Способ балансировки шлифовального круга и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано в машиностроении для балансировки шлифовальных кругов. Технический результат - повышение производительности и снижение трудоемкости балансировки. С помощью датчика виброскорости формируют сигнал напряжением U₁, характеризующий вектор дисбаланса шлифовального круга и балансировочного устройства. При получении сигналов с оптоэлектронных датчиков запоминают на конденсаторах напряжения U_1X и U_1Y. Разряжая конденсаторы через резисторы с одинаковой скоростью, уменьшают напряжения U_1X и U_1Y до напряжения U₂, превышающего напряжение шумов, за счет чего с помощью компараторов формируют фазово-импульсные сигналы Х_И и Y_И. Затем фазово-импульсные сигналы Х_И и Y_И преобразуют в силовые фазово-импульсные сигналы питания электродвигателей, с помощью которых перемещают корректирующие массы до ликвидации дисбаланса шлифовального круга. Для расширения функциональных возможностей и повышения точности балансировки с помощью конечных выключателей "Х+", "Х-", "Y+", "Y-", "Хн" и "Yн" регистрируют расположение корректирующих масс в начальном положении и положении максимума дисбаланса, а также, измеряя напряжение U_1X и U_1Y, вычисляют величину и направление вектора дисбаланса шлифовального круга. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в машиностроении (станкостроении) и на предприятиях черной металлургии для балансировки преимущественно шлифовальных кругов, а также может применяться для балансировки других вращающихся тел.

Известно автоматическое балансировочное устройство, предназначенное для балансировки вращающихся тел (1), а также способ балансировки, примененный в данном устройстве. Данное автоматическое балансировочное устройство содержит три электрически независимых механизма коррекции, каждый из которых создает вектор дисбаланса вдоль оси, расположенной под углом 120 градусов относительно других осей. Для способа и устройства, предназначенного компенсировать статистический дисбаланс, то есть условно работающего в одной плоскости коррекции, такое решение означает наличие взаимной связи всех трех каналов управления и механизмов коррекции, из-за чего работа автоматического балансировочного устройства ухудшается, способ балансировки усложняется. Конструкции автоматической системы управления балансировкой и балансирующее устройство также оказываются неоправданно усложненными. Известно устройство (2), выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус, размещенные в нем механизмы корректировки с двумя парами корректирующих масс и приводы корректирующих масс, выполненные в виде реверсивных электродвигателей с размещенными на их валах шестернями, корректирующие массы выполнены в виде неуравновешенных зубчатых колес, причем в каждой паре масс одна из корректирующих масс связана непосредственно с шестерней, расположенной на валу электродвигателя, а вторая корректирующая масса связана с этой шестерней через дополнительную реверсивную шестерню.

Недостатком данного устройства является невысокая производительность и точность, отсутствие автоматического управления балансировкой, а также сложность установки корректирующих масс в начальное положение, при котором суммарный центр масс корректирующих масс совпадает с осью вращения балансируемого тела.

Технической задачей являются повышение производительности и снижение трудоемкости балансировки, расширение функциональных возможностей и повышение точности балансировки.

Повышение производительности и снижение трудоемкости балансировки осуществляется за счет автоматизации процесса балансировки. Техническая задача достигается тем, что в способе балансировки шлифовального круга, включающем установку четырех корректирующих масс соосно с осью вращения шлифовального круга, группировку корректирующих масс попарно, вращение каждой из корректирующих масс в каждой паре в противоположных направлениях и на равные угловые расстояния с помощью электродвигателей, причем пары масс располагают так, чтобы линия, соединяющая общий центр масс одной пары с осью вращения шлифовального круга, была перпендикулярна линии, соединяющей общий центр масс второй пары с осью вращения шлифовального круга, согласно изобретению на опорных элементах шлифовального круга измеряют виброскорость датчиком, установленным на линии контроля вибрации, перпендикулярной оси вращения шлифовального круга, запоминают напряжение U_1x и U_1y с датчика, равные значениям напряжения, фиксируемого при параллельности линии контроля вибрации с линиями, соединяющими общий центр масс каждой пары масс с осью вращения шлифовального круга, с одинаковой скоростью уменьшают напряжение U_1x и U_1y до напряжения U₂, превышающего напряжение шумов, формируют два фазово-импульсных сигнала X_и и Y_и, причем фазу начала импульса сигнала X_и устанавливают равной фазовому положению шлифовального круга при пересечении общим центром масс первой пары масс линии контроля вибрации, фазу начала импульса сигнала Y_и устанавливают равной фазовому положению шлифовального круга при пересечении общим центром масс второй пары масс линии контроля вибрации, а длительности сигналов X_и и Y_и устанавливают равными временам, за которые происходят уменьшения напряжений U_1x и U_1y соответственно до напряжения U₂, причем длительности обоих импульсов устанавливают меньше периода вращения шлифовального круга, затем фазово-импульсные сигналы X_и и Y_и преобразуют в силовые фазово-импульсные сигналы питания электродвигателей, с помощью которых перемещают корректирующие массы до ликвидации дисбаланса шлифовального круга, а в устройстве для осуществления способа балансировки шлифовального круга, содержащем корпус, размещенный в нем механизм корректировки с двумя парами корректирующих масс и привод корректирующих масс, выполненный в виде реверсивных электродвигателей с размещенными на их валах шестернями, корректирующие массы выполнены в виде неуравновешенных зубчатых колес, причем в каждой паре масс одна из корректирующих масс соединена непосредственно с шестерней, расположенной на валу электродвигателя, а вторая корректирующая масса соединена с этой шестерней через дополнительную реверсивную шестерню, согласно изобретению на опоре балансируемого тела, на линии контроля вибрации, установлен датчик виброскорости, соединенный через усилитель-преобразователь, резистор и четыре управляемых электронных ключа с четырьмя конденсаторами, четырьмя резисторами, включенными параллельно конденсаторам, двумя положительными входами двухвходовых компараторов и двумя отрицательными входами двухвходовых компараторов, на оси балансировочного устройства смонтирован диск с установленными на нем двумя оптоэлектронными датчиками, смещенными на 90 градусов один относительно другого, причем диск с оптоэлектронными датчиками механически зафиксирован относительно опоры шлифовального круга таким образом, что один оптоэлектронный датчик расположен на линии контроля вибрации, а второй оптоэлектронный датчик смещен относительно линии контроля вибрации на 90 градусов по ходу вращения шлифовального круга, каждый из оптоэлектронных датчиков соединен через преобразователь с управляющими входами двух электронных ключей, на оси балансировочного устройства также смонтирована полоса прямоугольной формы, выполненная из оптически непрозрачного материала, причем длина полосы не меньше расстояния от оси балансировочного устройства до оптоэлектронных датчиков, а ширина полосы определяется выражением: C = C₁ = C₂ = C₃ = C₄, где h - ширина полосы; l - расстояние от оси балансировочного устройства до оптоэлектронных датчиков; Т - время одного оборота шлифовального круга; R₁ - номинал резистора, соединенного с усилителем-преобразователем; C₁ - C₄ - номиналы вышеперечисленных конденсаторов, а остальные входы двухвходовых компараторов соединены с двуполярным источником постоянного напряжения величиной U₂, причем положительный выход двуполярного источника постоянного напряжения соединен с положительными входами компараторов, отрицательный выход двуполярного источника постоянного напряжения соединен с отрицательными входами компараторов, а величина напряжения U₂ определяется выражением:
где - абсолютное значение уровня шума,
номиналы резисторов, включенных параллельно конденсаторам, определяются соотношениями:
R₂ = R₃ = R₄ + R₅ = R;

