книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

В состав аппаратуры типа ИРБ входят датчики, показывающие приборы ПКР, пятиканальный регистрирующий прибор СК-5 с авто­ матической записью контролируемых параметров на диаграммной ленте, автоматический ограничитель крутящего момента АОМ, а также устройства питания, управления и сигнализации. Комплек­ тация аппаратуры может производиться в различных вариантах.

Датчики

Д а т ч и к д а в л е н и я ДД (рис. 77) индуктивного типа, дифференциальный. На железный сердечник 1 надеты две обмотки возбуждения 5 и две измерительные обмотки 6', обмотки возбуждения соединены между собой последовательно, а измерительные обмотки — встречно. Мембрана 2, размещенная

собой встречно, то результирующее напряжение на выходе датчика равно нулю.

При повышении давления в гидросистеме мембрана прогибается и посредством толкателя перемещает плунжер, благодаря чему нарушается симметрия зазоров и б 2. Магнитные потоки Фх и Ф 2, а следовательно, и напряжения Ut и £72 становятся неодинаковыми

магнитоупругого типа. Кольцевой корпус 1 датчика закреплен не­ подвижно; он охватывает вал 2 привода шпинделя бурового станка. На выступающие полюса корпуса датчика намотаны соединенные между собой последовательно обмотки возбуждения 3, к концам которых подведено питающее напряжение 36 В. Направление на­ мотки выбрано так, что при прохождении тока возбуждения полюса намагничиваются с чередующейся последовательностью: северный, южный, северный, южный и т. д. Благодаря этому образуются пока­

140

занные пунктирными линиями магнитные потоки, каждый из кото­ рых замыкается по цепи, охватывающей два соседних полюса и нахо­ дящийся между ними участок вала 2 привода бурового станка. Между полюсами возбуждения размещены измерительные катушки 4, ориентированные вдоль образующей шпинделя; обмотки этих кату­ шек соединены последовательно, а их концы выведены на гнезда Uвых.

Когда механические напряжения кручения отсутствуют, мате­ риал вала в магнитном отношении является анизотропным, т. е. все

Привод выполнен в виде тросовой передачи, преобразующей поступательное перемещение шпинделя станка во вращательное дви­ жение приводного барабана; к приводу относятся также редуктор с электромагнитной муфтой, предназначенной для соединения при­ водного барабана с ротором датчика угловой скорости.

Датчик угловой скорости устроен и работает по принципу тахогенератора переменного тока с полым немагнитным ротором. На этом же принципе работает и датчик оборотов ДО.

141

Показывающие приборы ПКР-11 и ПКР-12

В этих приборах используется компенсационный метод измере­ ния. В состав прибора ПКР-11 (ПКР-12) входят: компенсатор (см. рис. 6), фазочувствительный нуль-усилитель, реверсивный двига­ тель и шкальный механизм.

Фазочувствительный нуль-усилитель (рис. 79) предназначен для усиления результирующего напряжения, равного разности напря­ жений датчика и компенсатора до величины, обеспечивающей тре­ буемую силу тока в обмотке управления реверсивного двигателя.

1 — обиотка возбуждения; 2 — обмотка управления; з — ротор реверсивного двигателя; 4 — компенсатор; 5 — пружина уставки; 6 — переключатель предела измерений

Он состоит из предварительного усилителя напряжения (Л х) и фазо­ чувствительного выходного каскада (Л2 и Л 3). Анодная цепь лампы предварительного усилителя питается постоянным током от выпря­ мителя, а анодные цепи ламп выходного каскада питаются непосред­

асинхронный — предназначен для перемещения ротора компенса­ тора и стрелки —указателя. Обмотка возбуждения 1 питается через конденсатор С10 переменным током напряжением 127 В, а обмотка управления 2 включена в анодные цепи ламп выходного каскада усилителя. Короткозамкнутый ротор 3 двигателя механически со­ единен с редуктором.

