Контроль динамики движения удлиненного контейнера Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

-□ □-

Запропоновано метод контролю duHaMi-ки руху подовженого контейнера з двома або декшькома синхронно працюючими вiброз-будниками, що дозволяв вимiрювати вер-тикальне i горизонтальне перемщення контейнера, амплтуду, частоту i прискорення руху контейнера

Ключовi слова: контейнер, контроль, датчики, вихидний сигнал, магтт, модулятор

□-□

Предложен метод контроля динамики движения удлиненного контейнера с двумя или несколькими синхронно работающими вибровозбудителями, позволяющий измерять вертикальное и горизонтальное перемещения контейнера, амплитуду, частоту и ускорение движения контейнера

Ключевые слова: контейнер, контроль, датчики, выходной сигнал, магнит, модулятор

□-□

The method of control of motion dynamics of the extended container with two or by a few synchronously workings vibroexciters is offered, allowing to measure the vertical and horizontal moving of container, amplitude, frequency and acceleration of motion of container

Keywords: container, control, sensors, output signal, magnet, keyer -□ □-

УДК 621.9.048

КОНТРОЛЬ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ УДЛИНЕННОГО КОНТЕЙНЕРА

М.А. Калмыков

Кандидат технических наук, доцент Кафедра «Компьютерные системы и сети»*

А.В. Романченко

Аспирант*

Кафедра «Технология машиностроения»* Контактный тел.: 099-038-24-79, (0642) 55-25-08 E-mail: romanchenkoav@mail.ru

В.В. Яковенко

Доктор технических наук, профессор, заведующий

кафедрой

Кафедра «Электромеханика»* *Восточноукраинский национальный университет

им. Владимира Даля кв. Молодежный, 20А; г. Луганск, Украина, 91034

1. Введение

3. Принцип построения системы контроля

Известно, что для вибрационной обработки длинномерных деталей оптимальным решением является применение удлиненного контейнера. Для достижения максимальной производительности вибрационной обработки рационально применение удлиненных контейнеров с несколькими синхронно работающими вибровозбудителями.

2. Постановка проблемы

Поскольку удлиненный контейнер имеет два или несколько синхронно работающих вибровоздбуди-телей, то при нарушении их синхронизации движения контейнера будут неодинаковы по его длине и соответственно нарушится процесс вибрационной обработки. Поэтому необходим контроль динамики движения отдельных частей контейнера по его длине. Кроме того система контроля должна давать информацию об амплитуде и частоте колебаний контейнера, а также следить за состоянием подшипниковых узлов.

Основой системы контроля является измерительное устройство, которое состоит из группы датчиков и устройства обработки сигналов, поступающих от датчиков. Датчики различаются по виду измеряемой величины, по частотной характеристике, по чувствительности, по порогу чувствительности, по удобству монтажа. Удобство установки играет для оценки качества датчиков немаловажную роль. Чем проще установка датчика, тем шире возможности к его применению.

Оптимальным условием измерительного канала является измерение большего числа параметров динамики движения контейнера минимальным количеством измерительных устройств. Так, например, измерение таких параметров как частота колебаний контейнера, амплитуда колебаний, перемещения, виброускорения возможно при помощи датчиков перемещения контейнера, установленные на его стенках. При этом непосредственно измеряется только перемещение, а амплитуда, частота и ускорение получаются после обработки полученной первичной информации.

Пять параметров движения контейнера могут быть измерены с помощью одного виды датчиков, которые функционируют на принципе измерения постоянного магнитного поля магнитомодуляционными измерительными преобразователями. В качестве источника постоянного магнитного поля используются постоянные магниты.

Такой принцип построения датчиков обеспечивает высокую временную и температурную стабильность, надежность, высокую чувствительность, простоту монтажа, помехоустойчивость и сравнительно низкую стоимость.

Основой датчика служит постоянный магнит последнего поколения [1] WdFeB, над которым перемещается датчик магнитного поля.