где U_1М - максимальная величина сигнала виброскорости, направленной вдоль линии контроля вибрации;
R₂ - R₅ - номиналы резисторов, включенных параллельно конденсаторам C₁ - C₄;
выходы компараторов через блок управления и три токосъемных устройства, расположенных на оси вращения балансируемого тела, соединены с двумя электродвигателями привода двух пар корректирующих масс X и Y.

Дополнительной технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности балансировки.

Расширение функциональных возможностей осуществляется за счет коррекции больших значений дисбаланса (по сравнению с прототипом) путем установки дополнительных корректирующих масс на обод балансируемого тела после получения сигнала о том, что дисбаланс существует, а возможности его устранения с помощью основных корректирующих масс исчерпаны. Таким образом, при этой же емкости балансирующего устройства, что и в прототипе, появляется возможность коррекции больших значений дисбаланса. Появляется возможность изначально уменьшить емкость устройства по сравнению с прототипом, т.е. повысить точность балансировки за счет уменьшения корректирующих масс, а ликвидацию больших значений дисбаланса осуществлять с помощью дополнительных корректирующих масс.

Кроме того, появляется возможность повышения производительности балансировки, так как исчезает необходимость предварительной балансировки с помощью дополнительных корректирующих масс, поскольку эту технологическую операцию при необходимости можно проделать в процессе основной балансировки. Указанная дополнительная техническая задача осуществляется в способе согласно изобретению за счет того, что регистрируют расположение корректирующих масс в каждой паре масс в положении максимума дисбаланса пары корректирующих масс, при котором центры масс обеих корректирующих масс, входящих в пару масс, расположены на одной линии параллельной оси вращения шлифовального круга, причем, если такое расположение корректирующих масс сохраняется в течение времени, превышающего период вращения шлифовального круга, а амплитуда виброскорости вдоль линии контроля вибрации превышает напряжение U₂, процесс балансировки останавливают, на шлифовальном круге в точке, наиболее близкой к положению максимума дисбаланса пары корректирующих масс, устанавливают дополнительную корректирующую массу, после чего процесс балансировки повторяют, а на корпусе устройства согласно изобретению в точках, наиболее близких по угловому положению к точкам максимума корректирующих масс, установлены четыре концевых выключателя, обозначенные "X+", "X-", "Y+", "Y-", соединенные с вычислительным устройством, которое соединено с выходами компараторов и с индикаторным устройством, а шестерни корректирующих масс снабжены выступами, расположенными с возможностью воздействия на толкатели концевых выключателей при нахождении корректирующих масс в положении максимума.

Следующая дополнительная техническая задача изобретения - точная установка корректирующих масс в начальное положение, при котором суммарный центр корректирующих масс совпадает с осью вращения балансируемого тела.

Установка корректирующих масс в начальное положение уменьшает нагрузку на ось шлифовального круга (шпиндель шлифовального станка) при первоначальном пуске системы. Нагрузка на ось шлифовального круга определяется величиной суммарного вектора дисбаланса, который является суммой векторов дисбаланса шлифовального круга и вектора дисбаланса корректирующих масс (балансировочного устройства). Установка корректирующих масс в начальное положение сводит к нулю значение вектора дисбаланса корректирующих масс и тем самым уменьшает вероятность повышенной нагрузки на шпиндель и подшипники шлифовального станка при первоначальном пуске.

