книги из ГПНТБ / Колесник Н.В. Устранение вибрации машин

Контроль исправности схемы усиления производится установкой

переключателя /7Х в положение О и КС. В положении О корректи­

руется нуль выходного каскада усилителя. В положении КС с выхода

мостика контрольного сигнала подается стабилизированный кон­ трольный сигнал на вход усилителя, и при необходимости усиление регулируется с помощью переменного сопротивления 7?6.

Фиг. 32. Принципиальная схема усилителя УВ-6-56.

Стабилизация контрольного сигнала осуществляется по прин­

ципу небалансного моста с нелинейным элементом в одном из его плеч. Мост контрольного сигнала состоит из постоянных сопротивле­ ний R 23, Rn, и лампы накаливания Л7. Сопротивление этой

лампы зависит от протекающего через нее тока. Рабочая точка лампы

выбрана так, что выходное напряжение моста остается постоянным

при изменении входного напряжения в пределах 5%.

Питание усилителя осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 в через феррорезонансный стабилизатор. Анодное напряжение стабилизируется газовыми стабилизаторами Л5 и Ле.

Такой блок усиления применяется при использовании одного

датчика. В случае необходимости одновременной регистрации коле­ баний в нескольких точках число таких блоков должно быть соот­

ветственно увеличено.

В комплекте аппаратуры в качестве измерителей применяются

стрелочные приборы, катодно-лучевые трубки (катодные осцил­

лографы), шлейфные осциллографы, а в некоторых случаях и другие

типы самопишущих приборов.

подается после соответствующего усиления переменное напряжение

от датчика.

Как известно, направление отклонения находящегося в магнит­

ном поле проводника, зависит от направления проходящего по этому

проводнику тока, величина же отклонения пропорциональна вели­ чине силы тока. Поскольку направление тока в ветвях петли И

взаимно обратное, то колебание петли проводника, вызываемое колебанием потенциала сигнала, создает угловые перемещения приклеенного к проводникам зеркальца 10, от которого отражается

концентрированный луч света, производящий фотографическую запись колебания на движущейся светочувствительной бумаге или

пленке.

Для того чтобы запись колебания была произведена без значи­

тельного искажения, частота собственных колебаний зеркальца

шлейфа должна быть в несколько раз выше частоты исследуемого

колебания. Демпфирование свободного колебания шлейфа дости­ гается посредством масляной ванны (корпус шлейфа заполняется

специальным прозрачным маслом). Оптическое устройство осцил­

лографа следующее. Луч света от лампочки 1, пройдя через линзу 2

и щелевую диафрагму 3, отражается от зеркальца 4 и падает на зер­ кало 10 шлейфа. Отраженный от зеркала 10 луч проходит через

50

Цилиндрическую линзу 8 и фокусируется непосредственно на дви­ жущуюся светочувствительную бумагу. Часть луча, отражаемого

зеркалом шлейфа, проходит через призму 9 и направляется зерка­

лом 5 на граненый зеркальный барабан 7, отражаясь от которого,

падает на матовый экран 6. На экране можно непосредственно наблю­ дать форму воспроизводимых осциллографом колебаний, для чего скорость вращения барабана должна быть синхронизирована с ча­

стотой исследуемого колебания.

Шлейфный осциллограф обычно имеет несколько шлейфов для

одновременной записи колебаний от нескольких датчиков. Скорость

Фиг. 34. Катодно-лучевая трубка.

движения светочувствительной ленты регулируется в широких

пределах.

Принцип действия катодного осциллографа основан на свойстве катодного луча отклоняться под воздействием поперечного стати­ ческого поля и вызывать явление флюоресценции (свечения) при попадании на экран, покрытый специальными солями.

Главной составной частью катодного осциллографа является катодная трубка (фиг. 34). Она представляет собой стеклянный

вакуумный баллон, в который вмонтирован катод К, представляю­

щий собой накаленную нить и аноды Ai и А. Испускаемый катодом поток электронов получает ускорение и фокусируется анодами Ai и А.

Далее поток направляется на экран 3 трубки, где вызывает точеч­ ное свечение.

