CC BY
47
Российские электроприводы трубопроводной арматуры. _Разработка, испытания и эксплуатация_
3. Техническое задание на опытно-конструкторскую работу «Разработка электромеханизмов для управления регулирующей арматурой технологических систем АЭС» от 18.10.2005г.
4. Техническая справка научно-исследовательского отдела Белояр-ской АЭС от 19.06.2006г.
5. Протокол №1 вибрационного обследования МЭО регуляторов питания парогенераторов от18.07.2007г.
6. Справка «Результаты диагностики РК (типа «Диск») и привода МЭО» начальника отдела технической диагностики В.Д. Козырева.
7. Протокол №188/1-2007 проведения специальных испытаний механизма МЗО-1000/25-0,25АС по программе от 06.11. п.3.1
8. Расчёт на прочность выходного вала электромеханизма МЭО-1000/25-0,25АС от 20.12.07г.
S.V. Lugovskoy
THE DEVELOPMENT STAGE AND MARKETING OF SINGLE-TURN & LINEAR ELECTRIC ACTUATORS FOR ELECTRIC-OPERATED VALVES DESIGNED BY THE KURSK JSC «PRIBOR»
The brief analysis of development and marketing of civil production of the Kursk JSC «Pribor» is given. Since 1992-1994 we have been designing and manufacturing electric valve operators and actuators for industries, based on our proprietary design and process solutions. Now actuators made by Kursk JSC «Pribor» are successfully used with quick-closing, shutoff and control valves in different industries.
Key words: Shutoff and Control Electric Actuator, a pipeline fittings.
Получено 3.12.12
УДК 681.5.08
В.А. Мозжечков, д-р техн. наук, гл. инженер, (4876) 79-65-58, itc@tulaprivod.ru (Россия, Тула, ЗАО «ИТЦ «Привод»)
МОДЕЛЬ ДАТЧИКА МОМЕНТА С ПОДПРУЖИНЕННЫМ ЧЕРВЯКОМ В КАЧЕСТВЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
Предложена модель, описывающая динамику датчика момента, чувствительным элементом которого является подпружиненный червяк редуктора, смещающийся под действием измеряемого момента. Проведён анализ точности измерений для различных режимов функционирования.
Ключевые слова: датчик, модель, динамика, крутящий момент, червячный редуктор.
Информационно-измерительная и управляющая система (ИИиУС) электроприводов (ЭП) трубопроводной арматуры (ТПА) осуществляет из-
мерение переменных состояния, внешних воздействий, реализацию закона управления и диагностирование состояния ЭП.
В современном ЭП ТПА измерению подлежат момент силы на выходном валу и его угловое положение. Дополнительно могут контролироваться скорость и ускорение вращения вала, напряжения питания двигателя ЭП, потребляемые токи и активная мощность.
Наиболее трудно реализуемой является процедура измерения момента силы на выходном валу ЭП. В то же время именно измерение момента является наиболее информативным и значимым при формировании законов управления ЭП и диагностических заключений относительно его состояния. Для измерения момента в ЭП ТПА используют встроенные измерители крутящего момента, действие которых основано на контроле смещения подпружиненного червяка.
Сигнал от измерителя крутящего момента используется для защитных отключений, а также закрытия и открытия арматуры с контролем крутящего момента в конечных положениях. При этом реализуется терминальное управление, целью которого является достижение заданного значения момента уплотнения арматуры.
Измеритель момента рассматриваемого типа и червячный редуктор ЭП образуют единый механизм, свойства которого существенно влияют на точность измерений. Спецификой такого измерительного механизма, является его нежесткость, многомассовость, проявление сил трения скольжения в зубчатом зацеплении червячной пары. Особого внимания заслуживает анализ динамической точности рассматриваемого датчика в условиях быстрого изменения измеряемой величины.
Математическому описанию динамики ЭП посвящено много работ [1-5], однако работа ЭП ТПА с измерителем момента указанного выше типа не описана достаточно подробно. В работах [4, 5] не освещены вопросы повышения эффективности управляющей системы ЭП ТПА при реализации терминального управления, а также вопросы повышения эффективности информационно-измерительной системы, касающихся синтеза диагностических признаков для формирования заключения о состоянии ЭП и сопряженной с ним ТПА.
Модель ЭП ТПА с червячным механизмом измерения крутящего момента
Рассмотрим ЭП с червячным редуктором и механическим измерителем крутящего момента (рис.1).
