без вращения

Станок для балансировки роторов в вибрационном режиме
(без вращения)
1. Классификация (тематическое направление, не более двух)
Промышленные технологии,
приборостроение
2. Назначение и область применения
Станок предназначен для балансировки роторов в вибрационном режиме, как на
предприятии-изготовителе, так и на предприятии-потребителе
Область применения: приборостроение, машиностроение
3. Краткое описание (суть) проекта
Балансировка на предложенном станке осуществляется с использованием движения, при
котором каждая точка контролируемого тела совершает круговое движение с амплитудой
3…5˚ и частотой 8…12 Гц относительно неподвижной точки на оси круга. При таких
движениях круг не вращается, а как бы «стоит» на месте. Вместо центробежных сил
инерции, вызванных неуравновешенностью, в этом случае измеряются лишь
составляющие инерционных сил. При этом информативные сигналы от
неуравновешенности, оказываются вполне достаточными для их устойчивого измерения в
течение 3...5 секунд. В этом случае упрощается процедура определения величины и
угловой координаты неуравновешенности, а также конструкция, металлоемкость и
электропотребление балансировочного оборудования. Важным достоинством кругового
движения, задаваемого приводом, является отсутствие динамических нагрузок на станину
и механическую колебательную систему устройства. Это повышает достоверность и
устойчивость измеряемой полезной информации о дисбалансе.
4. Актуальность и новизна идеи (конкретное инновационное решение)
Основной особенностью современного научно-технического прогресса является
постоянное увеличение рабочих скоростей вращения роторов, узлов и механизмов машин,
что соответственно влечет за собой повышение требований к качеству их балансировки.
Это относится и к шлифовальным кругам, которые широко применяются в различных
отраслях промышленности и требуют контроля их дисбаланса. Например, при работе на
станке консольнозакрепленного шлифовального круга при наличии у него некоторого
дисбаланса, создающего статическую (силовую) неуравновешенность, характеризуемую
действием главного вектора сил инерции, возникают колебания шлифовального круга с
частотой вращения шпинделя станка. Под действием этих колебаний условия в зоне
резания изменяются. Возникающие из-за наличия дисбаланса кратковременные процессы
попеременно увеличивают нагрузки на режущие зерна шлифовального круга и изменяют
процесс резания. Циклическое перемещение круга под действием неуравновешенности
приводит к образованию волн на поверхности заготовки, то есть к ее шероховатости. В
силу податливости технологической системы, созданные волны на заготовке при новых
проходах круга по обрабатываемой поверхности увеличивают отклонения от правильной
формы, что приводит к износу круга. Наличие дисбаланса оказывает влияние на физикомеханические свойства поверхности, изменяет условия резания, что приводит к
образованию местных термических изменений структуры приповерхностного слоя
материала деталей и формированию остаточных напряжений.
Согласно действующего стандарта в настоящее время контроль дисбаланса
шлифовальных абразивных кругов осуществляется на балансировочных стендах в
статическом режиме.
Применение такой балансировки имеет следующие недостатки:
- крайне низкая производительность балансировочного процесса;
- низкая точность балансировки, так как определяется практически не величина
остаточного дисбаланса, а диапазон величин, определяющих класс по ГОСТ 3060-86.
Необходимо отметить, что использование традиционных методов контроля, при которых
дисбаланс определяется на стендах при вращении тела, применительно к шлифовальным
кругам неприменимо, из-за возможности разрушения круга в процессе его вращения. Это
прежде всего относится к кругам большого веса с большими дисбалансами. В этом случае
работа на таких стендах небезопасна для оператора.
Из сказанного следует, что проблема контроля дисбаланса шлифовальных кругов и их
последующая градация по величине и месту расположения дисбаланса является важной
технической задачей, требующей новых принципов и подходов для ее решения.
Для решения этой задачи предлагается проводить контроль дисбаланса шлифовальных
кругов в динамическом режиме с использованием принципиально нового способа, при
котором каждая точка контролируемого тела совершает круговое циркуляционное
движение с амплитудой 2…5 мм и частотой 8…12 Гц (рисунок 1).