Ш к а л ь н ы й м е х а н и з м показан на кинематической схеме прибора (рис. 80). Скорость вращения ротора реверсивного двига­ теля 3 составляет 1200 об/мин или 20 об/с. Перемещение ротора дви­ гателя через встроенный в него редуктор с передаточным числом 1/137 и три шестерни с числом зубьев 56, 157 и 110 передается на ось

142

ротора компенсатора 4. Таким образом, скорость вращения этой оси составляет

Рис. 80. Кинематическая схема приборов ПКР-11 и ПКР-12

Ось компенсатора через шестерни с числом зубьев 300 и 80 пере­ дает вращение валику 7, на котором жестко закреплена стрелкауказатель, поворачивающаяся со скоростью

п, = 0,0743-- | р = 0,278 об/с.

Так как шкала прибора занимает по окружности 300°, то время прохождения стрелкой всей шкалы составляет

' = w :0 '278 = 3 °-

К шкальному механизму относятся также две уставки, предназна­ ченные для установки предельных значений измеряемого параметра, при которых должна срабатывать сигнализация. Каждая уставка состоит из поворотного диска 5 с контактными пружинами 2 и диско­ вого кулачка 8, жестко укрепленного на валике 7 стрелки указателя.

143

С помощью поводка 6 поворотного диска контактные пружины можно устанавливать в любую точку окружности в пределах шкалы при­ бора. Положение контактных пружин указывается стрелкой 1. Когда в процессе измерения контролируемого параметра валик стрел­ ки-указателя повернется на угол, определенный положением поворот­ ного диска 5, выемка дискового кулачка окажется под роликом кон­ тактной пружины 2, ролик западет в выемку и контактные пружины замкнут сигнальную цепь.

П р и н ц и п р а б о т ы . Сигнал датчика поступает на вход усилителя и создает падение напряжения на резисторах Д 26, R 21. В зависимости от положения переключателя пределов измерения * все это напряжение или часть его подается на резистор R 2b, куда одновременно поступает напряжение, выработанное компенсато­ ром 4. Результирующее напряжение, равное разности напряжений

каскадом напряжение снимается с нагрузки Й ц 1 через конденсатор связи С2 и резисторы Д 19, Д 20 подается параллельно на сетки ламп Л 2 и Л3 фазочувствительного выходного каскада. Рассмотрим работу прибора для трех возможных случаев.

1. Напряжение датчика равно напряжению компенсатора. При этом результирующее напряжение равно нулю и сигнал на сетки ламп Л 2 , Л3 не поступает; лампы, анодные цепи которых питаются от вторичной обмотки а—б силового трансформатора, работают поочередно.

В те полупериоды, когда в точке а плюс, а в точке б минус, ток проходит от точки а через лампу Л 2, резистор R 1S, обмотку управле­ ния 2 двигателя и к средней точке вторичной обмотки трансформатора.

Вдругие полупериоды, когда в точке а минус, а в точке б плюс, ток проходит от точки б через лампу Л3 и далее по такой же цепи. Таким образом через обмотку управления протекает импульсный ток, который благодаря конденсатору С10 сдвинут по фазе относи­ тельно тока обмотки возбуждения на 1/4 периода. Этими токами со­ здается магнитный поток внутри статора реверсивного двигателя.

Вданном случае магнитный поток не вращается, а только поворачи­ вается то в одном, то в другом направлении с частотой питающей сети. Поэтому ротор двигателя, а следовательно, ротор компенса­ тора и стрелка-указатель не перемещаются, и занимают положение,

соответствующее данному значению напряжения, поступающего

сдатчика.