Вал двигателя или ручного дублера вращает вал червяка редуктора. Вдоль оси червяка возникает сила, которая перемещает его вдоль своей оси по продольным шлицам. Смещению червяка препятствует сила деформации пружин, которая воспринимается датчиком смещения и используется как сигнал величины момента ЭП.
44
Считаем, что механизм состоит из твердых тел, за исключением пружин, противодействующих смещениям червяка. Уравнения движения рассматриваемого механизма можно получить, воспользовавшись лагран-жевым формализмом [6].
Рис. 1. Червячный редуктор с подпружиненным червяком, смещающимся под действием измеряемого момента силы
Пусть qi, р/, 8/, - координата, скорость и ускорение углового перемещения ротора двигателя (/=1), линейного смещения червяка (/=2), углового перемещения червяка совместно с его валом (г=3), углового положения червячного колеса с выходным валом ЭП (/=4) и присоединенной к нему нагрузкой.
В рассматриваемой схеме угол поворота червяка и его вала равен углу поворота ротора двигателя (qз=ql). Угол поворота червячного колеса q4 определяется соотношением q4=qз/kr+q2/R, где ^ - передаточное число червячной пары, равное отношению угла поворота червяка к углу поворота червячного колеса при отсутствии смещения червяка, R - радиус делительной окружности червячного колеса. С учетом указанных кинематических соотношений из уравнений Лагранжа второго рода [6] находим дифференциальные уравнения движения рассматриваемой механической системы:
(/1+/2+/з+/4^2)81^/4/(^)82 = М0-М-М2; (1)
(mз+J4/R2)82+J4/(krR)8l+xq2=-Fl-F2-Fз, (2)
где /1 - момент инерции соответственно ротора двигателя (/=1), вала червяка (/=2), собственно червяка (/=з), червячного колеса с выходным валом
45
ЭП и присоединенной к нему нагрузкой (/=4), т3 - масса червяка; X - жесткость пружин, М0 - момент движущей силы на валу червяка, М1 -момент силы нагрузки, приведенный к валу червяка; М2 - момент силы трения червяка о червячное колесо, Fl - сила нагрузки ЭП, приведенная к червяку, F2 - сила трения червяка о колесо, F3 - сила трения в шлицах червяка.
В дальнейшем будем придерживаться следующих общепринятых допущений [7]: взаимодействие зубьев червяка и червячного колеса заменяется взаимодействием одного зуба червяка с одним зубом колеса; площадка контакта зубьев червяка и колеса является плоской; центр контактной площадки совпадает с точкой касания делительных диаметров колеса и червяка; ось червяка перпендикулярна оси колеса. Тогда момент нагрузки, приведенный к валу двигателя,
М1 = МУК,
где М] - момент нагрузки, приложенный к выходному валу ЭП.
Момент М2 сил трения в червячном зацеплении, принимая закон Кулона, при вращении вала (р^0) можно записать следующим образом
[7]:
М2= sign(p1)abs(|12 Мм), Мм = Мр^ф + (г/ЩМР;
Мр =Мо - (^1+^2+^3)61, Мр = М]+./484=М]+./4(81/^ + Б2/К),
где sign(*) - функция знака, имеющая значение -1,+1, 0, если ее аргумент является отрицательным, положительным числом и нолем, abs(*) - функция, принимающая значение абсолютной величины ее аргумента, |12 - коэффициент трения червяка о колесо, Мм - момент силы, прижимающей друг к другу трущиеся зубья, который является результатом действия моментов Мр , МР на наклонную площадку контакта зубьев червяка и колеса, Мр - момент сил на валу двигателя, прижимающий зуб червяка к зубу колеса, МР - момент сил на валу червячного колеса, прижимающий зуб колеса к зубу червяка, г - радиус делительной окружности червяка, а - угол профиля витка червяка в его осевом сечении, ф=тс/2-у, где у - угол подъема витка червяка на делительном диаметре.
В состоянии покоя (^1=0) момент М2 определяется соотношениями: если аЬз(Мд) < аЬэ(|и012Мм), то М2 = MQ, иначе М2= sign(MQ)abs(|l2Mм), где MQ = М0-М1- ,/4/(^)82.
