Электродинамический калибратор Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.313.13.1

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ КАЛИБРАТОР

А. А. Слепченко, А. А. Фадеев*

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрен вариант использования линейного электродинамического привода для калибрования датчиков вибрации и удара. Показана схема и особенности расчета калибровочных установок методом удара.

Ключевые слова: датчик удара, вибрации, электродинамический привод, калибратор.

ELECTRODYNAMIC CALIBRATOR A. A. Slepchenko, А. А. Fadeev*

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Considered the option to use the linear electrodynamic actuator for calibration of vibration sensors and shock. Shows a diagram and particulars of calculation of the calibration method of the kick.

Keywords: shock sensor, vibration, electrodynamic actuator, calibrator.

Для получения достоверных результатов по параметрам удара (вибрации) работающего (испытываемого) оборудования необходима настройка (калибровка) датчиков. Согласно ГОСТу [1] одним из методов калибровка датчика (преобразователя) является метод удара.

Основной целью калибровки является определение (в направлении соответствующем назначению преобразователя) коэффициента преобразования в рабочем диапазоне частот и амплитуд:

Sr = Otr- (1)

a(t)

где Sr - коэффициент преобразования в единицах выходного сигнала на м/с2; ur (t) - выходной сигнал;

а^) - ускорение, м/с2.

Для преобразователей ускорения высокого качества, измеряющих пиковое значение ускорения, разработан обладающий малой неопределенностью измерений метод калибровки с ударным возбуждением посредством молота и наковальни.

В процессе удара необходима регистрация приращения скорости:

t2 j

Тогда коэффициент преобразования определиться как

'2

'2

Av = j a(t )dt. (2)

j ur (t )dt

Sr = -. (3)

Av

Секция «Проектирование машин и робототехника»

Для калибровки преобразователя предложена следующая конструкция стенда на основе линейного электродинамического привода (см. рисунок).

Стенд состоит из следующих элементов: линейный электродвигатель 1 с ударным инструментом (бойком) 3 закреплён на станине с наковальней 4 и подпружиненными стойками 5. На наковальне закреплен калибруемый датчик (преобразователь) 6, сигнал с которого поступает на регистрирующие устройства 7 (осциллограф и/или персональный компьютер). Питание линейного двигателя осуществляется блоком питания 2.

Стенд работает следующим образом: при подаче обратного напряжения с блока питания 2 на линейный электродвигатель 1 (реверсный режим) происходит вылет якоря с инструментом (бойком) 3 из зазора индуктора и удар по наковальне 4, находящейся в состоянии покоя, с укреплённым на ней калибруемым датчиком 6. Направление оси чувствительности преобразователя должно точно совпадать с направлением силы удара. В процессе удара записывают временной выходной сигнал иг(() преобразователя 6 с помощью регистрирующих устройств 7.

Стенд калибровки датчиков

Для удобства регулировки удара и точного определения коэффициента преобразования 8Г датчика имеет смысл связать его с параметрами работы линейного электродвигателя. В момент удара закон сохранения импульса определиться как

тбУр = тн+дАУ

(4)

где тб - масса бойка (равная сумме масс инструмента и якоря), кг; Ур - реверсивная скорость движения якоря, м/с; тн+д - суммарная масса датчика и наковальни, кг. Приращение скорости определиться как

Ау =

тя

т

-V = К V

р т р'

(5)

н+д

где Кт - коэффициент соотношения масс взаимодействующих тел.

Тогда коэффициент преобразования (с учетом параметров линейного привода) определиться

^ =

"2

| иг (?

КтУ-р

(6)

Или

t2

Sr = Суд J ur (t )dt, (7)

ti

где Суд - постоянная ударного стенда.

Расчет постоянной ударного стенда Суд можно произвести по методике, предложенной в [2]. В пакете Matead, при ранее рассчитанных конструктивных и скоростных параметрах работы линейного двигателя по [3] были получены следующие результаты (см. таблицу).

Определение коэффициента преобразования

Конструк тивный параметр, z Предельная скорость инструмента vs, м/с Коэффициент соотношения масс взаимодействующих тел, Кт Постоянная ударного стенда Суд, (м/с)-1 Формула

10,58 3,4 1,724 0,167 t2 Sr = 0,167 J ur (t )dt t

12,71 4,32 2,857 0,081 t2 Sr = 0,081 J ur (t )dt t1

73,77 5,84 5,195 0,033 t2 Sr = 0,033 J ur (t )dt t1

Такой подход позволяет производить плавную настройку работы стенда (за счет входных технологических параметров - напряжения питания обмоток якоря и индуктора, продолжительности и величины импульса), и соответственно, калибровку любых датчиков вибрации и удара в зависимости от типоразмера линейного электродинамического привода.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ ISO 16063-1-2013. Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 1. Основные положения.

2. Фадеев А. А., Шестаков И. Я., Ереско Т. Т. Математическая модель работы ударного устройства на основе линейного электродинамического привода // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию со дня рождения генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (11-14 нояб. 2014, г. Красноярск) : в 3 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 315-316.

3. Шестаков И. Я., Стрюк А. И., Фадеев А. А. Линейные электродинамические двигатели. Конструирование. Практическое использование : моногр. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 148 с.

© Слепченко А. А., Фадеев А. А., 2016