Указанная дополнительная техническая задача достигается тем, что в способе согласно изобретению при начальном приведении во вращение шлифовального круга перед началом балансировки в неподвижном состоянии шлифовального круга производят установку корректирующих масс в начальное положение, при котором центры масс в каждой паре масс располагают симметрично относительно оси вращения, а на корпусе балансировочного устройства согласно изобретению установлены дополнительно четыре концевых выключателя, обозначенные "X_н", " Y_н", соединенные с вычислительным устройством и расположенные с возможностью воздействия на толкатели этих дополнительных концевых выключателей выступами корректирующих масс при их нахождении в начальном положении, а индикаторное устройство снабжено индикаторами, информирующими о нахождении корректирующих масс в начальном положении.

Следующей дополнительной технической задачей изобретения является регистрация начальных положений или положений максимума дисбаланса пар корректирующих масс.

Поставленная дополнительная техническая задача достигается тем, что в способе согласно изобретению с помощью электронной схемы формируют токовый сигнал, возникающий при достижении парами корректирующих масс начальных положений или положений максимума дисбаланса парой корректирующих масс, причем максимальная величина токового сигнала, который формируют при достижении первой парой масс одного из начальных положений или положений максимума дисбаланса первой пары масс, меньше разности любых двух величин токового сигнала, который формируют при достижении второй парой масс одного из начальных положений или положений максимума дисбаланса второй пары масс, этот токовый сигнал также с помощью электронной схемы измеряют, а величину токового сигнала, содержащую информацию о положении корректирующих масс, регистрируют, а в устройстве согласно изобретению концевые выключатели соединены через резисторы, дополнительное токосъемное устройство и аналого-цифровой преобразователь с вычислительным устройством, причем максимальная величина резистора, соединенного с каким-либо из концевых выключателей " X+", "X-", X_н, меньше разности величин любых двух резисторов, соединенных с концевыми выключателями "Y+", "Y-", "Y_н".

Следующая дополнительная техническая задача изобретения - точное определение вектора дисбаланса. Знание величины и направления суммарного вектора дисбаланса позволяет оптимальным образом выбрать вес и место установки дополнительных корректирующих масс и тем самым повысить точность и расширить функциональные возможности способа и устройства для балансировки вращающихся тел.

Поставленная дополнительная техническая задача изобретения достигается тем, что в способе согласно изобретению измеряют и запоминают амплитуды напряжений U_1X и U_1Y, а затем вычисляют величину и направление вектора дисбаланса по следующим формулам:
D_X = K_XU_1X
D_Y = К_YU_1Y

,
где D_X - величина проекции вектора дисбаланса на ось X
D_Y - величина проекции вектора дисбаланса на ось Y
Φ - угол между осью X и вектором дисбаланса D
К_X, К_Y - коэффициенты пропорциональности соответственно для D_X и D_Y,
а в устройстве согласно изобретению упомянутые ранее конденсаторы соединены через дополнительные аналого-цифровые преобразователи с вычислительным устройством. В индикаторном устройстве установлены индикаторы, отображающие амплитуды и направления векторов дисбаланса по осям X и Y, а также амплитуду и угол суммарного вектора дисбаланса.

Сущность заявляемого способа и путь его реализации с помощью предлагаемого устройства поясняется предлагаемыми чертежами. На фиг. 1 показана электрическая принципиальная схема балансировочного устройства, реализующая заявляемый способ; на фиг. 2 даны положения корректирующих масс; на фиг. 3 - графики зависимости напряжений на конденсаторах при осуществлении способа балансировки.

Механическая часть балансировочного устройства содержит корпус, размещенные в нем механизм корректировки с двумя парами корректирующих масс и привод корректирующих масс, выполненный в виде реверсивных электродвигателей.

Корректирующие массы выполнены в виде неуравновешенных зубчатых колес, причем в каждой паре масс одна из корректирующих масс связана непосредственно с шестерней, расположенной на валу электродвигателя, а вторая корректирующая масса связана с этой шестерней через дополнительную реверсивную шестерню.

На опоре шлифовального круга (например, на шлифовальном станке) на линии контроля вибрации установлен датчик виброскорости 1, соединенный с входом усилителя-преобразователя 2. Выход усилителя- преобразователя 2 соединен через резистор R₁ со входами четырех управляемых электронных ключей S1-S4. Каждый из выходов управляемых электронных ключей S1-S4 соединен соответственно с одним из конденсаторов C₁ - C₄ и одним из резисторов R₂ - R₅, включенных параллельно конденсаторам. Каждый из конденсаторов C₁ - C₄ также соединен с одним из входов компараторов DD1-DD4, причем конденсаторы C₁ и C₃ соединены с положительными входами компараторов DD1 и DD3, а конденсаторы C₂ и C₄ соединены с отрицательными входами компараторов DD2 и DD4. Положительные входы двухвходовых компараторов DD2 и DD4 соединены с положительным выходом двуполярного источника напряжения 3 величиной U₂, а отрицательные входы компараторов DD1 и DD3 соединены с отрицательным выходом двуполярного источника напряжения 3.