Здесь MQ - момент силы, необходимой для удержания пары трения в состоянии покоя, определяется из уравнения (1), когда Б1=0, т.е. из условия сохранения состояния покоя, в котором Б1=0, р1=0, ^=сош1 Коэффициент трения в состоянии покоя | 12 всегда больше коэффициента трения скольжения |12. Учитываем данный факт, полагая |°12=^|12, где ^>1 - заданная константа.
Российские электроприводы трубопроводной арматуры. _Разработка, испытания и эксплуатация_
В уравнении (2) сила, обусловленная действием момента нагрузки на выходном валу ЭП, приведенная к червяку и действующая вдоль его оси,
^ = м^я.
Смещение червяка вдоль оси сопровождается пренебрежимо малым скольжением зубьев червячной пары (доминирует качение зуба червяка по зубу колеса), поэтому с приемлемой точностью для большинства практических случаев можно считать ^2=0.
Сила сопротивления обусловленная трением в шлицах червяка, определяется следующим образом:
еслир2 ^0 , то sign(p2)abs(ц23 Ы2з), иначе:
если аЬз(02з)>аЬз(^ц2з Ы2з), то
иначе: Fз = Q2з, где #2з = abs((ML+/484) tga/R) + abs((Mo-(/l+/2)8l)/p);
Q23= - (Fl+F2+Xq2+ /4/(^)81).
Сила прижатия шлицов червяка к шлицам его вала Ы2з является суммой двух слагаемых. Первое из них определяет силу отжатия червяка от колеса при взаимодействии их зубьев, а второе - силу прижатия шлицов червяка к шлицам его вала под действием крутящего момента М0. Первая сила направлена вдоль радиуса делительной окружности червяка, а вторая действует по касательной к делительной окружности шлицев вала червяка с радиусом р. Выражение, определяющее значение силы Q23, необходимой для удержания пары трения в состоянии покоя, следует из вышеприведённого уравнения.
Наличие в измерителе механических упоров, ограничивающих сжатие пружин, можно учесть, дополнив уравнение условием:
если abs(q2) > *шах, то 82 =0; р2 = 0; q2=sign(q2) Хтах; (з)
где хтах - предельная деформация пакета пружин, допускаемая упором в каждую сторону от нейтрального положения червяка.
Числовые значения параметров разработанной модели ЭП ТПА могут быть определены следующим образом.
1. Параметры дифференциальных уравнений двигателя находят из справочной литературы либо в соответствии с известными методами идентификации.
2. Параметры редукторной и силоизмерительной части рассчитывают по конструкторской документации. К таким параметрам относятся: масса червяка, его модуль и число витков, делительный радиус червяка и колеса (с учетом принятого корригирования червячной пары), делительный радиус шлицев, угол профиля зуба и делительный угол подъёма червяка, коэффициент редукции червячной пары, упругость пакета пружин, максимальный ход червяка, моменты инерции колеса, червяка и его вала.
3. Коэффициенты трения в уплотнениях и в подшипниках валов ЭП ТПА находят из опыта холостого хода, соответствующего включениям и выключениям двигателя при отсутствии внешней нагрузки. В силу отсутствия нагружения в данном опыте модельное значение коэффициента трения зубьев червячной пары можно принять нулевым. Искомые коэффициенты трения в уплотнениях и в подшипниках валов находят из условия максимального приближения графиков изменения во времени переменных состояния ЭП к соответствующим графикам, полученным из опыта холостого хода.
4. Значение коэффициента трения зубьев червячной пары в редукторе определяют из опыта работы ЭП при заданной нагрузке. Искомый коэффициент трения находят из условия максимального приближения графиков изменения во времени переменных состояния ЭП к соответствующим графикам, полученным из опыта нагруженного хода.
Анализ погрешности измерений
Первичной регистрируемой величиной в рассматриваемом меха*
низме является смещение червяка q2. Измеренное значение Мь истинного момента Мь определяется по формуле
Мь =к q2 , (4)
* *
где к - коэффициент пропорциональности, q2 - измеренное значение истинного q2.
*
Оценим погрешность измерения момента ДМь=Мь-Мь .
В режиме движения с постоянной скоростью (81=82=0) уравнение (2) принимает вид
X q2= ^1- F2 - Fз. (5)
В случае, когда р2^0, имеем
Fз= sign(p2) Ц2з ^(М^а^) + abs(Mo/p)).