2.Напряжение датчика больше напряжения компенсатора. При увеличении напряжения датчика на входе лампы Л г появляется результирующее переменное напряжение, которое после усиления поступает на сетки ламп Л 1 и Л3. Фаза этого напряжения в данном

случае такова, что изменение потенциала на сетках совпадает с изме-

трено ^ пРи®°Рах ПКР-11 переключение пределов измерения не предусмо-

144

нением потенциала на аноде Л 2. В те полупериоды, когда на сетках плюс, на аноде Л 2 тоже плюс, а следовательно, на аноде Л3 минус. Лампа Л г открыта, а лампа Л 3 заперта, и ток проходит от точки а через лампу Л 2, резистор Л 1Б, обмотку управления и к средней точке вторичной обмотки трансформатора. В другие полупериоды, когда на сетки подается отрицательное напряжение, обе лампы запираются. Таким образом, через обмотку управления двигателя проходит импульсный ток с паузами, равными продолжительности импульсов,

ротор компенсатора и стрелка-указатель. Перемещение ротора ком­ пенсатора приведет к увеличению напряжения, индуктированного в его измерительной обмотке, вследствие чего результирующее на­ пряжение на входе Л х уменьшится, что вызовет уменьшение силы тока в обмотке управления, а следовательно, замедление перемеще­ ния ротора двигателя. Когда напряжение компенсатора сравняется с новым значением напряжения датчика, результирующее напряже­ ние на входе усилителя станет равным нулю, ток в обмотке управле­ ния двигателя исчезнет, магнитный поток перестанет вращаться, ротор и все механизмы остановятся и стрелка-указатель покажет

уменьшении напряжения, поступающего с датчика, схема будет работать в обратном порядке. В данном случае фаза результирующего напряжения такова, что изменение потенциала на сетках совпадает ■с изменением потенциала на аноде Л 3. При этом через обмотку упра­ вления двигателя протекает импульсный ток, сдвинутый по фазе на 180° относительно тока, протекавшего через эту же обмотку при и л >• UK, благодаря чему магнитный поток вращается против часо­ вой стрелки. В таком же направлении начнут поворачиваться роторы двигателя и компенсатора. При этом напряжение, вырабатываемое компенсатором, уменьшается, что приводит к уменьшению результи­ рующего напряжения на входе усилителя, а следовательно, и силы тока в обмотке управления, в результате чего перемещение ротора двигателя замедляется. Когда напряжение компенсатора сравняется с новым значением напряжения датчика, результирующее напряже­ ние на входе усилителя станет равным нулю, все механизмы оста­ новятся и стрелка-указатель покажет новое, уменьшившееся зна­ чение измеряемого параметра.

Показывающий прибор ПКР-21

Этот прибор предназначен для измерения веса бурового снаряда и установки требуемой осевой нагрузки; структурная схема прибора представлена на рис. 81. В отличие от ПКР-11 и ПКР-12, прибор ПКР-21 имеет два компенсатора и два шкальных механизма, а также специальное переключающее устройство ПУ, с помощью которого реверсивный двигатель может соединяться через передаточный

механизм с ротором компенсатора Я г или с ротором компенсатора# 2. Прибор ПКР-21 работает совместно с двумя датчиками давления: один {ДДВ) включен в верхнюю, а второй (Д Д Н ) — в нижнюю по­ лость гидроцилиндров. Измерительные обмотки этих датчиков со­ единены между собой встречно, благодаря чему снимаемые с них напряжения находятся в противофазе.

Рис. 81. Структурная схема прибора ПКР-21:

К,, К 2 — компенсаторы; ПУ — переключающее устройство; Д Д В — датчик давления в верх­ ней полости гидроцилиндра; Д Д Н — датчик давления в нижней полости гидроцилиндра; 1 — обмотки возбуждения; 2 — измерительные обмотки; 3 — обмотка управления; 4 — ротор реверсивного двигателя

Как известно, осевая нагрузка определяется алгебраической суммой двух величин: веса бурового снаряда и дополнительного усилия, развиваемого системой подачи бурового станка, т. е.

Задавшись определенной осевой нагрузкой, необходимо взвесить снаряд, а затем вычислить дополнительное усилие. Если вес бурового снаряда равен требуемой осевой нагрузке, дополнительное усилие системы подачи станка должно быть равно нулю. Если вес снаряда превышает требуемую осевую нагрузку, бурение должно произво­ диться с разгрузкой, причем усилие разгрузки Рл = G — Р3. И, наконец, если вес снаряда меньше требуемой осевой нагрузки, бу­ рение должно производиться с догрузкой, причем усилие догрузки

Ря = Р з — G.

