CC BY
12<Тешетневс^ие чтения. 2016
References
1. Federal Handbook. Available at: http://federalbook.ru/files/OPK/Soderjanie/OPK-11/rn/ Mihaylov.pdf (accessed 14.09.2016).
2. Scientific-technical center "Expert". Available at: http://www.ntcexpert.ru/uc/ultrazvukovoi-defectoscop (accessed 15.09.2016).
3. Nesteruk D. A., Vavilov V. P. Teplovoy kontrol' i diagnostika [Thermal control and diagnostics]. Tomsk, TPU publ., 2007, 104 p.
4. Vorobey V. V. Kontrol' kachestva izgotovleniya i tehnologiya remonta kompozicionnyh konstrukciy [The
quality control of manufacturing and repair technology for composite structures]. Novosibirsk : Nauka publ., 2006. 190 p.
5. Kirillov V. I., Astafieva L. E. Metrologicheskoe obespechenie [Metrological support]. Moscow : BGUIR publ., 2006. 80 p.
6. Aristov A. I. Osnovy metrologii, standartizacii i certificacii [Fundamentals of Metrology, standardization and certification]. Moscow : MADI publ., 2013. 200 p.
© Евстигнеева Л. Д., 2016
УДК 621.325
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЁННОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТЕНДА С ГАЗОВЫМИ ОПОРАМИ
А. В. Ключников, М. Д. Шагимуратов, С. В. Шалашов
Российский федеральный ядерный центр - всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина Российская федерация, 456770, г. Снежинск, ул. Васильева, 13 E-mail: a.klyuchnikov@bk.ru
Рассмотрены вопросы снижения чувствительности измерительной системы к помехам индустриального характера и обеспечения точности измерений сигналов дисбалансов в процессе уравновешивания летающей модели в динамическом режиме на балансировочном стенде с газостатическими подшипниками.
Ключевые слова: ротор, динамический балансировочный стенд, дисбаланс, датчик, измерительный сигнал, помеха, фильтрация, рабочая частота вращения.
METHODS TO INCREASE PROTECTION OF MEASURING SYSTEM OF COUNTERBALANCING STAND WITH GAS BEARINGS FROM HINDRANCES
A. V. Klyuchnikov, M. D. Shagimuratov, S. V. Shalashov
Russian federal nuclear centre - all-russia research institute of technical physics Named after academician E. I. Zababakhin 13, Vassilyeva street, Snezhinsk, 456770, Russian Federation E-mail: a.klyuchnikov@bk.ru
The article considers a problem of slowing down a measuring system sensitivity to the industrial hindrances and of ensuring the accuracy in measurements of signal unbalances during a flying model balancing in a dynamic mode on the gas (static) bearing balancing stand.
Keywords: rotor, dynamic balancing stand, misbalance, sensor, measuring signal, hindrance, filtering, operating frequency of rotation.
Повышение точности балансировки летающей модели (ЛМ) после её изготовления и сборки, сокращение времени проведения балансировочных работ требует применения методов и средств динамической балансировки [1; 2]. В случае балансировки ЛМ, корпус которой, например, выполнен в виде длинномерного тонкостенного конуса, как правило, требуется создавать специализированный балансировочный станок (балансировочный стенд), реализуя известный принцип «станок к ротору». При этом опоры такого стенда должны позволять передавать к измерительному устройству с помощью датчиковой аппаратуры
информацию о дисбалансах контролируемой ЛМ, а измерения требуется выполнять при низких частотах вращения, исключающих возможные деформации корпуса. Для проведения бесконтактной балансировки разрабатывают и используют специализированные балансировочные стенды с газовыми опорами.
В низкочастотном вертикальном динамическом балансировочном стенде, спроектированном для проведения прецизионной бесконтактной балансировки длинномерных тонкостенных конических ЛМ, опоры выполнены в виде двух жёстких конических газостатических подшипников (ГСП), соосно закрепленных
:Контроль и испытания ракетно-космической техники
на вертикальной стоике с помощью упругих плоскопараллельных пластин [3]. В качестве рабочего тела используется сжатый воздух, поступающий из заводской пневмосети низкого давления. Рабочая частота вращения _/раб, т. е. частота, на которой выполняются измерения, не превышает 2 Гц и неизменна в течение всего балансировочного эксперимента.