Из уравнения (5) находим Rxq2= -Мь - sign(p2) Ц2з ^(М^а) + abs(MoR/p)). (6)
Для рассматриваемого режима движения из уравнения (1) получаем М0кг (1-?1Ц12%ф) = Мь(1+ ¿1^12 tgф), (7)
^l=sign(pl)*sign(Mo/tgф + (г/К)Мь).
Полагая 1+ ¿^12 tgф^0, запишем уравнение (7) в виде
М0кт = Мь, где кт = кг (1- ¿1Ц12%ф)/(1+ ¿lЦl2tgф). Тогда из (6) следует, что
Мь =kq2, (8)
к= -Rx/(1 + ¿2Ц2з^а + R/(pkm))), ¿2= sign(p2) sign(Mь). (9)
Заметим, что sign(p2) = -sign(dMь/dt), следовательно, ¿2= ^^(¿МьМ?) sign(Mь).
На рис. 2 представлен график зависимости q2(ЫL), построенный по соотношениям (8), (9) с учетом условия (3). Стрелками показаны направления смещений точек Ы£) при возрастании и убывании момента ЫР При расчетах здесь и далее приняты следующие значения параметров: Д=41х10-3 м; х=1,37х10б Н/м; ц12=0,05; ц23=0,2; а=п/9; ф=п/2-0,068; р=11х10-3 м; кг= 27,33; хтах= 5,5х10-3 м.
Из уравнений (4) и (8) следует, что в рабочем диапазоне измерений (abs(q2) < хтах) погрешность Абудет равна нулю при следующей идеализации: погрешность измерения q2 отсутствует; используемое в (4) значение *
к тождественно значению к, определенному по формуле (9); выполняются
все допущения, принятые при выводе уравнений (8), (9).
*
Значение к определяют экспериментально в процессе тарировки механизма измерителя в режиме движения с постоянной скоростью.
В силу высокой стабильности параметров, определяемых геометрическими размерами механизма, значение Ак зависит главным образом от погрешности Аёк его определения при тарировке, а также от отклонений
Ах, Ац23, Акт параметров х, Ц23, кт при проведении измерения от их значе-
*
иий, учтенных при определении значения коэффициента к .
Рис.2. Графики зависимости q2(ML)
В первом приближении Ак = кхАх + кцАц23+ ккАкт +Аёк. Коэффициенты чувствительности Ак к изменению параметров х, Ц23, кт определятся по формулам
кх = ^/(1+*?2Ц230«а + R/(pkm)));
2
кц = + R/(pkm))/(1+S2Ц2з(tgа+R/(pkm)) ;
кк = -R2хs2Ц2з(1+S2Ц2з(tga+R/(pkm)))-2(pkm2)Л
В режиме движения с переменной скоростью (е1^0, е2^0) измерение величины М^ основанное на использовании уравнений (8), (9), будет со-
49
провождаться динамической погрешностью, обусловленной инерционными свойствами механизма, и закона изменения ML во времени.
На рис. 3 показаны годографы вектора (М^ q2) при воздействии на измерительный механизм момента нагрузки, изменяющегося по синусоидальному закону с амплитудой 400 Нм. Графики построены на основе решения дифференциальных уравнений (1), (2) дополненных уравнениями Парка-Горева [8], определяющими величину крутящего момента Мо, развиваемого АД 4А80В4 [8, 9].
Из графиков видно, что на низких частотах годограф вектора (М^ q2) мало отличается от графика , представленного на рис. 2. Это свидетельствует о том, что погрешность ДML невелика.
д2х103 (72х103 д2 х103
Рис.3. Годограф вектора (ML, q2) при измерении момента
ML =400 кт(2ПI): а -/=1 Гц; б -/=10 Гц; в -/ =20 Гц
Для рассматриваемого примера среднеквадратическое значение относительной приведенной динамической погрешности ДМ^(Хтах%К) измерений величины ML на частоте f = 1 Гц составляет 0,7 % (амплитуда колебаний той же погрешности не более 1,3 %). На частотах 10 и 20 Гц среднеквадратическое значение указанной погрешности составляет уже 6,8 % и 16 %, а ее амплитудные значения доходят до 15 % и 34 % соответственно.
Резонансная частота /Г=1/(2%ТГ) измерителя может быть найдена из уравнений (1), (2) по формулам
Т=1,7х10-3 с, /=95,23 Гц.
