книги / Современные методы и средства балансировки машин и приборов

После второй модуляции во вращающемся трансформаторе

_ iW if .sin (ùi [cos (p _|_ cos (2Qt -\- cp)].

При синхронном детектировании сигнал U3умножается на сигнал несущей частоты

UA)\w

Если сигнал несущей частоты имеет прямоугольную форму, то

Первый член выражения (5.14) представляет собой напряжение постоянного тока и является полезным сигналом. Из сравнения выражений (5.13) и (5.14) видно, что использование сигнала несущей частоты прямоугольной формы является предпочтительным, так как обеспечивает выигрыш в амплитуде полезного сигнала и подавление несущей при демодуляции.

Помехи, содержащиеся в сигнале датчика дисбаланса, и помехи, внесенные процессами модуляции, выделяются на выходе демодуля­ тора 6 в виде переменной составляющей с комбинационными часто­ тами и подавляются фильтром низких частот 7 (см. рис. 5.8). При использовании ФНЧ второго порядка выражение эквивалентной добротности Q совпадает с аналогичным выражением для ваттметрового индикатора:

где со0 — частота сигнала датчика дисбаланса; Q0— характеристиче­ ская частота ФНЧ; 8 — коэффициент затухания ФНЧ.

В отличие от схем с ваттметрами умножительная система с ФНЧ позволяет изменять добротность в широких пределах за счет варь­ ирования параметров (й0> и Ô.

Наличие квадратурных обмоток в СКВТ обусловило измерение дисбаланса в прямоугольной системе координат. Эта система не­ подвижна относительно балансируемого ротора и представляет собой стационарную измерительную систему координат X Y По окончании цикла измерения координаты вектора дисбаланса в виде составля-

где М — модуль вектора дисбаланса.

В режиме отсчета параметров дисбаланса функциональный пре­ образователь СКВТ выполняет функцию преобразования координат.

Составляющие Ux и Uy подают на входные обмотки СКВТ, тогда на его выходных обмотках получают координаты вектора дисбаланса

ниями постоянного тока, для обеспечения работы СКВТ их пред­ варительно переводят на несущую частоту так же, как и сигнал дисбаланса в режиме измерения. Благодаря этому отсчет параметров дисбаланса по окончании цикла измерения осуществляется с по­ мощью того же устройства при положении II переключателя /<7.

При отсчете параметров дисбаланса ротор 1 неподвижен, но может свободно поворачиваться вокруг оси О. Ротор СКВТ, оста­ ваясь механически связанным с балансируемым ротором 1, повора­ чивается вместе с ним. Напряжения постоянного тока Ux и Uk, выражающие координаты вектора дисбаланса в измерительной системе координат X Y и хранящиеся в памяти 9, в амплитудных модуляторах 3 преобразуются в напряжения переменного тока t/u- и Uiv, которые подводятся к квадратурным роторным обмоткам СКВТ. Квадратурные статорные обмотки СКВТ образуют новую отсчетную систему координат X 'Y ’ в которую и трансформируется измеренный и запомненный вектор дисбаланса. Оси новой системы координат неподвижны и выражены в пространстве указателями 8, каждому из которых соответствует стрелочный индикатор. В балан­ сировочных станках такими указателями могут служить инструменты коррекции дисбаланса, например сверлильные головки. После син­ хронного детектирования трансформированных сигналов 1Лгх и Щу де­ модуляторами 6 на выходе последних выделяются напряжения постоянного тока U'x и Uy, выражающие координаты вектора в от­ счетной системе координат X 'Y '

Типовые измерительные устройства па основе измерительной системы амплитудной модуляции после однократного цикла изме­ рения обеспечивают индикацию параметров дисбаланса в любых системах координат, определяемых конфигурацией ротора.

Прямоугольная система координат получается в устройстве непосредственно в процессах измерения и отсчета. Для любого углового положения ротора /, а следовательно, и вектора дисба­ ланса G показания индикаторов 8 соответствуют проекциям вектора на оси коррекции, проходящие через указатели, т. е. параметры

Рис. 5.11. Индикация дисбаланса в косоугольных системах координат:

а — схема; б — векторная диаграмма

ось OB' |_ ОА. В этом случае прямоугольные проекции а', Ь' про­ порциональны соответствующим косоугольным проекциям а, Ь.

Требуемые сопротивления резисторов могут быть получены не­ посредственно из диаграммы, так как они пропорциональны соответ­ ствующим отрезкам cd, de, ef.

Для разложения вектора дисбаланса на проекции в любой много­ угольной системе координат (при измерении дисбаланса роторов сложной конфигурации) достаточно иметь только две отсчетные полуоси OB' и ОА', так как вектор дисбаланса О после измерения и запоминания может быть введен поворотом ротора 1 (см. рис. 5.8) в рабочий сектор XOY Для настройки устройства на новую много­ угольную систему координат достаточно лишь изменить параметры резистивного сумматора 10.