В трубке, между экраном Э и анодом А, на пути следования катод­

ного луча имеются еще две пары электродов, называемых дефлектор­

ными. Они располагаются во взаимно-перпендикулярных направле­

ниях так, что одна пара УУ при подведении к ней потенциала создает

вертикальное отклонение луча, а другая пара XX — горизонтальное.

Обыкновенно, пара пластин, отклоняющая луч в вертикальном напра­

влении, используется для подсоединения переменного напряжения от вибродатчика после усиления, а вторая — для подачи на нее перио­

дического напряжения, предназначенного для развертывания иссле­ дуемого колебания во времени.

В осциллографе имеется электронный генератор переменного тока, периодическое изменение напряжения которого (при графи­

ческом изображении) имеет пиловидную форму и регулируемую

частоту. Вследствие этого отклонение катодного луча вправо проис­

ходит с постоянной, регулируемой скоростью, а в обратном направле­

нии — мгновенно. Синхронизируя частоту генератора с частотой исследуемого колебания, можно наблюдать на экране осциллографа

виброграмму одного или нескольких периодов колебания, форма

которой соответствует форме колебания сигнала датчика (фиг. 34, а). Размах колебания можно определить по сетке экрана, на основании

предварительного тарирования прибора, а частоту — в соответствии

с частотой генератора развертки.

периодичность. Во всех других случаях (например, при нечетном

соотношении частот слагаемых исследуемого негармонического коле­ бания) измерение частоты делается невозможным, а размаха — недостаточно четким. В таких случаях при пиловидной развертке

С помощью электровиброизмерительной аппаратуры можно также

производить измерение фазовых отношений колебаний. При приме­

нении шлейфного осциллографа и одновременной записи колеба­

ний с помощью нескольких датчиков определение фазовых отношений

исследуемых колебаний производится непосредственным сопоставле­

нием по осциллограмме. При использовании одного датчика и стре­

лочного прибора измерение фазы может быть произведено способом,

показанным на фиг. 35.

Вибродатчик 1 устанавливается на корпус подшипника машины

и включается в ваттметр постоянного тока 3 последовательно через

контактный фазоуказатель 5, ротор которого синхронно вращается с валом машины с помощью гибкого вала 4. Контакт так устроен, что включение ваттметра происходит только в течение половины оборота вала. Поворачивая диск 2 можно установить контакт в такое поло­ жение, что на ваттметр будет подаваться ток одноименной поляр-

52

ности. Это положение, соответствующее максимальному показанию

прибора, фиксируется стрелкой по делениям круговой шкалы на кор­

пусе фазоуказателя 5. Таким образом, показания ваттметра в опре­ деленном масштабе соответствуют размаху колебания, а положение стрелки фазоуказателя определяет фазу. При изменении фазы другого

колебания положение стрелки при максимальном показании ваттметра будет иное. Разность в положениях указателя соответствует сдвигу фаз сравниваемых колебаний. В некоторых приборах вместо контакта

применяют вспомогательный генератор. Способ измерения анало­

гичен описанному. Для измерения фазы колебания может быть при­ менен другой способ, не требующий использования синхронизи­ рующих контактных устройств. С помощью специальных схем пре­ образуют импульс датчика таким образом, что в момент изменения

полярности сигнала образуется пиковое повышение потенциала

и происходит мгновенная вспышка газосветной лампы. При частоте

вспышек лампы, равной частоте вращения вала, наблюдают стробо-

скпоический эффект и определяют фазу так же, как это было описано

ранее применительно к прибору виброскоп (фиг. 28).

Показание фазы имеет отчетливый характер, если исследуемое

колебание по форме близко к гармоническому.

В настоящее время имеется много различных электровиброизме-

рительных приборов.

Для измерения вибрационных ускорений в ЦНИИТМАШ [14]

разработан акселерометр с пьезоэлектрическими датчиками П-1 и П-2. В комплект этих приборов входит усилитель типа УФВ-1М,

чины вибрационного ускорения в пределах 3—400

Небольшие размеры и вес датчиков позволяют производить изме­ рение параметров вибрации малых объектов и в труднодоступных местах, как например, при исследовании^колебаний лопаток паровых

емкости. Датчик включается в контур высокочастотного генератора,

в результате чего напряжение высокой частоты модулируется часто­

той исследуемых колебаний. Модулированный сигнал усиливается,

детектируется и вновь усиливается до величины, обеспечивающей

частоте от 50 до 200

Виброизмерительные приборы с емкостными датчиками не нахо­ дят широкого практического применения вследствие сложности элек­ трической схемы. Наибольшее применение получают приборы с индук­ ционными датчиками.

