Лабораторна робота № 3

Тема: Дослідження переміщень, швидкостей і прискорень металургійних машин та обладнання.

Мета: Вивчити методи та засоби експериментальних досліджень металургійних машин та механізмів; практично засвоїти методику досліджень та опрацювань експериментальних даних при зміні переміщень, швидкостей та прискорень за допомогою реохордних датчиків; закріпити знання за методом графічного диференціювання.

1 Загальні відомості

В практиці експериментальних досліджень часто виникає необхідність у зміні лінійних переміщень робочого органу машини або прогину деталей та металоконструкцій із записом цих параметрів на стрічку реєструючого приладу. Зміни переміщень за часом дозволяють визначити ступінь стабільності швидкості рухів робочого органу та значення щілин в передачах при його реверсивній роботі, а також основні показники слідкуючого привода (чутливість та швидкість дії). Розрізнюють переміщення малі (0 ... 15 мм) та великі (15 ... 1000 мм та більше) з малими та великими швидкостями. Ускладнення виникають при вимірюванні великих переміщень з малою швидкістю (0,01∙10 ... 1∙10 м/с). Це пов'язано з тим, що стрічкопротяжні механізми осцилографа розраховані на більш високі швидкості протягування стрічки (2,5∙10 м/с та вище).

Найбільш поширені такі датчики для вимірювання переміщень: тензоперетворювачі, реохордні, рідинні (електролітні, ртутні), електронні (механотрони), індуктивні, трансформаторні, фотоелектричні, феромагнітні та інші типи датчиків.

В практиці експериментальних досліджень металургійного обладнання часто використовують тензоперетворювачі, реохордні та індуктивні датчики.

За допомогою тензоперетворювачів вимірюються лінійні переміщення в межах 0 ... 20 мм. Звичайні індуктивні датчики використовують також для вимірювань переміщень 0 ... 20 мм. Разом з тим спеціальні датчики дозволяють вимірювань переміщення до 2000 мм. Як правило, тензометричні та індуктивні датчики використовують для вимірювання лінійних переміщень, реохордні – як лінійних, так і кутових переміщень практично необмеженої величини.

Для вимірювання кутових та лінійних швидкостей використовують механічні та електричні датчики. Принцип дії датчиків заснований на залежності зусиль від швидкості переміщення тіла, що переборює в’язке тертя, тобто при наявності сприймаючого елемента з в’язком тертям задача вимірювання зводиться до вимірювання зусиль. В механічних датчиках використовується ефект в’язкого тертя за рахунок перетікання рідини із однієї порожнини в іншу, в електричних – за рахунок гальмуючої дії вихрових струмів. Крім того, широко використовуються тахогенератори і сельсіни.

Для вимірювання прискорень застосовуються п'єзоелектричні, омічні, фотоелектричні, індуктивні, об'ємні та інші датчики, тобто датчиком прискорення служить будь-який з датчиків переміщення з вихідним сигналом у вигляді постійної напруги з доданням двох каскадів включених диференційних ланок. Датчик прискорення може бути також складений з датчиків швидкості та одної диференцюючої ланки.

На практиці, як правило, використовують датчики переміщення та потім за допомогою графічного диференціювання графіка переміщення, отримують графік вимірювання швидкості, а при диференціюванні останнього – графік зміни прискорення.

Реохордні датчики бувають лінійні та кругові. На відміну від звичайних регулювальних реостатів до датчиків переміщення ставиться вимога – наявність певної однозначної залежності між опором та переміщенням. Основні елементи реохордного датчика: каркас з нанесеним на ньому опором у вигляді намотки із дроту та рухомої струмоз'ємної щітки, що ковзається безпосередньо по поверхні опору. Для виготовлення каркасів частіше використовують пластмаси, гетинакс, текстоліт, а також метали (алюміній, дюраль, мідь), що покриті шаром лаку або іншою ізоляцією.

Обмотку виконують емальованим або оксидованим дротом з наступним покриттям лаком. Контактна доріжка зачищається від лаку та полірується. Кращим матеріалом обмотки служить константан, ніхром та манганін. Щітка виготовляється у вигляді дротів або стрічок із бронзи, платинородієвого сплаву та інших пружних елементів у вигляді ролика.

При вимірюванні кутових переміщень реохорд з'єднується або безпосередньо з валом, що досліджується, або через шків. При вимірюванні лінійних переміщень реохорд обладнують обгумованим шківом, який щільно притискають до об'єкту, що рухається, за допомогою пружин, так як тут обертання передається тільки за рахунок сил тертя. Реохорди можуть бути виконані без передач, з підвищуючою чи понижуючою передачею. Цей фактор треба враховувати при обробці осцилограм.

На рис.3.1 показана схема підключення колового реохордного датчика. Для живлення датчика застосовують джерела постійного струму (випрямний блок, батарейні елементи, акумулятор та ін.). Величина відхилення сигналу на осцилограмі встановлюється за допомогою резистора 2 змінного опору.

1-реохорд; 2-резистор з перемінним опором; 3-резистор постійного опору; 4-гальванометр

Рис. 3.1 – Схема підключення кругового реохордного датчика

Резистор 3 постійного опору призначений для запобігання від згорання гальванометра 4 осцилографа при зміні опору резистора 2 до нуля. Загальний опір резисторів 2,3 і гальванометра 4 повинен бути в 5 ... 10 разів більше опору реохорда.