Кроме того, конденсаторы C₁ - C₄ соединены с входами блока аналого-цифровых преобразователей 4. Выход блока аналого-цифровых преобразователей 4 соединен через вычислительный блок 5 с индикаторным блоком 6.

Индикаторный блок 6 содержит цифровые индикаторы, предназначенные для отображения следующей информации: величины и направления векторов дисбаланса D_X, D_Y соответственно по осям X и Y, величина D и угол Φ суммарного вектора дисбаланса . Кроме того, индикаторный блок 6 содержит светодиодные индикаторы, предназначенные для сигнализации о достижении корректирующими массами начальных положений "X_H1", "X_H2", "Y_H1", "Y_H2"
Выходы компараторов DD1-DD4 соединены с блоком управления 7. Вычислительный блок 5 также соединен с блоком управления 7.

На оси балансировочного устройства смонтирован диск с установленными на нем двумя оптоэлектронными датчиками 8 и 9, смещенными на 90 градусов один относительно другого, причем диск с оптоэлектронными датчиками механически зафиксирован относительно опоры шлифовального круга таким образом, что оптоэлектронный датчик 8 расположен на линии контроля вибрации, а оптоэлектронный датчик 9 смещен относительно линии контроля вибрации на 90 градусов по ходу вращения шлифовального круга 10. Каждый из оптоэлектронных датчиков 8 и 9 соединен через преобразователь 11 с управляющими входами электронных ключей S1-S4, причем оптоэлектронный датчик 8 соединен с управляющими входами электронных ключей S1 и S2, а оптоэлектронный датчик 9 - с управляющими входами электронных ключей S3 и S4.

На оси балансировочного устройства также смонтирована полоса прямоугольной формы, выполненная из оптически непрозрачного материала, причем длина полосы не меньше расстояния от оси балансировочного устройства до оптоэлектронных датчиков 8 и 9, а ширина полосы определяется выражением:

где h - ширина полосы;
l - расстояние от оси балансировочного устройства до оптоэлектронных датчиков 8 и 9;
Т - время одного оборота шлифовального круга;
C=C₁=C₂=C₃=C₄
Номиналы резисторов R2-R5 определяются соотношениями:
R₂ = R₃ = R₄ = R₅ = R

где U₁ - максимальная величина сигнала на выходе усилителя-формирователя 2.

Выходы блока управления 7 через токосъемные устройства 12,13,14 соединены с электродвигателями 15 и 16. На корпусе балансировочного устройства в точках, наиболее близких по угловому положению к точкам максимума дисбаланса пары корректирующих масс (фиг. 2а), установлены четыре концевых выключателя, обозначенные " X+", "X-", " Y+", " Y-" и соединенные соответственно с резисторами R₆, R₈, R₉, R₁₁. На корпусе балансировочного устройства в точках, наиболее близких по угловому положению к точкам минимума дисбаланса пары корректирующих масс, смонтированы четыре дополнительных концевых выключателя, обозначенные "X_н", "Y_н", которые соединены соответственно с резисторами R₇ и R₁₀. Резисторы R₆ - R₁₁ соединены через дополнительное токосъемное устройство 17 и блок аналого-цифровых преобразователей 4 с вычислительным блоком 5. Кроме того, концевые выключатели "X_н", "Y_н" через дополнительный разъем 18, установленный на корпусе балансировочного устройства, и дополнительный кабель 19 могут быть соединены с вычислительным блоком. Величины резисторов R₆-R₁₁ определяются следующим соотношением: максимальная величина любого из резисторов R₆, R₇, R₈ меньше разности величин любых двух резисторов из R₉, R₁₀, R₁₁.

Токосъемные устройства 12, 13, 14, 17 установлены на валу балансировочного устройства. Шестерни корректирующих масс снабжены выступами, расположенными с возможностью воздействия на толкатели концевых выключателей "X+", "X-", "Y+", "Y-" в положении максимума (фиг. 2а) и на толкатели концевых выключателей "X_н", Y_н" в начальном положении (фиг. 2б).

Устройство, осуществляющее заявляемый способ, работает следующим образом.

Перед началом балансировки концевые выключатели "X_н", "Y_н" соединяют с вычислительным устройством 5 с помощью дополнительного кабеля 19. Затем корректирующие массы устанавливают в начальное положение с помощью устройства управления 7 и электродвигателей 15 и 16. При достижении какой-либо из корректирующих масс начального положения выступ корректирующей массы воздействует на толкатель соответствующего концевого выключателя (X_н, Y_н). Концевой выключатель замыкает электрическую цепь и формирует на соединенном с этим выключателем входе вычислительного устройства 5 сигнал логического нуля. Вычислительное устройство передает на индикаторное устройство информацию о достижении корректирующей массой начального положения и останавливает соответствующий электродвигатель путем передачи команды на устройство управления. После установки обеих пар корректирующих масс в начальное положение дополнительный кабель 19 снимают, чтобы он не мешал процессу балансировки. Установку корректирующих масс в начальное положение можно производить и в процессе балансировки. Тогда дополнительный кабель 19 не подсоединяют. Информация о достижении какой-либо из корректирующих масс начального положения поступает на вычислительное устройство 5 следующим образом: при достижении какой-либо из корректирующих масс начального положения замыкается соответствующий концевой выключатель, например X_н. На вход блока аналого-цифровых преобразователей 4 через резистор R₇ и токосъемное устройство 17 поступает ток I_XH, определяемый выражением:

где U_пит - напряжение питания цепи концевых выключателей, поступающее из блока аналого-цифровых преобразователей 4.

