установки, где используется этот ЭД.
Чтобы избежать этих негативных последствий, производится балансировка якорей электродвигателей - она же «балансировка ротора» или «балансировка электродвигателя».
Как производится балансировка роторов электродвигателей
Сбалансированный ротор - это ротор, у которого ось вращения совпадает с осью инерции. Правда, абсолютного баланса можно добиться лишь в идеальном мире, в реальности же всегда наблюдается хоть небольшой, но «перекос». И задача балансировки заключается в его минимизации.
Различают статическую и динамическую балансировку роторов.
Статическая балансировка ротора призвана устранить значительный дисбаланс масс относительно оси вращения. Она может быть произведена в домашних условиях, поскольку не требует использования специального оборудования. Достаточно призматических или дисковых фиксаторов. Также эта операция может производиться с использованием рычажных весов специальной конструкции.
Ротор размещается на призматическом или дисковом фиксаторе. После этого наиболее тяжелая его сторона перевешивает, и деталь прокручивается вниз. На нижней точке делают отметку мелом. Затем ротор перекатывают ещё четырежды, и после каждой окончательной остановки отмечают наиболее нижнюю точку.
Когда на роторе становится пять отметок, замеряют расстояние между крайними и на его середине делают шестую. Затем на диаметрально противоположной точке этой шестой отметки (точке максимального дисбаланса) устанавливают балансирующий груз.
Масса груза подбирается опытным путём. На точке противоположной максимальному дисбалансу устанавливаются утяжелители различной массы, после чего ротор прокручивается и останавливается в любом положении. Если всё ещё наблюдается дисбаланс - масса грузика уменьшается или увеличивается (в зависимости от того, в какую сторону провернулся ротор после остановки). Задача - подобрать такую массу утяжелителя, чтобы ротор после остановки в любом положении не проворачивался.
После определения нужной массы можно либо оставить груз, либо просто высверлить отверстие в полученной шестой точке - точке с максимальным дисбалансом. При этом масса высверленного металла должна соответствовать массе подобранного груза.
Такая статическая балансировка электродвигателя своими руками достаточно грубая и призвана устранить только серьёзные перекосы по массе нагрузки на валу. Есть и другие недостатки. Так, статическая балансировка якоря электродвигателя своими руками потребует многочисленных измерений и вычислений. Для повышения точности и скорости рекомендуется использовать динамический метод.
Для этого потребуется специальный станок для балансировки роторов электродвигателей . Он раскручивает размещённый на нём вал и определяет, по какой из осей наблюдается перекос массы. Динамическая балансировка роторов электродвигателей способна устранить даже мельчайшие отхождения оси инерции от оси вращения.
Динамическая балансировка вала электродвигателя производится компьютерным методом. Высокоинтеллектуальное оборудование, которое используется для этого процесса, способно самостоятельно подсказать, какой противовес и на какую сторону стоит установить.
Впрочем, найти станок для балансировки очень тяжелого или большого ротора довольно сложно. Обычно динамическая методика устранения перекоса применяется для сравнительно небольших ЭД независимо от мощности. Поэтому, выбирая способы балансировки и центровки электродвигателей , стоит обратить внимание не только на точность операции, но и на физическую возможность провести этот процесс для имеющегося вала.
После ремонта роторы электрических машин в сборе с вентиляторами и другими вращающимися частями подвергают статической или динамической балансировке на специальных балансировочных станках. Эти станки служат для выявления неуравновешенности массы ротора, являющейся основной причиной возникновения вибрации при работе машины. Вибрация, вызванная центробежными силами, достигающими при большой частоте вращения несбалансированного ротора значительных величин, может стать причиной разрушения фундамента и аварийного выхода машины из строя.
Для статической балансировки роторов и якорей служит станок (рис. 12, а), представляющий собой опорную конструкцию из профильной стали и установленными на ней призмами трапециевидной формы. Длина призм должна быть такой, чтобы ротор мог сделать на них не менее двух оборотов.
Ширину рабочей поверхности призм станков для балансировки роторов массой до 1 т принимают равной 3--5 мм. Рабочая поверхность призм должна быть хорошо отшлифована и способна, не деформируясь, выдерживать массу балансируемого ротора.
Статическую балансировку ротора на станке производят в такой последовательности. Ротор укладывают шейками вала на рабочие поверхности призм. При этом ротор, перекатываясь на призмах, займет такое положение, при котором его наиболее тяжелая часть окажется внизу.
Для определения точки окружности, в которой должен быть установлен балансирующий груз, ротор 5--6 раз перекатывают и после каждого останова отвечают мелом нижнюю «тяжелую» точку. После этого на небольшой части окружности ротора окажется пять меловых черточек.
Отметив середину расстояния между крайними меловыми отметками, определяют точку установки уравновешивающего груза: она находится в месте, диаметрально противоположном средней «тяжелой» точке. В этой точке устанавливают уравновешивающий груз, массу которого подбирают опытным путем до тех пор, пока ротор не перестанет перекатываться, будучи оставлен в любом произвольном положении. Правильно сбалансированный ротор после перекатывания в одном и другом направлениях должен во всех положениях находиться в состоянии безразличного равновесия.