В режиме движения с переменной скоростью (81 ^ 0, 82 ^ 0) погрешность измерения моментаML может быть значительно уменьшена, если расчет ее величины осуществлять с учетом ускорений 81, 82 по следующим зависимостям:
ML* = ^2* + ^81* + k282*, (10)
к = - аУа-1 = - Rх/(1 + ^^^а + R/(pkm))), ^ = sign(p2) sign(ML); к1 = - (а4 + а5)/аь к2 = - (аз + аб)/аь а1 = (1 + ^^(^а + R/(pkm))); а2 = Rх, а3 = Rm3 + J4/R, а4 = J4/kr; а5 = (Jl + J2 + Jз +J4/kr )кг(Л/р)/(1 + *?1Ц^ф)/кт; аб = (J4/R)(R/p)/(1 + ^1^12 tgф)/km, где символ (*) указывает на результат измерения истинного значения величины.
В рабочем диапазоне измерений погрешность АML равна нулю, если погрешности измерения величин q2, е1, е2 отсутствуют; используемое
*
в (8) значение к = к определяется по формуле (9); выполняются допущения, принятые при выводе уравнений (1) и (2).
Закон терминального управления ЭП ТПА
При закрывании задвижки ТПА ЭП переводится в стационарное состояние с заданными величинами крутящего момента и углового положения вала. Законы управления, реализующие это состояние, называют законами терминального управления. Управление ЭП ТПА при открывании задвижки является частным случаем задачи закрывания при широком допуске на величину крутящего момента.
Рассмотрим метод формирования закона терминального управления, которое обеспечивает остановку ЭП в заданном интервале положений его выходного вала с достижением в момент остановки значения момента сил нагрузки Мь(/е), максимально близкого заданному значению, где - конечное (терминальное) значение времени остановки ЭП.
Повышение точности управления предохраняет арматуру и ЭП от перегрузок, аварийных ситуаций и быстрого износа деталей механической части. Оно достигается в результате измерения переменных е1, е2; использования формулы (10) при определении текущего значения величины Ыь; расчета величины Мь(/е) на основе их экстраполяции.
Предлагаемый метод синтеза закона терминального управления и определение рациональной структуры информационно-измерительной и управляющей части ЭП ТПА реализуется в следующей последовательности.
1. Анализируется качество управления, предполагающего отключение АД в момент достижения заданного момента, оцениваемого по формуле (4). Данный закон является базовым. Если качество управления соответствует требованиям, базовый закон принимается к реализации. В противном случае выполняются пп. 2,3.
2. Анализируется качество управления по формуле
* * * *
Ыь = kq2 + к181 . (11)
Если качество соответствует требованиям, указанный в данном пункте, закон принимают к реализации. В противном случае выполняют п. 3.
3. Анализируется качество управления по формуле (10). Если оно соответствует требованиям, указанный в данном пункте, закон принимают к реализации.
4. В результате выполнения пп.1-3 определяется рациональная структура информационно-измерительной и управляющей части ЭП ТПА, реализующая закон управления, обеспечивающий заданное качество управления без избыточного усложнения информационно-измерительной и управляющей системы ЭП ТПА.
Базовая (минимальная по составу) структура предполагает наличие измерителей величин q4, q2 и реализацию закона управления, предполагающего отключение АД в момент достижения заданного момента нагру-жения, оцениваемого по формуле (4). Базовая структура дополняется измерителем (косвенного или прямого измерения) величин е1 или (е1, е2) и в ней используется формула (11) или (10) в результате применения соответственно пп. 2 или 3 указанного метода.
Метод синтеза диагностических признаков для формирования заключений о состоянии ЭП и сопряженной с ним ТПА
Предложенная выше математическая модель позволяет эффективно синтезировать диагностические признаки для формирования заключений о состоянии ЭП и сопряженной с ним ТПА на основе моделирования влияния дефектов конструкции ЭП и ТПА на динамические процессы, протекающие в ИИиУС и силовой части ЭП.
Синтез диагностических признаков может осуществляться в следующей последовательности.
1. Исследуемый дефект конструкции ЭП или ТПА описывают функцией, отражающей отклонение значений соответствующего набора параметров ЭП и параметров нагрузки от их номинальных значений. В общем случае аргументами указанной функции могут быть переменные состояния и параметры ЭП, время, значения внешних воздействий.
