книги из ГПНТБ / Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств

В большинстве случаев сигнал с датчиков поступает на сум­ мирующее устройство и «а вход электронного усилителя. Поэто­ му сопротивление датчиков должно согласовываться с входным сопротивлением усилителя. Если применяются индукционные датчики, то сопротивления датчиков согласуются при помощи трансформаторов.

К датчикам балансировочных машин предъявляются следую­ щие основные требования:

1)датчики должны обладать большой чувствительностью;

2)сигнал, получаемый с датчика, должен быть пропорциона­ лен перемещению или скорости;

3)параметры датчика должны быть стабильны, так как от

этого зависит стабильность работы всей установки;

4)собственная частота подвижной системы датчиков должна быть гораздо меньше рабочей частоты;

5)система крепления датчиков должна обеспечивать пере­ мещение датчиков в вертикальной и горизонтальной плоскостях

впроцессе настройки балансировочной машины'«а данный тип

ротора;

6)датчики следует устанавливать по разные стороны от оси ротора; і

7)частотные характеристики обоих датчиков (амплитудная

ифазовая) должны быть одинаковыми;

8)датчики должны легко согласовываться с усилительной

схемой; 9) датчики должны обеспечивать простоту и надежность схе­

мы разделения плоскостей уравновешивания.

7.5. СХЕМЫ УСТРАНЕНИЯ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ УРАВНОВЕШИВАНИЯ

Качество разделения плоскостей уравновешивания определя­ ется отношением показаний прибора величинынеуравновешен­ ности для одной и другой плоскости при неуравновешенности только в одной плоскости.

Для определения требований к схемам разделения плоскостей уравновешивания ротора допустим, что имеется возможностьточно удалять или добавлять необходимое количество материа­ ла. Тогда коэффициент разделения плоскостей уравновешива­ ния должен быть Ä = m0: тп, где т0— остаточная неуравновешен­ ность (допустимая) ротора, тя — его начальная неуравновешен­ ность (до уравновешивания).

Это значит, что при установке в одной из плоскостей идеально уравновешенного ротора максимально возможного груза неуравновешенность другой плоскости не должна увели­ читься более чем на величину допустимой остаточной неуравно­ вешенности. При таком разделении плоскостей уравновешива­ ние производится без повторных запусков (если другие погреш­ ности отсутствуют). Поэтому необходимо заранее назначать

117

величину не только остаточной, но и максимальной первоначаль­ ной неуравновешенности, которую должен иметь ротор до урав­ новешивания.

Естественно, отношение т0 : тв определяется как типом рото­ ра, так и требованиями производства. Обычно отношение 1 : 20 или 1 : 30 вполне достаточно для нормальной работы установки.

Для разделения влияния плоскостей уравновешивания элек­ трическим способом необходимы схемы, позволяющие суммиро­ вать два синусоидальных напряжения одной частоты. Наиболь­ шее распространение получили потенциометрические схемы; иногда применяются трансформаторы с тремя обмотками.

Простейшая схема разделения плоскостей уравновешивания изображена на рис. 7.13, а.

Для исключения влияния левой плоскости на правую необхо­ димо из э. д. с. правого датчика ПД вычесть часть э. д. с. левого датчика ЛД. Коэффициент k определяется расположением цент­ ра колебания по отношению к датчикам и центру массы системы.

Влияние плоскостей уравновешивания друг на друга можно полностью исключить электрическим способом. Но это не всегда выгодно. Когда тяги датчиков закреплены вблизи соответствую­ щих центров колебания, то для устранения влияния одной плос­ кости на другую (в пределах 1/10 или 1/15) достаточно из полно­ го напряжения одного датчика вычесть часть напряжения дру­ гого. Естественно, это почти не сказывается на чувствительности установки. Но когда тяги датчиков расположены на значитель­ ном расстоянии от центров колебания, что вполне возможно при креплении их на опорах, исключение влияния плоскостей элек­ трическим способом приводит к резкому уменьшению чувстви­ тельности, так как в этом случае необходимо из напряжения одного датчика вычитать значительную часть напряжения друго­ го. Помехи при этом не компенсируются и их относительный уровень возрастает.

118

Пример. Пусть имеется полностью симметричная система подвеса ротора. Допустим, что в левой плоскости имеется неуравновешенная масса т.\, а в правой — т2. В данном случае э. д. с. датчиков будут зависеть от неуравно­ вешенностей ш\ и пи. Следовательно, для них можно написать следующие выражения:

ел= еі + е2>

еп = е2 + еі >

где ел — э. д. с. левого датчика; ві — составляющая ел от іщ\

4

е 2 — составляющая ел от т2; еп — полная э. д. с. правого датчика; е 2 — составляющая еп от т2\

е1 — составляющая еп от ти

Для устранения влияния неуравновешенности в правой плоскости на из­ мерение неуравновешенности в левой из ~ел необходимо вычесть кеП, так чтобы

е л — k e a = ex + е'2 — k e 2 — k e [ .