При необходимости более полного обнаружения и устранения оставшегося небаланса, окружность ротора делят на шесть равных частей. Затем, укладывая ротор на призмах так, чтобы каждая из отметок поочередно находилась на горизонтальном диаметре, в каждую из шести точек поочередно навешивают небольшие грузы до тех пор, пока ротор не выйдет из состояния покоя. Массы грузов для каждой из шести точек будут различными. Наименьшая масса будет в «тяжелой» точке, наибольшая -- в диаметрально противоположной точке ротора.
При статическом методе балансировки уравновешивающий груз устанавливают только на одном торце ротора и таким образом устраняют статический небаланс. Однако этот способ балансировки применим только для коротких роторов и якорей мелких и тихоходных машин. Для уравновешивания масс роторов и якорей крупных электрических машин с большей частотой вращения (более 1000 об/мин) применяют динамическую балансировку, при которой уравновешивающий груз устанавливают на обоих торцах ротора. Это объясняется тем, что при вращении ротора с большой частотой каждый его торец имеет самостоятельное биение, вызванное не-сбалансированными массами.
Для динамической балансировки наиболее удобен станок резонансного типа (рис. 12, б), состоящий из двух сварных стоек 1, опорных плит 9 и балансировочных головок. Головки состоят из подшипников 8, сегментов 6 и могут быть закреплены неподвижно болтами 7 либо свободно качаться на сегментах. Балансируемый ротор 2 приводится во вращательное движение электродвигателем 5. Муфта расцепления 4 служит для отсоединения вращающегося ротора от привода в момент балансировки.
Динамическая балансировка роторов состоит из двух операций: измерения первоначальной величины вибрации, дающей представление о размерах неуравновешенности масс ротора; нахождения точки размещения и определения массы уравновешивающего груза для одного из торцов ротора.
При первой операции головки станка закрепляют болтами 7. Ротор электродвигателем приводится во вращение, после чего привод отключают, расцепляя муфту, и освобождают одну из головок станка. Освобожденная головка под действием радиально направленной центробежной силы небаланса раскачивается, что позволяет стрелочным индикатором 3 измерить амплитуду колебания головки. Такое же измерение производят для второй головки.
Вторую операцию выполняют методом «обхода грузом». Разделив обе стороны ротора на шесть равных частей, в каждой точке поочередно закрепляют пробный груз, который должен быть меньше предполагаемого небаланса. Затем описанным выше способом измеряют колебания головки для каждого положения груза. Самым удоб-ным местом размещения груза будет точка, в которой амплитуда колебаний была минимальной.
Массу уравновешивающего груза Q (кг) определяют по формуле:
где Р--масса пробного круга, К0--первоначальная амплитуда колебаний до обхода пробным грузом, К min-- минимальная амплитуда колебаний при обходе пробным грузом.
Закончив балансировку одной стороны ротора, таким же способом балансируют вторую сторону. Балансировка, считается удовлетворительной, если центробежная сила оставшейся неуравновешенности не превышает 3% массы ротора. Это условие можно считать выполненным, если амплитуда оставшихся колебаний головки балансировочного станка находится в пределах, определяемых выражением:
Где Вр-- масса балансируемого ротора, т.
После окончания балансировки временно установленный на роторе груз закрепляют. В качестве балансировочного груза используют куски полосовой или квадратной стали. Груз крепят к ротору сваркой или винтами. Крепление груза должно быть надежным, так как недостаточно прочно закрепленный груз может в процессе работы машины оторваться от ротора и стать причиной аварии или несчастного случая. Закрепив груз постоянно, ротор подвергают проверочной балансировке, затем передают в сборочное отделение для сборки машины.
Отремонтированные электрические машины подвергают послеремонтным испытаниям по установленной программе: они должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к ней стандартами или ТУ.
На ремонтных предприятиях проводят следующие виды испытаний: контрольные -- для определения качества электрооборудования; приемо-сдаточные -- при сдаче отремонтированного электрооборудования ремонтным предприятием и приеме заказчиком; типовые, после внесения изменения в конструкцию электрооборудования или технологию его ремонта для оценки целесообразности внесенных изменений. В ремонтной практике чаще всего применяют контрольные и приемо-сдаточные испытания.
Каждую электрическую машину после ремонта вне зависимости от его объема подвергают приемо-сдаточным испытаниям. При испытаниях, выборе измерительных приборов, сборке схемы измерений, подготовке испытуемой электрической машины, установлении методики и норм испытаний, а также для оценки результатов испытаний используют соответствующие стандарты и ресурсы.
Если при ремонте машины не изменена её мощность или частота вращения, после капитального ремонта машину подвергают контрольным испытаниям, а при изменении мощности или частоты вращения - типовым испытаниям.