Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальное определение вибрационных характеристик ручных машин. Методические указания к проведению лабораторной работы по курсам «Машины и инст
.pdf
Рис. 7. Разрешающая способность оборудования
Программное обеспечение
Современные программные комплексы содержат большое количество встроенных функций для реализации любых задач вибрационного анализа:
1) запись сигнала в реальном времени;
2) калибровка измерительных каналов;
3) программная фильтрация;
4) интегрирование сигнала, измерение основных параметров;
5) модальный, дробно-октавный, порядковый анализы;
6) отображение получаемых данных;
7) сохранение данных и создание отчетов и т.д.
21
3. ВИБРАЦИОННАЯ ЗАЩИТА РУЧНЫХ
2
2
( - ) ( - ) 0
d x dx dz
m b c x z
dt dt dt
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН [12]
Методы виброзащиты ручных машин разделяют на две большие
группы:
1. Ограничение распространения вибрации от источника, ее по-
буждающего, например за счет применения активных и пассивных
виброгасителей, изменения собственных частот элементов конструкции
машин, виброизоляции, балансировки роторов, снижения неравномерности крутящего момента двигателя и проч.
2. Ограничение вибрации в самом источнике, например за счет
снижения силового или кинематического возбуждения, самовозбуждения, исключения соударения рабочего инструмента с корпусом и проч.
На практике могут и должны применяться оба способа. Рассмотрим
пример виброизоляции линейной системы с одной степенью свободы
(рис. 8). Источник кинематического возбуждения вибрации ― поводок
1, через виброизолятор (состоящий из пружины 2 и демпфера 3) передает вибрацию массе 4. Уравнение движения тела 4:
, (17)
где m ― масса защищаемого объекта;
b ― коэффициент сопротивления демпфера;
c ― коэффициент жесткости пружины;
t ― время.
Рис. 8. Типовая схема виброизоляции:
1 — возбудитель; 2 — пружина; 3 — демпфер; 4 —защищаемый объект
22
Если поводок совершает синусоидальные колебания:
sinω
a
z z t
2 2 2
2 2 2 2
( - )
a
a
x
cb
z m c b
0
>2
c/m
,
где za и ω ― амплитуда и угловая частота соответственно, то значение
коэффициента передачи определяется выражением:
. (18)
Анализ зависимости (18) показывает, что виброизоляция эффективна (η < 1) при
(за резонансный режим), где ω0 =
―
собственная частота системы. Известно, что оптимальное соотношение частоты источника и собственной частоты лежит в диапазоне
8...15. Также формула (18) показывает, что виброизоляция улучшается с увеличением массы защищаемого объекта и уменьшением
жесткости пружины. Откуда исходит неэффективность такой меры
при защите оператора ручной машины с помощью подпружиненных
рукояток, обладающих малой массой, а уменьшение жесткости
амортизаторов вызывает недопустимо большую деформацию (осадку
пружины), что делает невозможным управление ручной машиной. В
этом случае прибегают к использованию амортизаторов с нелинейной характеристикой, предварительным поджатием или с коэффициентом жесткости, который снижается с увеличением нажимного
усилия. Помимо изоляции рукояток в конструкциях ручных машин
применяются упругодемпфирующие опоры подшипников роторов
электродвигателей, а в качестве индивидуальных средств защиты
используются вибропоглощающие рукавицы.
Другим популярным методом виброзащиты является динамическое
виброгашение. Принцип действия динамического виброгасителя основан на явлении антирезонанса, когда настройка системы такова, что
движение соколеблющейся массы снижает вибрацию защищаемого
объекта. В качестве примера рассмотрим линейную систему (рис. 9).
Уравнение движения системы:
23
2
1
1 1 2 1 2 2
2
2
2
2 2 2 2 1
2
( ) - cos
,
- 0
a
dx
m c c x c x F t
dt
dx
m c x c x
dt
(19)
2
22
1
2 2 2
1 2 1 2 2 2
;
( - )( - ) -
a
cm
x
c c m c m c
2
2
2 2 2
1 2 1 2 2 2
( - )( - )-
a
a
cF
x
c c m c m c
2
1
2
, 0,
aa
c
x
m
где x1, x2, m1, m2 ― координаты и массы защищаемого объекта и инерционного элемента;
c1 и c2 ― коэффициенты жесткости пружин.
Рис. 9 . Типовая схема динамического виброгасителя:
1 — защищаемый объект; 2 — инерционный элемент; 3, 4 — пружины
Из уравнений движения могут быть получены:
а) амплитуда защищаемого объекта:
(20)
б) амплитуда инерционного элемента:
Уравнение (20) показывает, что при совпадении частоты вынуждающей силы ω с частотой антирезонанса ωа вибрация защищаемого объекта становится равной нулю:
. (21)
24
а амплитуда инерционного элемента становится равной статической
22
2
a
a ст
F
xx
c
деформации x
пружины 4 под действием силы Fа:
2 ст
.
При этом инерционный элемент колеблется в противофазе с вынуждающей силой.
Рассматриваемая динамическая система имеет две степени свободы
и две собственные частоты ω1 и ω2. При этом собственная частота
незащищенного объекта ω0 и частота антирезонансаωавсегда лежат
внутри интервала между собственными частотами ω1 и ω2:
ω1 < ω0 < ω2;
ω1 < ωa < ω2.