Аналогично, при замыкании концевого выключателя Y_н:

Сигнал о достижении какой-либо из корректирующих масс начального положения через блок аналого-цифровых преобразователей 4 поступает на вычислительный блок 5, далее работа осуществляется так же, как и в предыдущем варианте.

Установку корректирующих масс в начальное положение до основной балансировки производят в тех случаях, когда требуется снизить нагрузку на ось шлифовального круга (шпиндель шлифовального станка). А установку корректирующих масс в начальное положение в процессе основной балансировки осуществляют тогда, когда требуется максимальная производительность. Известно, что нагрузка на ось шлифовального круга определяется величиной суммарного вектора дисбаланса системами ( ), который является суммой вектора дисбаланса шлифовального круга ( ) и вектора дисбаланса корректирующих масс балансировочного устройства ( ), то есть справедливо выражение:

При установке корректирующих масс в начальное положение:


Таким образом, установка корректирующих масс в начальное положение до основной балансировки уменьшает вероятность повышенной нагрузки на шпиндель и подшипники шлифовального станка при первоначальном пуске, а установка корректирующих масс в начальное положение в процессе основной балансировки повышает производительность за счет исключения дополнительной технологической операции и уменьшает нагрузки на шпиндель и подшипники шлифовального станка в начале основной балансировки.

Основная балансировка осуществляется следующим образом: при пуске системы датчик виброскорости 1 вырабатывает электрический сигнал, характеризующий вектор дисбаланса системы . Этот сигнал, пройдя через усилитель-преобразователь 2, преобразуется в значение напряжения U₁, поступающее на входы электронных ключей S1-S4. График этого сигнала представлен на фиг. 3. При вращении шлифовального круга полоса, выполненная из непрозрачного материала и установленная на корпусе балансировочного устройства, пересекает ход лучей оптоэлектронных датчиков 8 и 9. Сигналы оптоэлектронных датчиков, пройдя через преобразователи 11, поступают на управляющие входы электронных ключей S1-S4. Каждый такой сигнал замыкает два электронных ключа и подключает к резистору R₁ два конденсатора (либо C₁ и C₂, либо C₃ и C₄). Графики напряжения на конденсаторах показаны на фиг. 3. Для того чтобы конденсаторы зарядились до напряжения U₁, необходимо, чтобы переходной процесс, начавшийся при замыкании ключей, закончился. В общем случае время переходного процесса для участка цепи, состоящей из резистора R и конденсатора C, можно определить по формуле:
t=2.3RC,
что (применительно к схеме блока формирования импульсов 3) можно записать в виде:
t₁ = 2.3 R₁ (C₁ + C₂) (1)
t₂ = 2.3 R₁ (C₃ + C₄) (2)
Формула (1) соответствует получению сигнала от оптоэлектронного датчика 8, а формула 2 - от оптоэлектронного датчика 9.

Так как:
C₁ = C₂ = C₃ = C₄ = C
t₁ = t₂ = 4,6R₁C (3)
Время t₁ зависит от длительности сигнала оптоэлектронного датчика, то есть от ширины полосы, пересекающей ход лучей оптоэлектронных датчиков.

Считая, что

где Т - время одного оборота балансируемого тела;
α - угол поворота балансируемого тела, при котором ход лучей датчика перекрыт полосой,
можно записать

Кроме того:

где h - ширина полосы;
l - расстояние от оси балансировочного устройства до оптоэлектронных датчиков,
откуда:

Подставив (3) и (4) в (5), получим:

При дальнейшем вращении шлифовального круга ключи S1-S4 размыкаются и конденсаторы C₁ - C₄ начинают разряжаться через соединенные параллельно с ними резисторы R₂ - R₅.

Напряжение на конденсаторах в этом случае определяется соотношением:

где R = R₂ = R₃ = R₄ = R₅,
t_р - время разряда конденсаторов C₁ - C₄;
U_с - напряжение на конденсаторах.

Во время разрядов конденсаторов компараторы DD1-DD4 формируют фазово-импульсные сигналы X_и и Y_и, показанные на графиках фиг. 3. Напряжение U_с при этом снижается с одинаковой скоростью с величины U₁ до величины U₂.

Легко видеть, что длительность фазово-импульсных сигналов X_и и Y_и должна быть меньше периода сигнала датчика виброскорости, то есть меньше времени одного оборота шлифовального круга. То есть выражение (7) можно переписать в виде:

откуда:
T = RC(lnU₁ - lnU₂)
или для данного случая:

Если сигнал оптоэлектронного датчика 8 поступает во время положительной полуволны напряжения U₁, напряжение на конденсаторе C₁, уменьшается с величины U₁ до величины U₂ и поступающий на блок управления 7 фазово-импульсный сигнал X_и обеспечивает вращение электродвигателя 15 и увеличение корректирующего вектора по оси X+.

Если сигнал оптоэлектронного датчика 8 поступает во время отрицательной полуволны напряжения U₁, напряжение на конденсаторе C₂ уменьшается с величины -U₁ до величины -U₂ и поступающий с компаратора DD2 на блок управления 7 фазово-импульсный сигнал X_и обеспечивает вращение электродвигателя 15 в противоположную сторону по сравнению с предыдущим случаем и увеличение корректирующего вектора по оси X - (уменьшение по оси X+).