Фирмой «Вестингауз» используются приборы, имеющие индук­

ционный датчик, сигнал которого без усиления подается на вьщоко-

53

чувствительный электродинамический ваттметр. Этот прибор снаб­

жен фазоуказателем, представляющим собой небольшой генератор,

синхронно вращающийся с валом исследуемой машины, как это

показано на фиг. 35. Поворачивая статор генератора, можно изме­

нять фазовый угол, получая максимум показаний ваттметра для изме­ рения амплитуды виброскорости или нуль для определения фазы

по лимбу статора генератора.

По этому же принципу разработан прибор ЭНИМС. Конструкция

этого прибора отличается введением лампового усилителя, предна­

значенного для усиления сигнала индукционного датчика.

Фиг. 36. Блок-схема прибора БИГ1-4.

Киевским предприятием Союзэнергоремонт изготовляется вибро-

измерительный прибор БИП-4. Блок-схема этого прибора показана на фиг. 36. В комплект прибора входят два индукционных датчика В,

сигнал которых преобразуется и усиливается в блоке лампового

усилителя, имеющего интегрирующий и дифференцирующий кон­ туры, а также усилитель ВУ, а затем подается на катодно-лучевую трубку Э. Для развертки колебания прибор снабжен генератором ГР

с регулируемой частотой и усилителем ГУ.

Прибор имеет стробоскопическое звено СЗ, в котором преобра­ зуются импульсы усиленного сигнала для питания пульсирующим

напряжением стробоскопической лампы Л, с помощью которой можно определять фазу колебаний по принципу, поясненному на фиг. 28, а. Измерение фазы может производиться также с помощью вспомога­

тельного генератора (сельсина ФД), синхронно вращающегося с валом исследуемой машины, и фазоуказателч ФУ, встроенного в корпус

прибора.

Внешний вид прибора БИП-4 показан на фиг. 37. Прибор имеет следующую характеристику:

54

Электрические виброизмерительные приборы в наименьшей сте­

пени способны сохранять стабильность показаний, так как малей­

шее изменение эмиссионной способности ламп усилителей, влияние

температуры на элементы сопротивлений и т. п. приводят к значи­

тельным погрешностям при измерениях. Поэтому проверку таких приборов рекомендуется производить непосредственно перед каж­ дым измерением.

Испытания и тарирование приборов производят на специальных установках, называемых вибростендами, с помощью которых пред-

Фиг. 39. Устройство вибростенда.

ставляется возможным создавать вибрацию определенной формы,

размаха и частоты. Сравнивая показания установленных на таких стендах приборов с действительным значением измеряемых величин

определяют степень погрешности и полученные данные заносят в паспорт прибора.

Имеется много различных по конструкции и назначению вибро­ стендов. Здесь мы ограничимся описанием стенда, применяемого

для испытания и тарирования виброскопа. Схема этого стенда пока­

зана на фиг. 39.

Диск 2 приводится во вращение от асинхронного электромотора

с постоянной угловой скоростью. Вдоль шпоночного вала, установлен­

ного параллельно плоскости диска, посредством вилки 3 перемещается

фрикционный диск 1 малого диаметра, с помощью которого регули­ руется скорость вращения этого вала. На переднем конце шпоноч­

ного вала укреплен грибок 7 с ориентиром для неподвижно укреплен­ ного лимба 6 с делениями в градусах. Назначение ориентира — опре­

деление фазы колебания. На заднем конце шпоночного вала устано­ влен эксцентрик 4, эксцентрицитет г которого может регулироваться

(нормально г = 0,3 мм).

Посредством кривошипа линейка 5 получает горизонтальные

колебания вокруг центра с. Поскольку в данном стенде отношение

— = 500,

Г

57