4. Функция преобразования датчика перемещения контейнера

Конструкция датчика перемещения корпуса контейнера показана на рис. 1. Источником постоянного магнитного поля является магнит 2, закрепленный на немагнитной прокладке 3. Датчик имеет П-образный магнитопровод 4, который имеет воздушный промежуток, в котором размещен модулятор 5.

Рис. 1. Конструкция датчика перемещения корпуса контейнера вибрационного станка: 1 — корпус контейнера;

2 — постоянный магнит; 3 — немагнитная прокладка;

4 — магнитопровод; 5 - модулятор

При перемещении датчика относительно постоянного магнита в сердечнике изменяется магнитный поток, который измеряется с помощью модулятора. Характер изменения иллюстрируется графиком, приведенным на рис. 2. Между точками а и в существует линейный участок.

Рис. 2. Зависимость магнитного потока в сердечнике от перемещения датчика относительно магнита по координату у

Для расчета характеристики датчика, показанной на рис. 2, составляется упрощенная модель магни-топровода, показанная на рис. 3. Поле П-образного сердечника аппроксимируется полем двух площадок размерами 2ах2в, размещенных на расстоянии 2t и имеющих нормальную составляющую намагниченности на поверхности полюсов Мп. Площадки помещены в систему координат и, V, w и находятся на расстоянии h от поверхности постоянного магнита.

Рис. 3. Упрощенная электрическая модель магнитной системы датчика

Магнитный поток в П-образном сердечнике определяется с помощью теоремы о взаимности [1], которая после преобразования выражается следующей аналитической зависимостью:

(1)

где фм - магнитный потенциал, создаваемый обмоткой с током, расположенной на П-образном сердечнике, создающей МДС, равную iw;

М'п - нормальная составляющая намагниченности на активных плоскостях постоянного магнита.

Потенциал, создаваемый П-образным сердечником с обмоткой iw на поверхностях постоянного магнита равен

Фм =Ч>1 +Ф2 + Фз +Ф4 ,

Фп = Ф5 +Фб +Фу +Ф^

где Фм - потенциал на верхней и нижней плоскостях постоянного магнита;

Фп - потенциал на верхней и нижней плоскостях зеркального отображения постоянного магнита.

Магнитный потенциал на одной плоскости постоянного магнита, создаваемый магнитопроводом с расположенной на нем обмоткой с током, создающей МДС - iw, равен

1 гМ' dS 1 ГМ' dS

1 ГММ^ 1 г

Ф1 +Ф 2=^1-^--7"I о '

4п* R1 4п* R2

где R1 =у](и -1 - п')2 + ^ + (w - w')2 ; R2 =у](и +1 - п') + ^ + (w - w')2 .

(2)

Значения величин, входящих в (2), ясны из рис. 3.

ч>1 +ф 2 =

мп

4п

11

- ь-а

ь а -11

du'dw'

^/(и -1 - п')2 + Ь2 + (w - w')2

du'dw'

д/(и +1 - п')2 + h2 + (w - w')2

мп

4п

Ь, и -1 - а + у1 (и -1 - а)2 + h2 + (w - w')2 , ,

I 1п-, dw -

---1 + а + у (и -1 + а)2 + Ь2 + (w-w')2

и +1 - а + у1 (и +1 - а)2 + Ь2 + (w - w'): ь и +1 + а ^ ^/(и+^+а^^+Ь^+^ж-ж')

-ь и

ь

1п

.(3)

Если применить теорему о среднем значении интервала, то (3) можно записать так

где Мп - нормальная составляющая намагниченности на активной плоскости постоянного магнита.

По (8) были рассчитаны зависимости магнитного потока в сердечнике магнитного датчика при его перемещении по координате х при следующих его геометрических и магнитных параметрах: 2ам=210-2 м; 2Ьм=210-2 м; 2см=0,510-2 м; Мп=8,5105 А/м; Ь=410-2 м; 2t=5•10"2 м; 2а=2Ь=210-2 м.