Если сигнал оптоэлектронного датчика 9 поступает во время положительной полуволны напряжения U₁, напряжение на конденсаторе C₃ уменьшается с величины U₁ до величины U₂ и поступающий на блок управления 7 фазово-импульсный сигнал Y_и обеспечивает вращение электродвигателя 16 и увеличение корректирующего вектора по оси Y+.

Если сигнал оптоэлектронного датчика 9 поступает во время отрицательной полуволны напряжения U₁, напряжение на конденсаторе C₄ уменьшается с величины -U₁ до величины U-₂ и поступающий с компаратора DD4 на блок управления 7 фазово-импульсный сигнал Y_и обеспечивает вращение электродвигателя 16 в противоположную сторону по сравнению с предыдущим случаем и увеличение корректирующего вектора по оси Y - (уменьшение по оси Y+).

Блок управления 7 преобразует фазово-импульсные сигналы X_и и Y_и, поступающие с выходов компараторов DD1-DD4 в силовые фазово-импульсные сигналы питания электродвигателей, которые через токосъемные устройства 12, 13, 14 поступают на электродвигатели 15 и 16. Электродвигатели 15 и 16 обеспечивают угловые перемещения корректирующих масс до ликвидации дисбаланса.

Измерение вектора дисбаланса производят следующим образом: при подаче на блок аналого-цифрового преобразователя 4 импульсного сигнала от датчиков 8 измеряют величину напряжения U_1X на конденсаторе C₁. Сигнал напряжения U_1X поступает в аналоговом виде с конденсатора C₁ на блок аналого-цифрового преобразователя 4, а затем в цифровом виде записывается в вычислительный блок 5. Аналогично, при подаче на блок аналого-цифрового преобразователя 4 импульсного сигнала от датчика 9 в вычислительный блок 5 записывается значение напряжения U_1Y на конденсаторе C₃. Так как напряжение U_1X на конденсаторе C₁ пропорционально составляющей вектора дисбаланса , а напряжение U_1Y на конденсаторе C₃ пропорционально составляющей вектора дисбаланса , в вычислительном блоке определяют величины и направления векторов дисбаланса по осям X и Y, а также величину и угол суммарного вектора дисбаланса. Вычисления производят по следующим формулам:
D_X=K_XU_1X
D_Y=K_YU_1Y

где U_1X - составляющая сигнала U₁ датчика виброскорости 1, пропорциональная величине D_X;
U_1Y - составляющая сигнала U₁ датчика виброскорости 1, пропорциональная величине D_Y;
D_X - величина проекции вектора дисбаланса на ось X;
D_Y - величина проекции вектора дисбаланса на ось Y;
Φ - угол между осью X и вектором дисбаланса ;
К_X, К_Y - коэффициенты пропорциональности соответственно для D_X и D_Y.

Информация о величинах и направлениях векторов дисбаланса D_X и D_Y соответственно по осям X и Y, а также о величине D и угле Φ суммарного вектора дисбаланса поступает из вычислительного блока 5 в индикаторный блок 6 и отображается на цифровом табло. Ориентируясь на эту информацию, можно устанавливать на шлифовальном круге дополнительные корректирующие массы, что расширяет функциональные возможности заявляемого способа и устройства и повышает точность балансировки. При достижении какой-либо из корректирующих масс положения максимума дисбаланса пары корректирующих масс, например "X+" (фиг. 2), выступ шестерни корректирующей массы воздействует на толкатель концевого выключателя "X+". Концевой выключатель "X+" замыкает электрическую цепь (фиг. 1).

На вход блока аналого-цифровых преобразователей 4 через резистор R₈ и токосъемное устройство 17 поступает ток I_X+, определяемый выражением:

где U_пит - напряжение питания цепи концевых выключателей, поступающее из блока аналого-цифровых преобразователей 4.

Аналогично, при замыкании концевых выключателей "X-", "Y+", "Y-":



Сигнал о достижении какой-либо из корректирующих максимального положения через блок аналого-цифровых преобразователей 4 поступает на вычислительный блок 5. Вычислительный блок 5 передает на индикаторный блок 6 информацию о достижении корректирующей массой максимального положения. В процессе балансировки возможны одновременные замыкания двух выключателей: одного выключателя из группы "X+", "X_н", "X-" и одного выключателя из группы "Y+", "Y_н", "Y-".

Для того чтобы при этом можно было отделить токовые сигналы I_X+, I_XH, I_X- от токовых сигналов I_Y+, I_YH, I_Y-, номиналы резисторов R₆ - R₁₁ выбираются исходя из следующего соотношения: максимальная величина любого из резисторов R₆, R₇, R₈ меньше разности величин любых двух резисторов из группы R₉, R₁₀, R₁₁. Соответственно, максимальная величина токового сигнала из группы I_X+, I_XH, I_X- меньше разности величин любых двух токовых сигналов из группы I_Y+, I_YH, I_Y-.

В том случае, когда получено сообщение, что какая-либо пара корректирующих масс достигла положения максимального дисбаланса данной пары масс, причем дисбаланс существует, а возможности его устранения с помощью основных корректирующих масс исчерпаны, в точке, наиболее близкой к положению максимума дисбаланса данной пары корректирующих масс, устанавливается дополнительная корректирующая масса. Таким образом появляются возможности коррекции больших значений дисбаланса при той же емкости балансирующего устройства, т. е. расширяются функциональные возможности заявляемого способа и устройства и повышается точность балансировки.

