Работу над проблемами балансировки можно представить в следующем виде: разработка методики (на основе научных исследований)- разработка технологии — исполнение. Раньше этими проблемами занимались много разных организаций: научно-исследовательские и отраслевые институты, конструкторские бюро, серийные заводы и т.д. Сейчас налицо тенденция к объединению производителей и разработчиков в единые структуры. Соответственно и проблемами балансировки (как и многими другими) нужно заниматься в рамках этой структуры.
В связи с этим хочу изложить свои соображения о задачах стоящих перед участком опытной балансировки, способам их решения, а также некоторые предложения по организации работы на серийном производстве.
Рассмотрим, сначала в общих чертах, отработку тех. процесса балансировки, опуская проектирование оснастки и некоторые особенности балансировочных станков, что является темой отдельного доклада, параллельно внося предложения по изменениям и дополнениям в работу станков «ДИАМЕХ». Вообще для отработки технологии на опытном производстве и для последующей работы на серийном должны использоваться одни и те же станки и оснастка.
Полностью отработанная, и готовая для передачи в серийное производство, технология должна обеспечивать балансировку любого ротора максимально тремя пусками, а также заданную точность.
Решение данной задачи можно условно разделить на две части: первое — это непосредственно процесс балансировки (выбор оборотов, настройка станка и его проверка, определение точности и т.д.), второе — это определение и устранение технологических и скрытых дисбалансов.
1.1. При выборе оборотов ротора при низкочастотной балансировке нужно исходить из особенностей данного, конкретного ротора и технических возможностей станка. Для этого, по моему глубокому убеждению, необходимо иметь в измерительной системе станка функцию «осциллограф» для записи и анализа суммарного сигнала с первичных вибропреобразователей и получения амплетудо-фазо-частотных характеристик (АФЧХ), причем полноценных, как при вибродиагностических исследованиях. Обороты балансируемого ротора должны находиться в зоне с наименьшими помехами, используя принцип минимальной достаточности. Практика показала чрезвычайную важность режима осциллограф, появилась возможность непосредственно во время балансировки оценивать состояние станка, оснастки, подшипников и т.д.
1.2. Особенностью роторов авиационных двигателей является большое разнообразие их конфигураций: консольных, дисковых, роторов с отношением расстояния между опорами к расстоянию между плоскостями коррекции порядка десяти (например ТНД) и т.д. В последнее время появилась многоплоскостная балансировка, балансировка по главному вектору и главному моменту. Поэтому классические варианты настройки в плоскости коррекции не всегда достаточно эффективны. Требуется настройка в технологические плоскости, особый алгоритм для консольных роторов, балансировки по главному вектору и главному моменту с дифференцированным распределением по нескольким плоскостям коррекций и т.д. Большинство роторов баласируются с помощью различных балансировочных грузов, устанавливаемых в строго определенные места. Необходимо создать программу расстановки грузов (для этой цели можно использовать программу расстановки лопаток), для каждого ротора. Таким образом, настройка на данный типоразмер ротора должна представлять собой не только установочные данные и рассчитанные коэффициенты влияния, а некий пакет программ для решения всех задач по балансировке данного ротора.
1.3. Выбранный вариант настройки необходимо тщательно проверить экспериментально. На отбалансированный ротор вносить технологические грузы и сравнивать полученный результат с ожидаемым. При чем особенно тщательно проверять ротора сложной конфигурации (при поэлементной балансировке) на возможность скрытых дисбалансов. Проверку остаточного дисбаланса проводить, руководствуясь требованиями ГОСТ-22061-76.
2.1. Важной составляющей при достижении необходимой точности балансировки являются технологические дисбалансы. Вообще технологические дисбалансы могут вносить любые узлы и детали, которые снимаются после балансировки или могущие изменить положение оси вращения ротора или его главной центральной оси инерции. Все это нужно учитывать при разработке тех. процесса балансировки. Рассмотрим некоторые из них.
2.2. В практике балансировки часто применяются различные технологические оправки, которые неизбежно вносят дисбаланс, часто значительно превышающий допустимый. Просто отбалансировать их не всегда достаточно, остаются еще погрешности базирования. Оправку необходимо рассматривать как модуль. Для устранения технологического дисбаланса оправки необходимо отбалансировать на ней ротор, а затем развернуть его относительно оправки на 1800 . Полученный дисбаланс будет равен двойному дисбалансу, вносимому оправкой. В результате проведенных работ ротор, устанавливаемый на оправку в любом положении, не должен менять свой дисбаланс.
2.3. Значительные погрешности могут вносить рабочие лопатки некоторых роторов. Эти погрешности возникают либо от качки лопаток в пазах дисков, либо от их зацепления по бандажным полкам. Проблема заключается в том, что положение лопаток при балансировке на станке, будет отличаться от их положения при работе на изделии. Оценить погрешность от смещения даже одной лопатки, допустим на10 ,можно следующим образом: представить статический момент лопатки как вектор А / 00 и сложить его с вектором А / 1790 , где А-статический момент лопатки. Решить эту проблему можно несколькими способами:
2.3.1. Разогнать ротор на станке до оборотов, достаточных, для того, чтобы лопатки под действием центробежной силы, заняли свое истинное положение. Это может, получится с лопатками без бандажных полок. Для лопаток с бандажными полками, скорее всего, потребуются слишком большие обороты.