Как видно из графиков, приведенных на рис. 4, зависимость Ф(х) имеет линейный участок, на котором должны происходить изменения перемещения датчика относительно постоянного магнита. С увеличением расстояния от постоянного магнита до стенки контейнера магнитный поток в сердечнике датчика увеличивается.

Ф1 +Ф 2 =

М' Ь

2п

и -1 - а + 7(и-7-а)2+Ь2+(^-0аЬ)2

1п-. -

и -1 + а + ^(и -1 + а)2 + Ь2 + (ж - 0,3Ь)2

и +1 - а

- 1п

и +1 + а ^^/(й+Т+а^^+Ь^+^ж-О^ЗЬ)2"

(4)

Потенциал на нижней плоскости магнита будет равен

Фа + Ф 4=

М' Ь

2п

1п

-1 + а ^Т^-^+а^^Ь^^ОЧСж-О^ЗЬ)7

, и +1 - а + л/(и +1 - а)2 + (Ь + 2с<)2 + (ж - 0,3Ь) - 1п---

и +1 + а ^^/^и^

.(5)

Рис. 4. Зависимость магнитного потока в сердечнике датчика от перемещения по координате х и от расстояния постоянного магнита до стенки контейнера

Если контейнере выполнен из немагнитного материала, то магнитный поток в сердечнике датчика рассчитывается по следующей формуле:

Потенциал на верхней плоскости зеркального изображения постоянного магнита определяется следующей формулой:

Ф5 + Ф,

М' Ь

2п

1п

-1 + а ^д/Си-^+а)2^аЗЬ)2

- 1п-I

и +1 + а + ^ (и +1 + а)2 + (Ь + 2с< + 2d)2 + (ж - 0,3Ь)2

Ф =

(6)

1° 1 Фм(и--0,3Ь)М^и^ . (9)

На рис. 4 пунктиром показана функция преобразования датчика динамики движения контейнера, выполненного из немагнитного материала.

Формула для расчета потенциала на нижней плоскости зеркального изображения постоянного магнита имеет вид

Фт + Ф 8=

М' Ь

2п

1п-

-1 - а + ^(и -1 - а)2 + (Ь + 4с< + 2d)2 + (ж - 0,3Ь)

- 1п

-1 + а аЗЬ)2

и +1 + а + ^(иТ1Та)2+"(Ь+ЙсТТМ)2^^^-ОДЬ)

Зависимости (4)-(7) позволяют рассчитать значение потенциалов Фм и Фп и использовать их значения в (1). Согласно (1) магнитный поток в магнитопроводе датчика определяется по следующей зависимости:

Ф =

Дом;

| | фм(и-х^-0,3b)Mndudw- | | фп(и-x1w-0,3b)Mndudw

5. Формирование выходного сигнала модулятора

Модулятор представляет собой две пластины толщиной 50 мкм, шириной 2 мм, помещенные в воздушный зазор сердечника (рис. 5). На сердечниках расположены (7) две обмотки: одна обмотка возбуждения с числом витков Wl, вторая обмотка выходная с числом витков W2. В обмотку возбуждения подается синусоидальный ток, который создает поток возбуждения Ф. Постоянный измеряемый поток, наведенный постоянным магнитом, равен Ф0.

В одном сердечнике модулятора (а) магнитный поток возбуждения и постоянный измеряемый поток складываются, во втором (Ь) вычитаются:

,(8)

Ф = ф + ф.; фь =-ф + ф0.

(10)

и

ь

ь

а

а

В выходной обмотке индуцируется напряжение, равное

И2 = +ФЬЖ2. (11)

С учетом (10), (11) запишется так

При насыщении сердечников модулятора потоком возбуждения Фо=Фотт, при токе в обмотке возбуждения модулятора, равном нулю, Ф0=Ф0тах.

Рис. 5. К расчету выходного сигнала модулятора: 1 — сердечник датчика; 2 — сердечники модулятора

Функция Ф(1:) представляется рядом Фурье

Ф^) = —a0 ancosnrat, n=2, 4, 6, ... 2 n=—

где

(—2)

U2(t) = W

dO(t) dt

= (фтах — Фmin)sin 0 — sin2 rat. (—3)

После расчета потоков Фтах и Фт;п определяется амплитуда выходного потока модулятора.