Практические испытания заявляемых способа и устройства в производственных условиях проводились на предприятиях черной металлургии, где заявляемые способ и устройство использовались для балансировки шлифовальных кругов.

Испытания подтвердили следующий достигнутый технический результат:
1. Повышение производительности и снижение трудоемкости балансировки за счет автоматизации процесса балансировки и исключения технологической операции по предварительной балансировке шлифовальных кругов. Заявляемые способ и устройство позволяют технологическую операцию по предварительной балансировке выполнить в процессе основной балансировки на этом же оборудовании.

2. Повышение точности балансировки.

Повышение точности балансировки осуществляется за счет автоматизации процесса и исключения объективных ошибок оператора, за счет уменьшения емкости балансировочного устройства, за счет точного измерения величины и направления вектора дисбаланса.

3. Расширение функциональных возможностей.

Расширение функциональных возможностей заявляемого способа и устройства по сравнению с имеющимся в промышленности достигается за счет коррекции больших значений дисбаланса путем установки дополнительных корректирующих масс на обод балансировочного устройства, а также в непрерывном контроле за величиной и направлением вектора дисбаланса, что позволяет оптимальным образом выбрать место и вес устанавливаемой дополнительной корректирующей массы.

4. Снижение нагрузки на шпиндель и подшипники шлифовального станка при первоначальном пуске за счет точной установки корректирующих масс в начальное положение.

Нагрузка на шпиндель шлифовального станка (ось шлифовального круга) определяется величиной суммарного вектора дисбаланса, который является суммой векторов дисбаланса шлифовального круга и вектора дисбаланса корректирующих масс (балансировочного устройства). Установка корректирующих масс в начальное положение сводит к нулю значение вектора дисбаланса корректирующих масс и тем самым уменьшает вероятность повышенной нагрузки на шпиндель и подшипники шлифовального станка при первоначальном пуске.

Источники информации
1. SU 1352270, G 01 M 1/34 1987.

2. SU 918803, G 01 M 1/36 1982.

Формула изобретения

1. Способ балансировки шлифовального круга, включающий установку четырех корректирующих масс соосно с осью вращения шлифовального круга, группировку корректирующих масс попарно, вращение каждой из корректирующих масс в каждой паре в противоположных направлениях и на равные угловые расстояния с помощью электродвигателей, причем пары масс располагают из условия перпендикулярности линии, соединяющей общий центр масс одной пары с осью вращения шлифовального круга и линии, соединяющей общий центр масс второй пары с осью вращения шлифовального круга, отличающийся тем, что на опорных элементах шлифовального круга измеряют виброскорость датчиком, установленным на линии контроля вибрации, перпендикулярной оси вращения шлифовального круга, запоминают напряжение U_1x и U_1y с датчика, равные значениям напряжения, фиксируемого при параллельности линии контроля вибрации с линиями, соединяющими общий центр масс каждой пары масс с осью вращения шлифовального круга, с одинаковой скоростью уменьшают напряжение U_1x и U_1y до напряжения U₂, превышающего напряжение шумов, формируют два фазово-импульсных сигнала Х_и и Y_и, причем фазу начала импульса сигнала Х_и устанавливают равной фазовому положению шлифовального круга при пересечении общим центром масс первой пары масс линии контроля вибрации, фазу начала импульса сигнала Y_и устанавливают равной фазовому положению шлифовального круга при пересечении общим центром масс второй пары масс линии контроля вибрации, а длительности сигналов Х_и и Y_и устанавливают равными временам, за которые происходят уменьшения напряжений U_1x и U_1y, соответственно до напряжения U₂, причем длительности обоих импульсов устанавливают меньше периода вращения шлифовального круга, затем фазово-импульсные сигналы Х_и и Y_и преобразуют в силовые фазово-импульсные сигналы питания электродвигателей, с помощью которых перемещают корректирующие массы до ликвидации дисбаланса шлифовального круга.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют расположение корректирующих масс в каждой паре масс в положении максимума дисбаланса пары корректирующих масс, при котором центры масс обеих корректирующих масс, входящих в пару масс, расположены на одной линии, параллельной оси вращения шлифовального круга, причем, если такое расположение корректирующих масс сохраняется в течение времени, превышающего период вращения шлифовального круга, а амплитуда виброскорости вдоль линии контроля вибрации превышает напряжение U₂, процесс балансировки останавливают, на шлифовальном круге в точке, наиболее близкой к положению максимума дисбаланса пары корректирующих масс, устанавливают дополнительную корректирующую массу, после чего процесс балансировки повторяют.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для устранения собственного дисбаланса обеих пар корректирующих масс при начальном приведении во вращение шлифовального круга, перед началом балансировки в неподвижном состоянии шлифовального круга производят установку корректирующих масс в начальное положение, при котором центры масс в каждой паре масс располагают симметрично относительно оси вращения.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для регистрации начальных положений или положений максимума дисбаланса пар корректирующих масс, с помощью электронной схемы формируют токовый сигнал, возникающий при достижении парами корректирующих масс начальных положений или положений максимума дисбаланса парой корректирующих масс, причем максимальная величина токового сигнала, который формируют при достижении первой парой масс одного из начальных положений или положений максимума дисбаланса первой пары масс, меньше разности любых двух величин токового сигнала, который формируют при достижении второй парой масс одного из начальных положений или положений максимума дисбаланса второй пары масс, этот токовый сигнал также с помощью электронной схемы измеряют, а величину токового сигнала, содержащую информацию о положении корректирующих масс, регистрируют.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что для точного определения вектора дисбаланса измеряют и запоминают амплитуды напряжений U_1x и U_1y, а затем вычисляют величину и определяют направление вектора дисбаланса по следующим формулам:
D_x=K_xU_1x;
D_y=K_yU_1y;