Для взвешивания бурового снаряда давление подается в ниж­ нюю полость гидроцилиндров так, чтобы снаряд приподнялся над забоем. При этом датчик ДДН вырабатывает напряжение, пропорци­ ональное весу снаряда, а с датчика Д ДВ сигнал не поступает, так как в верхней полости гидроцилиндров давление равно нулю. Тум-

146

блер «Вес—осевая нагрузка», размещенный на пульте управления аппаратуры ИРБ, переводится в положение «Вес», благодаря чему переключающее устройство ПКР-21 соединяет через передаточный механизм ротор реверсивного двигателя с ротором компенсатора К 2, затормаживает ротор и замыкает накоротко измерительную обмотку компенсатора К v Дальнейшая работа ПКР-21 аналогична рас­ смотренной выше работе приборов ПКР-11 и ПКР-12: результиру­ ющее напряжение С/рез = £/ддн— UK2 подается на вход усилителя, усиленный сигнал поступает в обмотку управления реверсивного двигателя и ротор двигателя начинает поворачиваться, вызывая соответствующее перемещение ротора компенсатора Н 2 и стрелкиуказателя «Вес». Когда напряжение компенсатора К 2 станет равным напряжению датчика ДДН , ротор и стрелка остановятся; стрелка покажет вес снаряда, а на измерительной обмотке компенсатора сохранится напряжение, пропорциональное этому весу.

Затем тумблер «Вес—осевая нагрузка» переводится в положение «Осевая нагрузка». При этом переключающее устройство ПКР-21 растормаживает ротор компенсатора К г, затормаживает и строго фиксирует ротор компенсатора К 2 и снимает короткое с измеритель­ ной обмотки компенсатора К х. Таким образом, в кинематической схеме теперь работают только компенсатор Н г ш стрелка-указатель «Осевая нагрузка», но в электрическую схему прибора включены последовательно измерительные обмотки обоих компенсаторов, при­ чем в процессе определения и установления осевой нагрузки напря­ жение на измерительной обмотке компенсатора К 2 остается все время неизменным.

Пока снаряд не опущен на забой, напряжение датчика ДДН остается таким, каким оно было при измерении веса, и, так как это напряжение полностью скомпенсировано компенсатором К 2, ротор двигателя, а следовательно, и ротор компенсатора К г остаются не­ подвижными; стрелка-указатель «Осевая нагрузка» находится на нулевой отметке.

Если осевую нагрузку желают установить меньшей, чем вес сна­ ряда, то соответствующее давление устанавливают в нижней полости гидроцилиндров. При этом датчик Д Д Н вырабатывает напряжение, пропорциональное установленному давлению, а датчик Д Д В напря­ жение не вырабатывает, так как в верхней полости гидроцилиндров давление равно нулю. Ротор компенсатора К х автоматически устана­ вливается в положение, при котором UKl = UK2 — ^ддн и стрелкауказатель «Осевая нагрузка» показывает значение меньшее, чем вес снаряда; бурение будет происходить с разгрузкой.

Когда осевую нагрузку хотят установить равной весу снаряда, давление в обеих полостях гидроцилиндров делают равным нулю.

Если же осевую нагрузку желают установить большей, чем вес снаряда, то соответствующее давление устанавливают в верхней по­ лости гидроцилиндров. При этом датчик Д Д В вырабатывает напря­ жение, пропорциональное установленному давлению, а датчик Д Д Н напряжение не вырабатывает, так как в нижней полости гидро­ цилиндров давление равно нулю. Ротор компенсатора К 1 автомати­ чески устанавливается в положение, при котором UKl = С/к2 + + Ь'ддв и стрелка-указатель «Осевая нагрузка» показывает значе­ ние большее, чем вес снаряда; бурение будет происходить с догруз­ кой.