Магнитный поток в сердечниках модулятора может быть описан следующими зависимостями:

S„

Фа =^B(H + Ho); Фь = ^—(H — Ho),

(—4)

где Sm - площадь сердечника модулятора; Н - напряженность поля возбуждения; Н0 - напряженность измеряемого поля. При Н>>Н0 функции (14) раскладываются в ряд Тейлора:

S

dB

Фа (H + — Ho +...);

S dB

Фь = -^B(H — — H0 +...). ь 2 v dH 0 7

(—5)

Суммарное значение потоков равно

d—

Фа (H) +Ф b(H) = -m^Ho.

При артангенсной аппроксимации петли гистерезиса можно записать

2—

— = —- arctgoH , п

I =

d— = 2— о

|0dH ц0п —+o2H2 '

а0 = -(Фтах-Фт;п)0 + 2Фт!п, ап =— (Фтах-Фтк>т0 , п пп

0 - угол отсечки при кусочно-линейной аппроксимации кривой намагничивания, 0 =ап^т(Нт/Нз); Нз - напряженность насыщения; Нт - амплитуда возбуждения.

Рис. 6. К расчету выходного сигнала модулятора

Выходное напряжение второй гармоники будет равным

где о =

IWm ;

2—- '

цт - максимальное значение магнитной проницаемости.

Для синусоидального возбуждения можно записать

Ф = Ф0П

—

—+ o2H;;sm2 rat

(—6)

где п - коэффициент (п<1), который учитывает рассеяние магнитного поля в зазоре сердечника, где расположен модулятор.

Выходное напряжение ферромодуляционного элемента определяется выражением

dФ

юо2 т sin2 юt

U2 = W2 — = Ф0пШ2 , , , 2 2 dt 0 2(—+о2 msin2 rat)

Амплитуда второй гармоники равна

= 4raФ0nW2 2 + а — 2V—+ а

Um2=а-

где а = o2H2 .

6. Устройство обработки выходного сигнала модулятора

Блок-схема обработки выходного сигнала модулятора показана на рис. 7.

При коэффициенте усиления масштабирующего усилителя К10=150 коэффициент передачи устройства К=1,210-2 Вм/А. Напряженность магнитного поля в сердечниках модулятора изменяется в пределах 0-200 А/м, таким образом максимальное значение сигнала датчика

составляет 2,4 В.

Рис. 7. Блок-схема обработки выходного сигнала модулятора: 1 — усилитель второй гармоники; 2 — синхронный детектор; 3 — УПТ; 4 — генератор; 5 — удвоитель частоты

С выходной обмотки W2 сигнал модулятора поступает на вход усилителя второй гармоники 1 с коэффициентом усиления К1=100. Частота возбуждения модулятора 10 кГц. Ток возбуждения величиной 0,08 А с генератора 4 подается на обмотку возбуждения W1 и на удвоитель частоты 5. Напряжение с удвоителя частоты поступает на вход синхронного детектора 2, на второй вход синхронного детектора подается усиленный сигнал модулятора с усилителя 1. Коэффициент передачи синхронного детектора К2=0,85. Для минимизации и стабилизации статической характеристики в устройстве обработки выходных сигналов модулятора введена отрицательная обратная связь через обмотку модулятора Wo. Коэффициент передачи отрицательной обратной связи равен

Wo_ 21 ,

7. Размещение постоянных магнитов и датчиков на корпусе контейнера

Размещение П-об-разных сердечников над плоскостью постоянных магнитов показано на рис. 8.

Датчик, схема которого показана на рис. 8 а, измеряет горизонтальные движения контейнера. На рис. 8 б показан датчик, измеряющий вертикальные перемещения контейнера. В датчике, схема которого приведена на рис. 8 в, измеряется амплитуда колебаний и частота колебаний контейнера. Принцип работы датчика, показанного на рис. 8 в, иллюстрируется графиком его выходного сигнала, приведенного на рис. 9.