где D_x - величина проекции вектора дисбаланса на ось Х;
D_y - величина проекции вектора дисбаланса на ось Y;
D - величина вектора дисбаланса;
Φ - угол между осью Х и вектором дисбаланса D;
K_x, K_y - коэффициенты пропорциональности, соответственно для D_x и D_y.

6. Устройство для балансировки шлифовального круга, содержащее корпус, размещенные в нем механизм корректировки с двумя парами корректирующих масс и привод корректирующих масс, выполненный в виде реверсивных электродвигателей с размещенными на их валах шестернями, причем корректирующие массы выполнены в виде неуравновешенных зубчатых колес, в каждой паре масс одна из корректирующих масс соединена непосредственно с шестерней, расположенной на валу электродвигателя, а вторая корректирующая масса соединена с этой шестерней через дополнительную реверсивную шестерню, отличающееся тем, что на опоре шлифовального круга, на линии контроля вибрации, установлен датчик виброскорости, соединенный через усилитель-преобразователь, резистор и четыре управляемых электронных ключа с четырьмя конденсаторами, четырьмя резисторами, включенными параллельно конденсаторам, двумя положительными входами двухвходовых компараторов и двумя отрицательными входами двухвходовых компараторов, на оси балансировочного устройства смонтирован диск с установленными на нем двумя оптоэлектронными датчиками, смещенными на 90 градусов один относительно другого, причем диск с оптоэлектронными датчиками механически зафиксирован относительно опоры шлифовального круга таким образом, что оптоэлектронный датчик расположен на линии контроля вибрации, а второй оптоэлектронный датчик смещен относительно линии контроля вибрации на 90 градусов по ходу вращения шлифовального круга, каждый из оптоэлектронных датчиков соединен через преобразователь с управляющими входами двух электронных ключей, при этом на оси балансировочного устройства также установлена полоса прямоугольной формы, выполненная из оптически непрозрачного материала, причем длина полосы не меньше расстояния от оси балансировочного устройства до оптоэлектронных датчиков, а ширина полосы определена из выражения:

C=C₁=C₂=C₃=C₄,
где h - ширина полосы;
l - расстояние от оси балансировочного устройства до оптоэлектронных датчиков;
Т - время одного оборота шлифовального круга;
R₁ - номинал резистора, соединенного с усилителем-преобразователем;
С₁-С₄ - номиналы вышеперечисленных конденсаторов,
а остальные входы двухвходовых компараторов соединены с двуполярным источником постоянного напряжения величиной U₂, причем положительный выход двуполярного источника постоянного напряжения соединен с положительными входами компараторов, отрицательный выход двуполярного источника постоянного напряжения соединен с отрицательными входами компараторов, причем где абсолютное значение уровня шума, номиналы резисторов, включенных параллельно конденсаторам, определены соотношениями:
R₂=R₃R₄R₅=R;

где U_1м - максимальная величина сигнала виброскорости, направленной вдоль линии контроля вибрации;
R₂-R₅ - номиналы резисторов, включенных параллельно конденсаторам С₁-С₄;
выходы компараторов через блок управления и три токосъемных устройства, расположенных на оси вращения балансируемого тела, соединены с двумя электродвигателями привода двух пар корректирующих масс Х и Y.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что для расширения функциональных возможностей и повышения точности балансировки, на корпусе установлены четыре концевых выключателя "Х+", "Х-", "Y+", "Y-", соединенных через аналого-цифровой преобразователь с вычислительным устройством, которое соединено с индикаторным устройством, а шестерни корректирующих масс снабжены выступами, расположенными с возможностью воздействия на толкатели концевых выключателей при нахождении корректирующих масс в положении максимума дисбаланса пары корректирующих масс.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что для повышения точности установки корректирующих масс в начальное положение на корпусе установлены четыре концевых выключателя "Хн" и "Yн", соединенные с вычислительным устройством и расположенные с возможностью воздействия на толкатели этих дополнительных концевых выключателей выступами корректирующих масс при их нахождении в начальном положении, а индикаторное устройство выполнено с возможностью индицирования нахождения корректирующих масс в начальном положении.

9. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что для регистрации начальных положений и положений максимального дисбаланса каждой пары корректирующих масс, концевые выключатели соединены через резисторы, четвертое токосъемное устройство и аналого-цифровой преобразователь с вычислительным устройством, причем максимальная величина резистора, соединенного с одним из концевых выключателей "Х+", "Х-", "Хн" меньше разности величин любых двух резисторов, соединенных с концевыми выключателями "Y+", "Y-", "Yн".

10. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что для точного определения вектора дисбаланса, конденсаторы С₁-С₄ соединены через аналого-цифровые преобразователи с вычислительным устройством, а индикаторное устройство выполнено с возможностью отображения информации о величинах амплитуд и направлений векторов дисбаланса по осям Х и Y, а также величине и угле суммарного вектора дисбаланса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3