2.3.2. Использовать моментные весы и программу расстановки лопаток по статическому моменту. Комплект рабочих лопаток, в данном случае, нужно рассматривать как модуль. Методика замены комплекта рабочих лопаток без последующей балансировки — это тема отдельного разговора, поэтому примем за факт, что она отработанна. Тогда можно будет отбалансировать ротор без лопаток, а затем устанавливать на него, предварительно разложенный до минимально возможного вектора остаточного дисбаланса, комплект лопаток (раскладка в ноль). Или, в тех случаях, когда велики погрешности изготовления пазов диска, использовать при балансировке специально подготовленный комплект лопаток-имитаторов.
К функциям станка, в этом случае, целесообразно добавить функцию «расстановка лопаток» и подключить моментные весы. Таким образом, с учетом и других вышеизложенных предложений, получим уже автоматизированное рабочее место «сборка-балансировка». Можно также, подключив принтер, распечатывать тех. паспорта установленного образца. Ввести в компьютер тексты и эскизы технологий, справочный материал, обучающие программы и многое другое.
При разработке методик балансировки ключевым является вопрос о гибкости ротора. То есть, попросту говоря, прогибается ротор на рабочих оборотах или нет, а если прогибается, то как именно. Ответ на этот вопрос нельзя получить без испытаний на вакуумном стенде. Иначе приходится действовать практически наугад: беря за основу весьма приблизительные расчеты, опыт работы с другими изделиями (тоже весьма абстрактный) или просто балансировать ротор как гибкий, что называется на всякий случай.
По результатам испытаний на вакуумном стенде можно будет принимать решение о выборе той или иной методики балансировки для каждого конкретного ротора. Это может быть многоплоскостная балансировка в том или ином виде, поэлементность, возможно высокочастотная балансировка некоторых роторов, формирование роторов по их динамическим характеристикам (в этом случае участок необходимо оснастить аппаратурой для определения собственных частот) или вносить изменения в конструкцию. А в некоторых случаях, если выяснится что ротор жесткий, то можно балансировать его как жесткий что существенно снизит трудоемкость балансировки.Теперь хотелось бы сказать несколько слов о балансировке в серийном производстве. Допустим, в производство поступила полностью отработанная и проверенная, как это описывалось выше технология. Встает вопрос о ее точном исполнении и контроле. В настоящее время контроль осуществляется обычно так: станки и оснастка проходят периодическую проверку, а каждую балансировку исполнитель предъявляет контролеру, либо исполнитель работает на самоконтроле. В тех. паспорте балансировка закрывается несколькими, часто формальными записями. Между тем, каждый, кто достаточно долго занимался балансировкой, может вспомнить множество различных случаев сбоев в балансировке, вызванных как человеческим фактором (чаще всего), так и различными техническими неисправностями. Производство сейчас характерно сравнительно небольшими объемами, но большой номенклатурой изделий. В этих условиях часто, что вполне оправданно, на одном станке балансируется несколько роторов и станок приходится переналаживать. Это увеличивает возможность ошибки, да и человеческий фактор, к сожалению, не всегда работает в лучшую сторону.
Учитывая все вышеизложенное, предлагаю объединить все измерительные системы балансировочных станков на предприятии в единую систему управления балансировочным процессом. Если, как предлагалось ранее, в них будет функция «осциллограф», то по АЧХ можно будет следить за состоянием станка, оснастки, датчиков, подшипников, возможно правильностью сборки ротора, точностью балансировки и т.д. практически в режиме реального времени. Получать сигнал о неисправности не при очередной проверке, а как только она появится. Мониторинг можно проводить в любом месте на главном компьютере, в котором будут находиться программы всех настроек и записи АЧХ всех станков и роторов. Информация о начале балансировки на любом из станков поступает на пульт автоматически. Путем сравнения, возможно даже автоматизированного, АЧХ и других параметров можно судить об исправности системы.
Например, поступили данные первого пуска: сравнивая АЧХ и установочные данные с имеющимися в памяти компьютера можно сделать вывод, что на станок установлен именно тот ротор, который заявлен и что система работает исправно. Данные последнего пуска позволяют сделать вывод, что ротор отбалансирован в пределах допуска. Сравнивая расчетные данные с первого пуска и реально установленные грузы в конце балансировки можно сделать вывод о том, что настройка не «сбилась». Сравнение данных начала и конца балансировки является, по сути, полноценной проверкой всей системы в целом и что особенно важно, проводиться она будет при каждой балансировке.
Результаты балансировки в виде записи этих параметров сохранять в памяти компьютера, создать, так сказать, электронный паспорт ротора. Этот паспорт будет гораздо объективнее традиционного. Данные электронного паспорта, несомненно, пригодятся для статистики и анализа.
Например: изделие снято с испытаний из-за повышенной вибрации, анализ данных электронного паспорта (своего рода «черный ящик») позволит сказать, что, по крайней мере, с точки зрения исполнения балансировки, претензий нет, и причины следует искать в другом.
Опыт применения такой единой системы и АРМ на одном участке (8 станков, причем разных систем, поколений и годов выпуска) уже имеется и многое из вышеизложенного успешно используется.
