книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета

Очень удобно датчик типа ДОС-800А использовать для ис­ следования динамики перемещения сегментного затвора гид­ ротехнического сооружения (рис. 2).

Применяемые датчики ДОС-800А просты в устройстве (рис. 3) и надежны в эксплуатации, имеют линейные харак-

Рис. 3. Электрическая (а) и принципиальная (б) схемы датчика ДОС — 800А. (б). 1 — реостат, 2 — подвижный кон­ такт; 3 — зубчатая пара, 4. 7 — оси, 5 — крышка, 6 — изоли­ рующий крепежный диск, 8 — корпус, 9 — рычаг входных

перемещений.

теристики на рабочем участке. Значительное влияние на статическую характеристику датчиков ДОС-800А I = f(ср) (I — ток, ф — угол поворота наружного рычага датчика) ока­ зывает сопротивление нагрузки RH, включенной в диагональ моста (рис. 4) и напряжение питания датчиков Uo. В качестве нагрузки в исследуемой системе служит внешнее сопротив­ ление.

При исследовании датчиков на осях движков задающего и принимающего потенциометров П3 и П4 закреплялись стрелки. Отсчет величин углов проводился по шкалам укреп­ ленным на потенциометрах соосно и неподвижно, а значение тока в диагонали моста измерялось миллиамперметром. Для согласования датчика и приемника стрелка принимающего Потенциометра устанавливалась на нуль, и для получения

19!

и

нулевого показания амперметра, т. е. I ———-0 =0, движок заRн

дающего потенциометра П3 поворачивался в ту или другую сторону. Затем, поворачивая стрелку вместе с подвижным контактом задающего потенциометра,’определялась зависи­ мость величины тока от угла рассогласования и напряжения питания потенциометрического моста. При этом учитывалось,

что наличие зуочатои пары в датчике приводит к соотноше­ нию сх = 3ф ( а —угол поворота подвижного контакта).

На основании данных эксперимента построены зависимо­ сти величины тока в диагонали моста от утла поворота на­

находилась на линейном участке, т. е. при ф<25°. Этим обес­ печивается прямолинейная зависимость между углом поворо­ та ф и током в диагонали моста.

192

Рис. 5. Графики изменения тока 1 от угла поворота

На рис. 8 приведены тарировочные графики датчиков ДОС-800А используемых в качестве датчика углов поворота оси (прямая-1) и перемещения штока гидроцилиндра ЦС-55 (прямая-2).

Тарировка применяемой измерительной аппаратуры про­ водилась дважды — до, и после проведения эксперимента. Порядок проведения тарировки — следующий. После предва­ рительной подготовки, проверки и прогрева аппаратуры в те­ чение 30—40 мин. выбирались интервалы и пределы переме­ щений, затем производилось 4—5 контрольных тренировочных

I

цикла нагрузки-разгрузки. На основании записи на осциллографную бумагу с трехкратной повторностью тарировочных значений измерительных мостов при нагрузке и разгрузке определялись их средние значения. После обработки всех тарировочных осциллограмм были построены с использова­ нием метода наименьших квадратов графики в координатах;

Рис. 6. Электрическая и принципиальная схема датчика П-100. 1 — реостат, 2 — подвижный контакт, 3 — регулировоч­ ный винт, 4 — стержень, 5 — прижимистая крышка, 6 — диаф­

рагма, 7 — корпус.

ось абсцисс — тарируемый параметр, ось ординат — отклоне­ ние светового луч;а гальванометра осциллографа от нулевого положения.

Масштабный коэффициент датчика ц=1,5 мм осц. Изме­ рения перемещения штока гидроцилиндра производились линейкой с ценой деления 1 мм. При тарировке датчика поворотов оси (прямая 2, рис. б) отсчет углов поворота про­ изводился по круговой шкале с ценой деления 0,5°, при этом одновременно регистрировалось на ленту осциллографа поло­ жение луча гальванометра.

Датчики давления (рис. 6) преобразовывают колебание мембраны в перемещение подвижного контакта потенциомет­ ра и, таким образом, являются датчиками перемещения.

194

_ Рис. 7. Схема и установка датчика давления с вялой мембра­ ной для измерения колебаний уровня. 1—гидросооружение; 2—кор­ пус Датчика; 3 — вялая мембрана; 4 — толкатель; 5 — подвижный

контакт; 6 — сопротивление.

Принцип их работы аналогичен вышеописанным. Идентично работает датчикдавления с вялой мембраной, предлагаемый авторами для измерения колебания уровня верхнего бьефа. Установка его и принципиальная схема приведены на ри­ сунке 7.

Тарировка датчика давления П-80 производилась с по­ мощью специального приспособления. Приспособление рабо­ тает следующим образом. Тарируемый датчик присоединяет­ ся к выходной трубке. Краны ставятся в положение «напол­ нение». Затем рукояткой насоса датчик, манометр и соедини­ тельные трубопроводы приспособления заполняются маслом. Конец заполнения определяется смещением с отметки «О» стрелки манометра. После возвращения стрелки на отметку «О» кран поворачивается в положение «давление».