Дисбалансы контролируемой ЛМ определяют по результатам измерений реакций опор на проявления динамической неуравновешенности вращающегося в опорах сборного ротора, образованного технологическим переходником, загруженным на стенд, и собственно ЛМ, установленной внутри переходника. В ходе балансировочного эксперимента проводят настройку измерительной системы стенда на объект контроля, для чего выполняют серию пусков сборного ротора, как в исходном состоянии, так и после установки в известных угловых положениях на верхней или нижней плоскости коррекции пробных грузов известной массы [4].
Измерительная система стенда построена на базе персонального компьютера (ПК) и включает в свой состав два пьезоэлектрических датчика силы генераторного типа, установленных в упругих элементах верхней и нижней опоры, и фотоэлектрический датчик (ФД) - отметчик фазы дисбалансов, также используемый для измерения частоты вращения сборного ротора. Светоотражающее зеркало ФД закрепляют на боковой поверхности технологического переходника, и его положение остаётся неизменным в течение эксперимента. Выбор пьезоэлектрических датчиков обусловлен их высокими метрологическими характеристиками и надёжностью в работе, а также отсутствием необходимости обеспечения их электрического питания [3]. При этом хорошо известна особенность таких датчиков, связанная с их высокой чувствительностью к помехам. Причинами возникновения сигналов помехи, в том числе близких к частоте вращения сборного ротора, могут быть акустические резонансы, возникающие в результате многократных отражений воздуха при прохождении воздушных потоков через колена пространственно-изогнутых напорных трубопроводов, неидеальность (овальность, гранность) рабочих поверхностей технологического переходника и ГСП, неравномерность воздушных зазоров, собствен-
ные резонансы колеблющейся механической системы, трибоэлектрические эффекты в измерительных кабелях, смещение нулевого уровня и дрейф нуля аппаратуры и др. Это требует принятия специальных мер для борьбы с помехами.
При создании измерительной системы рассматривались следующие конструктивный, аппаратный, программно-методический и организационный аспекты повышения помехоустойчивости:
- заземление системы в одной точке во избежание возникновения контуров заземления, обеспечение надежной экранировки измерительных кабелей и электронных устройств;
- использование специализированных «антишумных» кабелей для передачи измерительных сигналов, прокладка измерительных кабелей отдельно от токонесущих кабелей, вдали от силовых трансформаторов и крупных электродвигателей, закрепление кабелей во избежание относительного движения (кабельной «лебёдки»);
- исключение сквозняков и температурных изменений окружающей среды в течение всего балансировочного эксперимента;
- обеспечение постоянного рабочего давления сжатого воздуха, поступающего в ГСП из заводской пневмосети;
- выполнение регистрации вибросигналов в каждом пуске на выбеге сборного ротора, в течение короткого промежутка времени;
- высокоточная фильтрация сигналов дисбалансов с применением комбинированного фильтрующего устройства.
На рисунке приведена структурная схема алгоритма с применением комбинированного фильтрующего устройства в каждом из двух измерительных каналов измерительной системы, разработанного для регистрации и обработки сигналов дисбалансов.
Первоначально реализация сигнала, поступающего от пьезоэлектрического датчика силы и содержащего аддитивные сигналы помех, подвергается аналоговой обработке, обеспечивающей низкочастотную аналоговую фильтрацию и усиление, а затем оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в течение заданного периода времени и регистрируется в памяти ПК в дискретно-временной форме.
Алгоритм обработки вибросигналов: - вид типового вибросигнала, поступающего с выхода датчика силы; 6 - вид вибросигнала после аналоговой обработки; в - вид дискретной составляющей, отфильтрованной с использованием процедуры Фурье-фильтрации синхронно
с частотой вращения ротора
а
Тешетневс^ие чтения. 2016
Далее в постреальном режиме к зарегистрированной реализации сигнала применяется процедура Фурье-фильтрации, после чего выходной синусоидальный сигнал с частотой, равной рабочей частоте вращения, не содержащий пульсаций и налагающейся частоты, принимается за основной (полезный) измерительный сигнал. Затем определяются параметры полезного сигнала - его амплитуда и фаза, пропорциональные значениям и углам дисбалансов сборного ротора в плоскостях коррекции.