Балансируемый ротор 4 приводится в круговое циркуляционное движение 1, которое
является аналогом одного из вариантов двух одновременных поперечных вибраций в
ортогональных направлениях со сдвигом на 90 градусов. В результате наличия дисбаланса
3 балансируемый ротор начинает совершать крутильные колебания 2 вокруг собственной
оси. Амплитуда этих колебаний пропорциональна при определенных условиях величине
неуравновешенности, а фазовый сдвиг между задаваемым движением 1 и собственными
колебаниями 2 определяет угловую координату расположения неуравновешенности на
роторе.
5. Научно-техническое описание
Такая технология называется технологией балансировки в режиме кругового
циркуляционного движения. В отличии от балансировки при вращении, где измеряются
результаты воздействия радиальной составляющей сил инерции, в данном способе
измеряются результаты действия тангенциальной составляющей сил инерции. При этом
информативные сигналы от неуравновешенности, оказываются вполне достаточными для
их устойчивого измерения в течение 3...5 секунд. Кроме этого только при применении
такого консольного закрепления балансируемого ротора существует возможность
определять параметры неуравновешенности таких роторов, как шлифовальные круги с
крепежными элементами, которые в настоящее время не балансируются.
Применение предлагаемого способа определения параметров дисбаланса шлифовальных
кругов позволит не только определить с требуемой точностью величину
неуравновешенности, но и достаточно просто автоматизировать определение и нанесение
метки угловой координаты места ее расположения на круге. Что в последующем (на
предприятии потребителе шлифовальных кругов) сделает возможным предварительно
учесть имеющийся дисбаланс круга.
6. Предлагаемая к выпуску продукция
Станок для балансировки роторов в вибрационном режиме
7. Существующие аналоги и преимущества перед ними
Аналогов станков для балансировки шлифовальных кругов (особенно для балансировки
кругов больших масс и типоразмеров) не существует.
Преимущества применения предлагаемой технологии балансировки шлифовальных
кругов в режиме кругового движения:
- точное определение величины дисбаланса;
- повышение производительности балансировочного процесса;
- возможность определения угловой координаты места расположения дисбаланса в
автоматическом режиме;
- возможность проводить устранение дисбаланса на предприятии-потребителе расчетным
способом посредством перемещения грузов на планшайбе;
- низкое энергопотребление.
8. Анализ рынка (потенциальные потребители, география проекта)
На стадии технического проекта буду проведены детальные маркетинговые исследования
состояния рынка в предметной области.
Предполагаемый объем производства: 50 ед. в год.
Рынок потребителей: Российский рынок -100 ед., международный - 400 ед.
9. Защита интеллектуальной собственности (наличие правоохранных и
прочих документов)
Вид, название и Дата
номер
приоритета
охранного
документа
Авторы
Патент
на 07.11.2005
изобретение
«Станок
для
балансировки
роторов»
№2299409
Кочкин
С.В.,
Николаев А.Н.,
Малеев
Б.А.,
Брякин
Л.А.,
Щербаков М.А.
Правообладатель Статус
документа на
дату
предоставления
информации о
проекте
Николаев
Не действует,
Александр
но может быть
Николаевич,
восстановлен
Малев
Борис
Абрамович,
Брякин Леонид
Алексеевич,
Щербаков
Михаил
Александрович,
Кочкин Сергей
Вячеславович
10. Информация об участии проекта в конкурсах инновационных
проектов, в т.ч. в федеральных (название конкурса, организатор, сроки
проведения, результаты участия)
Не участвовал
11. Состояние проекта
Стадия разработки: ОКР, эскизный проект
Имеется следующий научно-технический задел:
Коллектив авторов в течение длительного времени занимался разработкой теоретических
основ балансировки тел вращения с одной плоскостью уравновешения в режиме малых
угловых колебаний и в режиме сферического циркуляционного движения. В 2008 году
авторы внедрили на предприятие-изготовитель демпферов двигателей а/м ВАЗ
(Егоршинский радиозавод) станок для балансировки роторов, который работал в режиме
сферического циркуляционного движения.
Имеющийся практический и теоретический задел позволит коллективу в кратчайшие
сроки, используя уже разработанные элементы конструкций изготовить опытнопромышленный образец балансировочного устройства.