При е 2 — k e 2 = О

11»

Для исключения взаимного влияния плоскостей иногда поль­ зуются схемой, изображенной на рис. 7.14.

Для устранения влияния неуравновешенности в правой плос­ кости на левую при неуравновешенности только в правой плос­ кости необходимо суммировать э. д. с. датчиков в определенном соотношении.

В этом случае должно выполняться следующее условие:

Для исключения влияния плоскостей уравновешивания при помощи трансформатора производят векторное сложение сигна­

Схема рассчитана на уравновешивание ротора сразу в шести плоскостях. -Это обеспечивается шестью потенциометрами, кото­ рые также позволяют настраивать балансировочную машину сразу на три ротора, уравновешиваемых в двух плоскостях. Поэ­ тому возможен быстрый переход от уравновешивания одного из­ делия к уравновешиванию другого. Переключатели П1 и П2 слу­ жат для изменения фазы сигнала датчика на 180°, что бывает необходимо при изменении относительного расположения центра колебания и точки измерения колебаний. Для сохранения показа­ ний места справа и слева в одной точке переключатель П4 также переключается.

Переключатель ПЗ служит для выбора пар плоскостей, а пе­ реключатель П5 — для выбора одной плоскости.

120

Схема разделения плоскостей уравновешивания должна:

1)обеспечивать постоянство заданного .коэффициента влия­ ния /г, определяемого из соотношения k = mo/mH\

2)позволять производить динамическое уравновешивание од-

Рис. 7.15. Схемы исключения влияния плоскостей уравновешивания в зависимости от положения неуравновешенной массы вдоль оси ро­ тора

новременно в нескольких плоскостях, а также быстро перестраи­ вать балансировочную машину с одного изделия на другое;

3) быть полностью симметричной относительно датчиков в от­ ношении сопротивлений и нагрузок (вносимая фазовая погреш­ ность не должна быть больше заданной в ТУ);

4)разделять плоскости уравновешивания при различном по­ ложении центров колебаний по отношению к датчикам;

5)параметры схемы должны быть такими, чтобы величина помехи с частотой 50 Гц была возможно меньше.

121

7.6. МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И

2) трудность определения фазы колебания, так как она сильно изменяется при прохождении через резонансную частоту вращения;

3)случайные толчки, вызываемые внешними и внутренними причинами, сильно затрудняют работу машины;

4)уравновешивание ротора на машинах, использующих прин­ цип механического резонанса, в 5—7 раз продолжительнее, чем

на машинах с электрическими методами выделения сигнала.

• Электрические методы выделения сигнала можно разделить на две группы:

1). методы, использующие резонансные и полосовые фильтры;

2)методы, основанные на сравнении сигнала от датчиков с опорным сигналом, получаемым другим способом. Опорный сиг­

нал берется с частотой, точно равной частоте сигнала, который необходимо выделить.

122

У п р о щ е н н а я и з м е р и т е л ь н а я с х е м а б а л а н с и р о в о ч н о й м а ш и н ы

Прежде чем перейти к рассмотрению измерительных схем ба­ лансировочных машин с избирательными устройствами, необхо­ димо рассмотреть фазовые соотношения в измерительной схеме без избирательных устройств,- так как это позволит точнее сфор­ мулировать требования к измерительным устройствам балансиро­ вочных машин.

Рис. 7.17.-Упрощенная схема балансировочной машины:

/ — ротор; 2 — рамка; 3 — датчик; 4 — безынерционный усилитель; 5 — измеритель сигнала; 6 — ограничитель; 7 — выходной каскад; 8 — им­ пульсная лампа

На рис. 7.17 изображена простейшая измерительная схема, использующая стробоскопический эффект для определения места неуравновешенности на роторе. Для выяснения основных харак­ теристик этой схемы взят простейший ротор дискового типа. Счи­ таем, что диаметр этого ротора много больше его длины. Если этот ротор установить в рамку, поддерживаемую пружинами, и привести во вращение, то рамка вместе с ротором (при наличии неуравновешенной массы т) будет совершать колебания. Про­ екция этих колебаний на ось OY носит синусоидальный характер. Движение ротора в горизонтальной плоскости описывается сле­ дующим дифференциальным уравнением второго порядка:

V (£ü))2 + (С — ЛІ0)2)2

123

с — ЛІсіД

щей силой и перемещением.