а)

б)

в)

Рис. 8. Схема расположения постоянного магнита и магнитопровода датчика: 1 — постоянный магнит; 2 — полюса сердечника модулятора

К„ = -

где W0 - число витков обмотки отрицательной обратной связи;

21 - длина сердечников модулятора. При числе витков обмотки обратной связи W0=100 и длине сердечников модулятора 21=10 м коэффициент обратной отрицательной связи равен Кос=104. Коэффициент передачи устройства обработки выходного сигнала модулятора определяется следующей зависимостью:

К.,К.К„КЧ

К = -

1 + К К.К,К3К

м 1 г з ос

где Км - коэффициент передачи модулятора по амплитудному значению второй гармоники, Км=0,14510-2 Вм/А.

Рис. 9. Принцип работы датчика амплитуды и частоты колебаний контейнера

Постоянный магнит и центр магнитопровода датчика смещается относительно друг друга на величину х0. Таким образом рабочая точка перемещается по характеристике на линейный участок и выходной

сигнал будет изменяться в смещенной точке на линейном участке характеристики. При изменении зазора между магнитопроводом и постоянным магнитом на выходе модулятора будет появляться сигнал, пропорциональный изменению воздушного зазора между плоскостью постоянного магнита и плоскостями сердечника датчика.

При сигнале датчика горизонтального положения их = UIшtsm(юt + ^х) и вертикального иу = иту + происходит расчет смещения кон-

тейнера от точки равновесия

8. Выводы

U, = yjUL + U

с учетом направления смещения.

Предложен метод контроля динамики движения контейнера при вибрационной обработке, основанный на применении группы магнитомодуляционных датчиков, расположенных у корпуса контейнера, позволяющий измерять вертикальное и горизонтальное перемещения контейнера, а также измерять амплитуду, частоту и ускорение движения контейнера.

Литература

1. Букреев В.В., Яковенко В.В. Оптимальное проектирование железоотделителей на постоянных магнитах / В.В. Букреев, В.В. Яковенко // Техшчна електродинамша. Проблеми сучасно! електротехшки. . - 2010. - Ч.2. - С. 13-15.

На ocuoei anaMi3y стану транспортног техтки, що перебувае в експлуатаци, показана необхгдтсть розробки концепци вгднов-лювального ремонту деталей транспортног техтки, що враховуе тип сполучення й спо-ci6 вгдновлення зношеног поверхт

Ключовi слова: концепщя, вгдновлюваль-ний ремонт, газотермiчне напилення, моде-

лювання, оптимiзацiя

□-□

На основе анализа состояния транспортной техники, находящейся в эксплуатации, показана необходимость разработки концепции восстановительного ремонта деталей транспортной техники, учитывающую тип сопряжения и способ восстановления изношенной поверхности

Ключевые слова - концепция, восстановительный ремонт, газотермическое напыление, моделирование, оптимизация □-□

On base of the analysis of the condition of the transport technician, residing in usages, is shown need of the concept development of the reconstruction repair of the details of the transport technician, taking into account type of the interfacing and way of the reconstruction to worn-out surface

Key words - concept, reconstruction repair, gasotermal evaporation, modeling, optimization

-□ □-

УДК 621.793.7

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ КОНЦЕПЦИИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ

С. А. Лузан

Кандидат технических наук, доцент Кафедра технологии машиностроения и ремонта машин Харьковский национальный автомобильно-дорожный

университет

ул. Петровского, 25, г. Харьков, 61002 Контактный тел.: 099-790-23-79; (057) 707-36-66 Е-mail: luzan1951@mail.ru

Введение

Практика эксплуатации машин и оборудования подтверждает, что наиболее распространенной причиной их выхода из строя в 80 случаях из 100 является не

поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей [1, 2].

Развитие конструкций машин происходит при постоянном стремлении к увеличению их производительности, что почти всегда сопровождается по-