Одновременная индикация составляющих проекций вектора в косоугольной системе координат осуществляется на балансировоч­ ных станках, оснащенных двумя инструментами коррекции. Для станков, имеющих один инструмент коррекции, целесообразно осу­ ществлять поочередную индикацию составляющих проекций (рис. 5.12, а).

На диаграмме (рис. 5.12, б) А, В я С — полуоси коррекции ро­ тора, расположенные под углом 120°. Одна из осей выражена в про­ странстве указателем прибора Hi, роль которого может выполнять сверлильная головка станка. Оси X и Y образуют отсчетную прямо­ угольную систему координат. К источникам проекций подключен

с указателем прибора Я / оси коррекции А займет, например, поло­ жение, указанное на рис. 5.12, б, и спроектируется на вспомогатель­

ные оси /4i и Аг. Из двух проекций at и а2 проекция с2 является ложной, так как она не пропорциональна искомой проекции а на оси коррекции А. Ложная проекция а2 исключается в устройстве с помощью диодов VD1 и VD2, так как эта проекция всегда меньше истинной и для нее диод VD1 заперт сигналом большей проекции аг.

К прибору Н1 через диод VD2 подводится искомая проекция а2. Прибор Н2, включенный между источниками проекций X, Y, обеспе­ чивает индикацию составляющей проекции по оси ротора ОВ с учетом знака коррекции, т. е. содержит информацию о требуемом направле­ нии поворота ротора.

Поочередная индикация составляющих проекций вектора дис­ баланса в косоугольной системе координат позволяет обойтись без формирования вспомогательных осей. Ось коррекции ротора, например ось одной из лопаток трехлопастного вентилятора, совме­ щают с одним из указателей, т. е. с одной из прямоугольных осей отсчетной системы. Совмещенная ось коррекции оказывается перпен­ дикулярной к второй оси отсчетной системы, с индикатора которой и считывают составляющую проекцию вектора дисбаланса для смежной оси коррекции.

При двукратной балансировке роторов в ограниченной зоне коррекции, например в зоне противовеса коленчатого вала, возни­ кает задача удержания остаточного вектора дисбаланса после первой коррекции в рабочей зоне. Для решения задачи в вектор коррекции при первой балансировке вводят поправки по углу и значению, смещающие остаточный вектор дисбаланса в рабочую зону.

Измерительное устройство амплитудной модуляции обеспечивает слежение за значением вводимых поправок и их автоматический подбор для осуществления оптимальной коррекции дисбаланса. Измерительное устройство в этом случае работает в косоугольной системе координат в режиме одновременной индикации составляющих

Рис. 5.13. Диаграмма индикации дис­ баланса при балансировке двумя рав­ ными массами

проекций (см. рис. 5.11). Угол косоугольной системы должен превышать угловую погреш­ ность измерения. Индикаторы дисбаланса настроены таким образом, что их полной шкале соответствует вектор дисбалан­ са, устраняемый за один цикл коррекции, например одним сверлением на максимальную глубину. После измерения и запоминания параметров дис­ баланса ротор поворачивают,

пока на индикаторе одной из проекций не установятся нулевые значения. Если показания индикатора по второй проекции не пре­ вышают шкалы прибора, то коррекцию дисбаланса осуществляют по этой проекции за один цикл. Если вектор начального дисбаланса превышает вектор, который можно максимально устранить за один цикл, то поворот ротора осуществляют до тех пор, пока проекция вектора на рабочую ось не станет равна максимально допустимой.

После осуществления коррекции по этой оси вектор остаточного дисбаланса оказывается направленным по второй оси косоугольной системы с учетом погрешностей и коррекции дисбаланса.

В каждом цикле балансировки вектор дисбаланса занимает в косо­ угольной системе координат угловое положение, при котором его проекция на рабочую ось равна максимально устраняемой за один цикл коррекции. Этим автоматически обеспечивается слежение за величиной вводимых поправок — чем больше вектор начального дисбаланса, тем больше его угловое смещение относительно рабочей оси, т. е. относительно вектора коррекции.

Измерительная система амплитудной модуляции также обеспе­ чивает коррекцию дисбаланса двумя равными массами с изменением угла между ними в зависимости от начального дисбаланса ротора.

Диаграмма, приведенная на рис. 5.13, поясняет способ индикации углов установки двух равных масс.

Задача сводится к нахождению углового положения а максималь­ ного вектора коррекции Di от двух совмещенных масс, при котором его проекция на ось У равна вектору начального дисбаланса D ротора. Как видно из диаграммы, для отыскания угла а установки уравновешивающих масс достаточно найти проекцию d вектора D, при которой векторы D и Di совместятся по направлению. Из диаг­ раммы находим

D/Di = cos a; d — D cos а = D2jDl.