Если собственную частоту колебаний подвижной системы обо­

значить через соо=Ѵс/М (массой рамки пренебрегаем), то выра­ жения для амплитуды и для фазы колебаний примут вид

т рм

У = -----

/

cp=arctg -

“о J

На рис. 7.18 эти зависимости изображены в виде графиков, из которых видно, что и амплитуда и фаза колебаний сильно изме­ няются при изменении частоты вблизи точки резонанса (когда

cü^coo), а при со>4соо амплитуда колебаний равна Y = —^ и фаза . іИр

колебаний ф = я. Следовательно, амплитуда и фаза колебаний при со>4юо практически не зависят от частоты.

К этому же выводу можно прийти и на основании других рассуждений. Если к диску с массой М на радиусе р добавить масму т, то центр масс диска сместится по радиусу в точку Оі на ве­ личину, равную Ар = тр/М. Если диск привести во вращение и не ограничивать его перемещений, то он будет вращаться вокруг этого нового центра масс. Прежний центр масс О вместе с мате­ риальной осью диска будет вращаться по окружности с радиусом

124

Ар. Проекция этого движения на ось OY будет в виде синусои­ дального колебания с амплитудой Y=\mp/M и фазой ф = я. Из рассмотрения рис. 7.19 видно, что между линиями 0 0 1 и ОіА угол

равен я.

Приведенные рассуждения подтверждают сделанный ранее вывод, что при <в>4(і)о расчет механической системы можно вести без учета жесткости пружин подвеса. Обычное условие <а>4соо

стараются всегда выполнить, так как при этом амплитуда коле­ баний механической системы пропорциональна величине неурав­ новешенной массы, а фаза колебаний постоянна и равна я.

Если к рамке в горизонтальной плоскости (по оси ОУ) при­ соединить датчик, преобразующий перемещение в электрическую величину, то по амплитуде сигнала этого датчика можно опреде­ лить величину неуравновешенной массы, а по фазе — место рас­ положения неуравновешенной массы на роторе.

Рассмотрим стробоскопический метод определения места неуравневешенности.

В технике широко применяются приборы и устройства, ис­ пользующие стробоскопический эффект. Этот эффект получается из-за инерционности восприятия изображения глазом человека. Импульсы света с частотой бодее 10 Гц глаз не различает как от­ дельные, а воспринимает их как непрерывный поток света. Если вращающееся тело освещать короткими импульсами света с час­ тотой, равной 1 импульсу за 1 оборот ротора, то этот ротор для

человеческого глаза будет казаться неподвижным. Это можно объяснить следующим образом. Человеческий глаз в этом случае видит ротор в течение малого промежутка времени, но всегда в одном и том же положении. Когда ротор меняет положе­ ние, то он не освещен. При повторении этих изображений с час­ тотой, большей 10 Гц, виденное глазом изображение не успевает исчезнуть и создается впечатление непрерывности.

Положение, в котором виден ротор, зависит от фазы импульса света по отношению к каким-либо отметкам на роторе. Если им­ пульсы света освещают ротор (рис. 7.20) в моменты, когда циф­ ра 1 находится в вертикальной плоскости, то ротор будет виден

именно в этом положении. Если импульсы света будут опазды­ вать на величину At, то ротор будет виден в другом положении — на рис. 7.20 цифра 1 сместилась на угол Дф= о)Дt.

Из приведенных рассуждений ясно, что сигнал датчика пере­ мещений колеблющейся механической системы достигает макси­ мального значения в моменты, когда неуравновешенная масса проходит через горизонтальную плоскость. Если в моменты дос­ тижения синусоидальной максимальной величины (рис. 7.21, а) из этого сигнала сформировать импульс и осветить ротор, то' ро­ тор будет казаться неподвижным в положении, когда неуравно­ вешенная масса расположена в горизонтальной плоскости. Если же импульсы света сформировать в моменты прохождения сиг­ нала датчика через нуль (см. рис. 7.21, б), то ротор будет виден

125

в таком положении, когда точка с неуравновешенной массой за­ нимает вертикальное положение.

При определении места неуравновешенной массы этим мето­ дом на роторе должны быть нанесены цифры или отметки, позво-

ляющие судить о его положении в пространстве с достаточной степенью точности. В настоящее время в балансировочных маши­ нах широко применяются индуктивные датчики. Сигнал, выраба­ тываемый такими датчиками, пропорционален скорости переме­ щения, т. е.

е = = ' тр -евВ I cos ( оit— —^ —Umcos (ші— —^ dt М 2 ) т \ 2 ) '

где Um— амплитуда напряжения сигнала. В данном случае амп­

литуда напряжения сигнала зависит не только от величины не­ уравновешенной массы, но и от частоты вращения ротора. По­

126