2. Моделируют работу ЭП при отсутствии наличия дефекта, т.е. в случае отклонений значений параметров ЭП и нагрузки от их номинальных значений при внешних воздействиях и начальных условиях. Моделирование проводят для набора отклонений параметров от номиналов, обязательно включая отклонение, диагностируемое как неисправность.
3. Сравнивают графики изменения во времени переменных состояния ЭП в случае отсутствия дефекта с графиками при наличии дефекта.
Российские электроприводы трубопроводной арматуры. _Разработка, испытания и эксплуатация_
4. В результате выбирают переменную состояния наиболее чувствительную к анализируемому дефекту (диагностическую переменную). Определяют амплитуду отклонения диагностической переменной от ее номинальных значений (критическую амплитуду), соответствующую уровню дефекта, диагностируемого как неисправность ЭП. Определяют погрешность и дискретность измерений, обеспечивающие надежное распознавание критической амплитуды отклонения диагностической переменной от номинального значения.
5. Выход значений диагностической переменной за установленные пределы (превышение критической амплитуды) рассматривают как диагностический признак, свидетельствующий об отказе ЭП или ТПА.
Выполнение данной процедуры обеспечивает:
- синтез диагностических признаков, обеспечивающих распознавание отказов ЭП или арматуры, обусловленных разнообразными дефектами конструкции;
- определение набора переменных, требуемую точность и дискретность их измерений средствами ИИиУС.
Определенный вышеизложенным методом набор переменных, подлежащих измерению с целью диагностирования состояний ЭП ТПА, совместно с набором переменных, подлежащих измерению с целью реализации закона управления, определяет полный перечень величин, подлежащих измерению синтезируемой ИИиУС.
Структура ИИиУС дополняется измерителями величин, необходимых для контроля значений диагностических признаков, установленных в результате применения рассматриваемого метода синтеза.
Рассмотренный метод синтеза диагностических признаков совместно с терминальным управлением решает задачу синтеза структуры ИИиУС с целью определения величин, подлежащих измерению.
Рассматривается задача генерации диагностических признаков, обеспечивающих распознавание отказа арматуры, обусловленного таким дефектом ее конструкци, как повреждение участков резьбы шпинделя ТПА. Указанный дефект приводит к локальному заеданию шпинделя ТПА в ее бугельном узле, сопровождающимся ростом момента нагружения.
На рис. 4 представлены графики изменения переменных состояния ЭП производства ЗАО «Тулаэлектропривод» марки ЭП4В-Б-250-45, соответствующие его включению на холостом ходу с последующим линейным возрастанием момента нагрузки до 300 Н-м. На рис.4 обозначено: Ь - сила тока в обмотках статора АД,А; M0 - крутящий момент АД, (Нм)х5; рх - угловая скорость АД,(рад/с)х10; q2 - продольное смещение червяка по шлицам вала,мм; ^ - время,с.
В качестве примера рассмотрим синтез диагностических признаков, обеспечивающих распознавание отказа ЭП, обусловленного повреждением
участка рабочей поверхности зуба червяка. Указанный дефект приводит к росту момента силы трения в зубчатом зацеплении редуктора ЭП, когда зуб колеса взаимодействует с поврежденным участком зуба червяка. В результате имеет место пульсация трения в червячном зацеплении. В модели указанный дефект воспроизводился скачкообразным ростом коэффициента трения в червячном зацеплении в пределах заданного сектора червяка и последующим падением до исходного значения.
Рис. 4. Синтез признаков диагностирования состояния ЭП ТПА
Сравнение графиков (рис. 4) в случае отсутствия и наличия дефекта показывает, что заметное изменение формы в сравнении с номинальным движением претерпевают графики р1(/), 1(), Ы0(/), в то время как график q2(/) контрастных изменений не демонстрирует (укрупненно фрагмент указанного графика q2(/) показан на рис.4,г), откуда следует, что для диагностирования дефектов в пятне контакта червячного зацепления ЭП в качестве диагностической переменной целесообразно выбрать одну из величин р1(/), I3(/) либо Ы0(/). Из анализа графиков видно, что чувствительность этих величин к проявлению рассматриваемого дефекта приблизительно одинакова. Выбераем в качестве диагностической величины переменную р1(/) - частоту вращения АД как величину наиболее просто измеряемую. При этом отклонение на 10 % текущего значения q1 от ее номинального значения (соответствующего отсутствию дефекта) можно квалифицировать как критическую амплитуду отклонения. Для регистрации указанного отклонения требуется обеспечить измерение значений q1 с погрешностью не хуже 2 % и дискретность измерений по времени не более 10 мс. С уче-
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
_Разработка, испытания и эксплуатация_
том вышеизложенного принимаем, что отклонение текущего значения qх более чем на 10 % от ее номинального значения, устойчиво повторяющееся с частотой, близкой частоте вращения вала АД, рассматривается как диагностический признак, свидетельствующий об отказе ЭП вследствие дефекта поверхности червяка.