Таким образом, динамический гаситель эффективно гасит синусоидальную вибрацию при условии ω ≈ ωa. Как правило, ручные машины
являются многорежимными (холостой режим, режим рабочего хода), и
угловые частоты вращения на разных режимах могут существенно отличаться, особенно при наличии коллекторного двигателя с мягкой механической характеристикой, что ограничивает возможность применения динамических виброгасителей в классическом виде в ручных машинах. В этом случае применимы динамические виброгасители с широкой рабочей частотной полосой.
Эффективным методом борьбы с вибрацией ручных машин является уравновешивание. Уравновешивающие устройства представляют
собой противовесы (дебалансы) и устанавливаются в машине с целью
уравновешивания сил и моментов сил инерции. При этом уравновешивающие устройства жестко связаны с приводом в отличие от динамических гасителей. В машинах ударного действия широкое распространение получили противовесы, жестко связанные с валом кривошипа кривошипно-ползунного механизма и установленные со сдвигом 180º относительно кривошипа. Такой противовес может частично уравновесить силы инерции первого порядка.
25
Противовес, устанавливаемый на кривошипе, может применяться
для гашения возбуждающей вибрацию силы отдачи. При этом угол
сдвига дебаланса должен составлять примерно 270…290º. Это, однако,
несколько ухудшает вибрационное состояние машины в режиме холостого хода.
Противовесы могут быть установлены на валах редуктора или
непосредственно связаны с зубчатыми колесами. Такие уравновешивающие устройства компактны и эффективны.
26
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ИЗМЕРЕНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ВИБРАЦИИ
НА РУКОЯТКЕ РУЧНОЙ МАШИНЫ»
Цели работы:
1. Проведение серии вибрационных испытаний электрического
перфоратора.
2. Определение среднеквадратичного корректированного значения
виброускорения на рукоятке испытуемого перфоратора.
3. Проведение дробно-октавного анализа сигнала виброускорения.
4. Расчет допустимого времени работы с испытуемым перфорато-
ром в течение смены.
Рис. 10. Система сбора данных:
1 — кабель Ethernet; 2 — модуль измерения динамических сигналов;
3 — шасси; 4 — шнур питания; 5 — разъем BNC с подключенным датчиком
4.1. ОБОРУДОВАНИЕ
Для проведения измерений используются:
1) система сбора данных на базе 8-слотового шасси NIcDAQ и
четырехканального модуля NI9234 для измерения динамических
сигналов с частотой оцифровки 51,2 кГц/канал и разрядностью АЦП
24 бит (рис. 10);
27
2) ноутбук;
3) датчик-акселерометр общего назначения однокомпонентный чув-
ствительностью 10 мВ/g с частотным диапазоном 0,5...10000 Гц по
уровню не хуже ±3 Дб, обеспечивающий точность 0,0005 g;
4) электрический перфоратор с энергией удара 5 Дж.
4.2. ИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ [4]
В настоящей работе в качестве программного обеспечения используется помощник по вибрационным и акустическим измерениям
Soundand Vibration Assistant — реконфигурируемый программный комплекс, специально разработанный для проведения интерактивных измерений параметров звука и вибрации без необходимости программирования.
Рис. 11. Интерфейс Soundand Vibration Assistant:
1 — кнопки управления выполнением; 2 — спадающее меню рабочей области;
3 — «Шаг» (Step); 4 — вход; 5 — выходы; 6 — область проекта; 7 — статус проекта;
8 — область просмотра протоколированных данных; 9 — область данных;
10 — кнопка записи; 11 — область вкладок; 12 — область помощи
Окно приложения Soundand Vibration Assistant (рис. 11) разделено
на три главные области просмотра: область проекта (Project View) слева, область данных (Data View) в середине и область помощи (Help)
28
справа. Левое окно является областью проекта, в которой представлен
упорядоченный перечень операций, или шагов проекта. Центральное
окно включает область данных, отображающую сигнал, который в данном проекте генерируется или анализируется. Внутри области данных
содержатся вкладки Data View, Recording Options, Channel View, Project
Documentation.
Рис. 12. Создание программы измерений путем добавления
и настройки шагов в Soundand Vibration Assistant
Кратко рассмотрим процесс создания нового проекта вибрационного анализа в среде Soundand Vibration Assistant:
1. Создание проектов Soundand Vibration Assistant для выполнения
измерений производится путем добавления и конфигурирования шагов
в интерактивном измерительном окружении. «Шаг» (Step) — это конфигурируемая (настраиваемая) функция по вводу, генерированию, обработке, загрузке или сохранению сигналов. Большинство шагов обрабатывают входные сигналы и вырабатывают выходные сигналы.
Настройка шага на конкретную операцию производится путем указания
29
значений на вкладке Step Setup (рис. 12). Сохраненная последовательность сконфигурированных шагов образует проект программы
Soundand Vibration Assistant.
2. После добавления необходимых шагов алгоритма посредством
контекстного меню в области проекта назначаются выходные параметры или сигналы, подлежащие записи, а на вкладке Recording options
области данных осуществляется настройка параметров записи, таких
как время начала или окончания, продолжительность и т.д. (рис. 13).
Наконец, с помощью кнопок на панели управления проект может быть
запущен на выполнение.
3. Каждый раз после выполнения приложения записанные данные
доступны в области протоколированных данных 8 (рис. 14). Просмотр
протоколированных данных может производиться в области данных
на вкладке Dataview. Подробнее процесс создания и выполнения
приложений будет показан в следующей части фильма в обучающем
видеоролике.
Рис. 13. Указание данных подлежащих записи и задание
параметров записи в Soundand Vibration Assistant
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]