Творческий коллектив авторов является сплоченной командой профессионалов, имеющих
многолетний опыт разработки и изготовления балансировочных устройств, работающих в
вибрационных режимах. Костяк команды составляет сотрудники Пензенского
государственного университета. За последние 5 лет коллектив выполнил 3 госбюджетных
и 1 хоздоговорную НИОКР по разработке подобного балансировочного оборудования. За
это время получены серьезные результаты и наработки, которые позволяют оперативно
проводить ОКР по разработке балансировочного оборудования для уравновешивания
роторов различных типоразмеров и масс.
12. Фотоматериал (3-5 фотографий)
Рисунок 1 – определение дисбаланса в режиме кругового движения
Рисунок 2 – Опытный образец станка для балансировки роторов в вибрационном режиме
(без вращения)
13. Схема реализации проекта (предстоящие этапы и основные
сложности - риски)
Вид сотрудничества, способ финансирования разработки: привлечение венчурного
инвестора.
На этапе технического проекта при составлении бизнес-плана будут определены
предстоящие этапы и основные риски.
14. Имеющиеся ресурсы для реализации проекта (производственные
мощности, сырье, трудовые ресурсы, инвестиционная площадка,
инфраструктура)
Научно-исследовательская лаборатория кафедры «Автоматика и телемеханика».
15. Необходимые ресурсы для реализации проекта
Наименование
статьи Расшифровка статьи
затрат
Зарплата с начислениями
на заработную плату
Материалы,
сырье
и
комплектующие
Прочие расходы
Итого:
Сумма, тыс. руб.
3500
900
400
4800
16. Финансовые показатели проекта
Общая
стоимость
проекта,
млн. руб.
Необходимы
е
для
привлечения
инвестиций,
млн. руб.
Срок
реализац
ии
проекта,
мес.
4,8
4,8
24
Период
окупаемост
и проекта,
мес.
Предполагаемый
объем выпуска и
реализации, млн.
руб./год
Имеющиеся
ресурсы
для
реализации
проекта
(производствен
ные мощности,
сырье,
труд.
ресурсы и др. )
На
этапе На
этапе Научнотехническо технического
исследовательс
го проекта проекта
при кая лаборатория
при
составлении
кафедры
составлени бизнес-плана
«Автоматика и
и бизнес- будут
телемеханика».
плана будет проработаны
проработан вопросы
вопрос
предполагаемого
периода
объема выпуска и
окупаемост реализации
и проекта
продукции
17. Перспективы развития (при получении инвестиций), возможные
результаты по этапам реализации проекта
Перспективы развития проекта будут сформулированы по окончанию работ по текущему
этапу.
Стадия разработки на завершающем этапе: Рабочая конструкторская документация
единичного производства
Степень готовности на завершающем этапе: Единичное производство
18. Ожидаемый социально-экономический эффект (количество
создаваемых рабочих мест, налоговые поступления в бюджеты всех
уровней)
На этапе технического проекта при составлении бизнес-плана будут проработаны вопросы
ожидаемого социально-экономического эффекта.
19. Команда проекта
19.1. Руководитель проекта (Ф.И.О., место работы/учебы, должность)
Кочкин Сергей Вячеславович, научно-исследовательский отдел по инновационной
деятельности, начальник отдела
19.2. Участники проекта (Ф.И.О., место работы/учебы, должность, роль в
проекте)
1) Щербаков Михаил Александрович, зав. кафедры «Автоматика и телемеханика»,
научный руководитель проекта
2) Брякин Леонид Алексеевич, доцент кафедры «Вычислительная техника», разработчик
3) Николаев Александр Николаевич, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика»,
разработчик
4) Малев Борис Авраамович, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика», разработчик
20. Контактная информация
20.1. Название предприятия (организации)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пензенский государственный университет»
20.2. Информация о предприятии (сфера деятельности)
Образовательная деятельность, научная деятельность, инновационная деятельность
20.3. Руководитель (Ф.И.О., должность)
Волчихин Владимир Иванович, ректор
20.4. Адрес
440026, г. Пенза, ул. Красная, 40
20.5. Телефон/Факс, электронная почта, web-сайт
(8412) 56-35-11/(8412) 56-51-22, prorektorat@pnzgu.ru, http://www.pnzgu.ru/
21. Дата представления или последнего обновления информации
14.11.2010