Заключение
Таким образом, предложена математическая модель ЭП с червячным механизмом измерения крутящего момента, отражающая динамические процессы, протекающие в ИИиУС с учетом конструктивных особенностей ТПА.
Приведены аналитические зависимости для определения погрешности измерений момента нагружения от режима функционирования и конструктивных параметров ЭП, реализуемых ИИиУС.
Предложен метод синтеза закона терминального управления ЭП ТПА, базирующийся на этих аналитических зависимостях и позволяющий повысить точность достижения заданного значения момента силы уплотнения ТПА и определить рациональную структуру ИИиУС.
Указан метод синтеза диагностических признаков для формирования заключений о состоянии ЭП и сопряженной с ним ТПА на основе моделирования влияния дефектов конструкции ЭП и ТПА на динамические процессы, протекающие в ИИиУС.
Список литературы
1. Лакота Н.А. Основы проектирования следящих систем. М.: Машиностроение, 1978. 391 с.
2. Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1987. 518 с.
3. Башарин А.Б., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. 392с.
4. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. 288 с.
5. Гуревич Д.Ф., Заринский О.Н., Косых С.И. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением: справочник / под общ. ред. С.И. Косых. Л.: Машиностроение, 1982. 320 с.
6. Айзерман М.А. Классическая механика: учебное пособие для вузов. 2-е изд. М.: Наука, 1980. 367 с.
7. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3 т. М.: Машиностроение, 2001. Т.2. 912с.
8. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001. 327с.
9. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / А.Э. Кравчик [и др.]. М.: Энергоатомиздат, 1982. 504с.
V.A. Mozzhechkov
THE MODEL OF TORQUE TRANSDUCER WITH THE SPRING LOADEDWORM ASA SENSING ELEMENT
The dynamic model of the torque transducer with the spring loaded worm as a sensing element proposed. The analysis was made of the accuracy of the measurements for the different modes offunctioning of the sensor.
Key word: sensor, model, dynamics, torque, worm gears.
Получено 3.12.12
УДК 621.316.718.5:621.313.13-133.32
A.JI. Жарин, д-р техн. наук, проф., проф., (+375 29) 504-39-73,
anatoly.zharin@gmail.com (Республика Беларусь, Минск, БИТУ),
А.К. Тявловский, канд. техн. наук, доц., доц.(+375 29) 569-86-03,
andrey psf@tut.by (Республика Беларусь, Минск, БИТУ),
К.Л. Тявловский, канд. физ.-мат. наук, доц., (+375 29) 772-67-94,
nilpt@tut.bv (Республика Беларусь, Минск, БИТУ),
O.K. Гусев, д-р техн. наук, проф., проректор, (+375 44) 505-90-30,
gusev@bntu.bv (Республика Беларусь, Минск, БИТУ),
Р.И. Воробей, канд. техн. наук, доц., зам. декана, (+375 17) 292-67-94,
nilpt@tut.bv (Республика Беларусь, Минск, БИТУ),
А.И. Свистун, канд. техн. наук, доц., зам. декана, (+375 17) 292-67-94,
nilpt@tut.bv (Республика Беларусь, Минск, БИТУ)
ОДНОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХКООРДИНАТНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассмотрены вопросы практической реализации системы управления трехко-ординатным перемещением на основе шаговых двигателей с использованием одного микроконтроллера. Получено выражение, позволяющее упростить расчет временных задержек при управлении шаговым двигателем в режиме постоянного ускорения (замедления).
Ключевые слова: микроконтроллер, шаговый двигатель, трехкоординатное перемещение, угловое ускорение, программное обеспечение.
Ведение
Ряд измерительных задач, таких, как исследование пространственного распределения некоторого параметра по поверхности образца, координатные измерения и др., требуют точного позиционирования измери-
56