Поворачивая рукоятку по часовой стрелке, можно плав­ но увеличивать давление до 100 атм, а поворачивая против

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

К. т. н. доцент И. И. ГРАБОВОГ1

Завершающим этапом инженерного расчета параметров систем автоматического регулирования (САР) наряду с рас­ четами на прочность, жесткость и устойчивость, являются расчеты на надежность в течение установленного срока.

Под надежностью САР будем понимать свойства системы сохранять способность к выполнению своих функций в усло­ виях изготовления, монтажа, эксплуатации, транспортировки, ремонта и хранения. Надежность включает безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Пониже­ ние надежности до предельно допустимого уровня приводит к отказам САР.

При рассмотрении способности качественного выполнения процесса, отказом или выходом из строя Системы будем на­ зывать такое событие, которое заключается в нарушении ее работоспособности или выходе параметров за границы уста­ новленного допуска. САР и их элементы в процессе эксплуа­ тации могут проходить восстановление (ремонт и техуход) или быть невосстанавливаемыми и выбраковываться при вы­ ходе параметров за пределы поля допуска по техническим или экономическим соображениям.

Возникает задача оценки надежности элементов САР в динамике без ее разборки в состоянии до возникновения от­ каза или близкого к отказу в реальных условиях эксплуа­ тации.

В известном смысле надежность САР — это динамика точности элементов или системы. При исследовании точности САР достаточно знать математическое ожидание или среднее квадратическое отклонение ошибки, при исследовании надеж­ ности необходимо знать состояние элементов САР и значения их параметров.

Если отказом считать выход параметра (технологического, силового, теплового и т. д.) за установленное поле допуска, то в качестве динамической характеристики надежности целе­ сообразно применить ошибку, обусловленную состоянием па­ раметров САР и ее элементов.

Следовательно, отождествляя надежность САР с вероят­ ностью нахождения параметров системы и качества ее работы

197

в некоторой допустимой области, задача по установлению на­ дежности сводится к определению вероятностных характери­ стик внешних воздействий и параметров системы. Случай­ ность выхода качества или точности работы за допустимую зону связана с изменением характеристик надежности (посте­ пенным накоплением повреждений, остаточных деформаций, износа, поломок и т. д.) Это обусловлено случайным разбро­ сом характеристик геометрических и физических . свойств элементов системы и случайным характером действующих нагрузок. Применение методов динамической оценки надежно­ сти требует достаточного объема информации о внешних ус­ ловиях работы системы и ее прочностных характеристиках, а также применения методов статистической динамики для анализа и оценки данных. Механическая прочность и жест­ кость системы, обуславливая надежность, будет являтся одним из ее аспектов. Определение статистических характе­ ристик полей деформаций и напряжений в конечном счете, становится необходимым для того, чтобы сделать достовер­ ные выводы о надежности и долговечности конструкции и предсказать ее поведение в течение всего периода функцио­ нирования. В строительной механике для расчетов достаточно определить поля напряжений и деформаций при случайных внешних воздействиях в теории надежности необходимо опре­ делить общее состояние системы и вероятность ее отказов. В связи с тем, что надожность САР характеризует состояние и качество работы, возникает задача синтеза систем, обладаю­ щих заданной надежностью, прогнозирования надежности создаваемых систем, разработки методов повышения надеж­ ности, определения экономически обоснованных значений на­ дежности и гарантийных сроков, обоснования методов инди­ кации отказов, разработки методов контроля качества и ме­ тодов испытаний, обеспечивающих заданный уровень надежности.

В данной работе поставлена задача оценки надежности САР в реальных условиях эксплуатации при изменении ее параметров в результате износа, деформации и старения, что приводит к выходу регулируемых технологических парамет­ ров за поле допуска.

Известно, что отклонения параметров САР от оптималь­ ных значений приводят к увеличению среднего квадрата

ошибки системы.

Пусть на вход системы (рис. 1а) с передаточной функцией W(s) поступает полезный сигнал x(t) со спектральной плот­

199

костью Sx (u)) и помеха n(t) со спектральной плотностьго S„(co), а функция распределения плотности вероятности для реальных элементов системы, имеет вид W(a;, а(С|)) ( а(СР — среднее значение параметра САР). Требуется по заданным передаточным функциям системы W(_s), спектральным плот­ ностям S.r(со) и S,,(co) известной функции распределения плот­ ности вероятности Wi(a,-, а/ср), оптимальным средним значе­ ниям параметров системы аюсп. при которых обеспечивается минимум дисперсии ошибки на выходе, найти динамическую Оценку надежности САР.

при этом, если случайные воздействия являются стационар­ ными и имеют нормальное распределение, то САР в классе линейных систем обеспечивают минимум среднего значения квадрата ошибки. Взаимная корреляция между входным сиг­ налом и ошибкой в оптимальной линейной системе отсутст­ вует, и ошибка с учетом вышеизложенного имеет нормальное распределение. Средний квадрат ошибки объединяет матема­ тическое ожидание пн (t) и дисперсию Dk(t) и характеризует качество работы системы в целом.

Для центрированных случайных процессов m s(l)=0 сред­ ний квадрат ошибки равен ее дисперсии. В этом случае критерием качества можно считать дисперсию ошибки в не­ который момент времени.

((о) —jW г, (!( .)) j2S.r (w); S i rt (d)) = I \VE„ (L (0) |2-S„ (w).

200