Для реализации способа индикации шкалы индикаторов измери­ тельного устройства настраиваются на дисбаланс, создаваемый

двумя массами, установленными в одной точке ротора. После измере­ ния и запоминания параметров дисбаланса ротор поворачивают так, что на одном из индикаторов устанавливаются нулевые показания, а на другом — максимальные. Вектор дисбаланса при этом совме­ щается с одной из осей отсчетной системы координат. Индикатор этой оси показывает модуль вектора, а ее указатель — направление и точку коррекции на роторе. Затем ротор совместно с вектором дисбаланса поворачивают от этой оси в какую-либо сторону так, чтобы проекция вектора на эту ось, т. е. показания индикатора стали равны квадрату исходных показаний, отнесенных ко всей шкале прибора. Точка на роторе, расположенная в этот момент против указателя оси, является точкой установки уравновешивающей массы. Осуществив далее поворот ротора (вектора) в другую сторону от оси, аналогично находят вторую точку коррекции.

Конструктивное исполнение измерительного устройства не вы­ зывает трудностей, поскольку основу его принципиальной схемы составляют известные и отработанные в общей радиотехнике эле­ менты: балансные амплитудные модуляторы и демодуляторы, ФНЧ, генератор несущей частоты и элементы электрической памяти сигна­ лов постоянного тока.

Балансные амплитудные модуляторы и демодуляторы выполнены в устройстве по одинаковой схеме в виде электронных прерывателей, управляемых тактовыми импульсами прямоугольной формы от гене­ ратора несущей частоты.

ФНЧ содержит операционный усилитель с инерционным RC-зве­ ном первого или второго порядка в цепи обратной связи.

Генератор несущей частоты, являющийся генератором прямо­ угольных импульсов, может быть выполнен по любой из известных схем на элементах аналоговой или цифровой техники.

Элемент электрической памяти представляет собой каскад с высо­ ким входным сопротивлением, обеспечивающим сохранение заряда на конденсаторе памяти.

В качестве функционального преобразователя в устройстве может быть выбран коллекторный СКВТ с максимальной частотой 50 Гц. Для расширения частотного диапазона устройства могут быть -при­ менены бесконтактные преобразователи типа сельсинов и индуктосинов.

Технические возможности разработанной измерительной системы исследованы на испытательном стенде, балансировочном станке EO-RE фирмы «Гофманн» (Hofmann, ФРГ) и на универсальных станках мод. 9765 для статической балансировки. Достигнутая на

(оправки) станка. Средняя кратность снижения дисбаланса за один цикл коррекции составила не менее 20 для полярной системы коорди­ нат и 15 для косоугольных систем с углом между осями более 60°.

В настоящее время серийно выпускаются станки для статической и динамической балансировки роторов, оснащенные измерительной системой амплитудной модуляции.

Глава 6

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ

(А. К. Скворчевский, Е. В. Промыслов)

В настоящее время теоретические и экспериментальные исследо­ вания в этой области ведутся с широким классом электрических и физических явлений с целью использования их для практических целей балансировки роторов приборов и машин. Нашли применение электроэрозионный, электронно-лучевой, лазерный, гидродинами­ ческий и ряд других методов балансировки, способных активно влиять на точность и производительность уравновешивания враща­ ющихся масс приборов и машин. Наиболее широкие исследования как в нашей стране, так и за рубежом ведутся в направлении созда­ ния надежных и перспективных методов лазерной балансировки. При этом получают признание как импульсные методы балансировки, так и прогрессивные методы уравновешивания лазерами непрерыв­ ного действия, обладающими повышенной мощностью и производи­ тельностью [2].

6.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ

На основе электрических и электродинамических методов уравно­ вешивания разработано современное оборудование Закавказским филиалом ЭНИМСа, где на основе этих физических процессов раз­ работан и внедрен в промышленность ряд новых электрофизических методов (ЭФМ) [23 ].

Наиболее характерны результаты, полученные в научно-промыш­ ленном объединении «Армстанок», где за последнее время разрабо­ тана небольшая партия балансировочных станков, работающих на принципе ЭФМ. В условиях производства они применялись для балансировки серийных электродвигателей массой от 0,5 до 5,0 кг. При этом исследован как электроэрозионный метод съема неуравно­ вешенной массы с поверхности ротора, так и электрохимический метод.

Однако, как показал опыт эксплуатации станков при использова­ нии ЭФМ, важным моментом их внедрения в практику является решение задачи полной автоматизации и достижения хорошей по­ вторяемости результатов балансировки. По-прежнему остро стоят