Для исключения влияния световых помех (бликов) на сигналы от ФД и исключения ложного запуска процесса регистрации вибросигналов в ПО измерительной системы заложен принцип двукратного подтверждения результата измерения рабочей частоты вращения перед формированием команды на запуск АЦП. Влияние помехи, связанной с непостоянством частоты самоходного вращения ротора в период регистрации вибросигналов, уменьшают до пренебрежимо малых величин путем соответствующего ограничения времени регистрации (определяемого на этапе предварительных испытаний системы). С целью исключения паразитных дисбалансов, связанных с использованием технологического переходника в балансировочном эксперименте, измерение реакций опор в исходном состоянии проводят в двух фиксированных угловых положениях испытуемой детали относительно переходника, отличающихся друг от друга на 180°, а полученные результаты измерений усредняют, выделяя дисбалансы детали [5].
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования подтвердили принципы построения измерительной системы балансировочного стенда с ГСП и эффективность использованных методов повышения помехозащищённости измерительной системы, обеспечивших высокую точность измерений параметров неуравновешенности ЛМ [2].
Библиографические ссылки
1. Методы исследований на летающих моделях / под ред. А. Д. Миронова. М. : Машиностроение, 1988. 144 с.
2. Андреев С. В., Ключников А. В., Михайлов Е. Ф. Перспективы применения метода динамической балансировки для определения параметров асимметрии масс летательного аппарата // Решетнёвские чтения : труды XVIII Междунар. науч. конф. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 8-10.
3. Абышев Н. А., Ключников А. В., Михайлов Е. Ф., Чертков М. С. Стенд для прецизионной бесконтактной балансировки конических роторов в динамическом режиме // Надежность и качество - 2014 : труды XIX междунар. симпозиума. Пенза, 2014. Т. 2. С. 234-236.
4. Пат. РФ № 2453818. Способ настройки балансировочного стенда для определения параметров мас-со-инерционной асимметрии роторов / А. В. Ключников; МПК G01M 01/22; приоритет от 11.01.2011; опубл. 20.06.2012, Бюл. № 17.
5. Ключников А. В. Способ устранения влияния технологической оснастки на результаты измерений в процессе динамической балансировки летательного аппарата // Решетнёвские чтения : труды XIX Междунар. науч. конф. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 21-23.
References
1. Mironov A. D. Metody issledovaniy na letayushchih modelyah (Methods of researches on flying models). Moscow : Mashinostroenie, 1988. 144 p. (In Russ.)
2. Andreev S. V., Klyuchnikov A. V., Mihailov E. F. Prospects of application of dynamic counterbalancing method for testing of flying machine's mass-inertia asymmetry parameters [Perspectivy primeneniya metoda dinamicheskoy balansirovki dlya opredeleniya parametrov asimmetrii mass letatelnogo apparata] // Trudy XVIII Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii "Reshetnevskie chteniia" [Proc. 18th Int. Technol. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2014. Part 1. P. 8-10. (In Russ.)
3. Abyshev N. A., Klyuchnikov A. V., Mikhailov E. F., Chertkov M. S. Stand for precise non-contactable counterbalancing in dynamic regimen of conical rotors [Stand dlya pretsizionnoy beskontaktnoy balansirovki konicheskih rotorov v dinamicheskom rezhime] // Trudy XIX Mezhdunarodnogo simpoziuma «Nadyozhnost i kachestvo». [Proc. 19th Int. Technol. Symp. "Reliability & Quality"]. Penza, 2014. Vol 2. P. 234-236. (In Russ.)
4. Klyuchnikov A. V. Sposob nastroiki balansirovochnogo stenda dlya opredeleniya parametrov masso-inertsionnoy asimmetrii rotorov [Method of adjusting a counterbalance machine for determination of rotors' mass-inertia parameters]. Patent RF. № 2453818. 2012.
5. Klyuchnikov A. V. Method of eliminate a technological rig on measurement results during dynamic counterbalancing of flying vehicle Способ устранения влияния технологической оснастки на результаты измерений в процессе динамической балансировки летательного аппарата [Sposob ustraneniya vliyaniya tekhnologicheskoy osnastki na rezultaty izmereniy v protsesse dinamicheskoy balansirovki letatelnogo apparata]. Trudy XIX Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii "Reshetnevskie chteniia" [Proc. 19th Int. Technol. Conf. "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2015. Part 1. P. 21-23. (In Russ.)
© Ключников А. В., Шагимуратов М. Д., Шалашов С. В., 2016