Система автоматического ограничения момента АОМ

Система АОМ, предназначенная для автоматического ограниче­ ния крутящего момента с целью предохранения бурового инстру­ мента от скручивания, имеет три ступени защиты. Первая ступень предусматривает срабатывание сигнализации, вторая ступень обес­ печивает автоматический подъем снаряда над забоем, а третья сту­ пень отключает питание электродвигателя, что приводит к остановке бурового станка.

К первой ступени АОМ относятся м и н и м а л ь н а я у с т а в к а прибора ПНР «Момент» и сигнальная лампа. Поводок минимальной уставки (см. рис. 80) устанавливают в положение, соответствующее значению крутящего момента, при достижении которого хотят по­ лучить срабатывание сигнализации. Когда в процессе непрерывного измерения крутящего момента, стрелка-указатель достигнет уста­ новленного для минимальной уставки значения, выемка дискового кулачка 8 этой уставки окажется под роликом и контактные пружины минимальной уставки замкнут цепь сигнальной лампы «Момент».

Ко второй ступени АОМ относятся м а к с и м а л ь н а я уставка

мента стрелка-указатель достигнет установленного для максималь­ ной уставки значения, выемка дискового кулачка 8 этой уставки окажется под роликом и контактные пружины максимальной уставки замкнут цепь реле золотника. Реле сработает и включит электрогидравлический золотник, который переведет гидросистему в положение «Шпиндель вверх», благодаря чему начнется подъем бурового сна­ ряда.

Третья ступень автоматического ограничения момента смонти­ рована в отдельном блоке управления АОМ (рис. 82). В ее состав входит к а т о д н ы й п о в т о р и т е л ь , з а д а т ч и к , у с и ­ л и т е л ь , ф а з о в ы й д е т е к т о р и р е л е о т к л ю ч е ­ н и я электродвигателя.

Катодный повторитель предназначен для согласования сопро­ тивлений датчика и входной цепи АОМ.

В качестве задатчика используется индукционный потенциометр такой же конструкции, как в приборах типа ПКР. Ротор этого по­ тенциометра соединен со стрелкой-индексом, которая может пере­

148

мещаться по шкале, отградуированной в единицах крутящего мо­ мента. Стрелку-индекс заблаговременно устанавливают на такоезначение крутящего момента, при котором необходимо обеспечить срабатывание третьей ступени АОМ. При перемещении стрелки, в определенное положение устанавливается соединенный с ней ротор потенциометра, благодаря чему в его измерительной обмотке индуктируется переменное напряжение, соответствующее предельно допустимому значению крутящего момента.

Усилитель напряжения такого же типа, как в приборах ПКР. Фазовый детектор состоит из лампы, анодная цепь которой пи­

тается от сети переменного тока. Нагрузкой фазового детектора

Рис. 82. Структурная схема блока управления АОМ:

РО — реле отключения; 1 — обмотки возбуждения; г — измерительные обмотки

является обмотка неполяризованного электромагнитного реле отклю­

чения РО.

Блок управления АОМ работает совместно с датчиком момента, причем обмотки датчика и задатчика включены между собой встречно и поэтому индуктированные в них напряжения находятся в противо­ фазе. Следовательно, результирующее напряжение на входе усили­ теля равно разности напряжений датчика и задатчика Upe.3= U R—U3.

Если крутящий момент меньше значения, установленного на задатчике, то напряжение датчика меньше напряжения задатчика. При этом фаза результирующего напряжения на входе фазового детектора такова, что потенциалы на управляющей сетке и на аноде лампы сдвинуты относительно друг друга на 180° в те полупериоды, когда на сетке плюс на аноде минус, а в те полупериоды, когда на аноде плюс, на сетке минус. Таким образом, лампа остается все время запертой, так как в одни полупериоды ее запирает отрицатель­ ное напряжение на сетке, а в другие — отрицательное напряжение на аноде. Тока в анодной цепи лампы нет, обмотка реле отключения обесточена, напряжение сети через контактные пружины реле по­ дается к электродвигателю, и буровой станок продолжает работать.

149