CC BY
1NEW DESIGNS OF INDUCTION TRANSDUCERS MEASURING VIBRATIONS FOR CONTROL SYSTEMS AND DIAGNOSTICS OF RAILWAY TRANSPORTATION
FACILITIES 1Amirov S.F, 2Shoimkulov A.A.
1,2Tashkent State Transport University (Tashkent, Uzbekistan) https://doi.org/10.5281/zenodo.1072369 7
Abstract. The paper presents the design andfunctionalfeatures of a new induction vibration transducer device of a cross-shaped inertial element. With the help of the new induction vibration transducer device it is possible to measure the parameters of linear vibrations occurring along three mutually perpendicular axes and torsional vibrations occurring around these three axes.
Keywords: Induction vibration transducer, inertial action, permanent magnet, magnetic field, magnetic flux, air gap, measuring winding, inertial element, pole tip, electromotive force, sensitivity, linear oscillation, torsional oscillation.
Аннотация. В статье представлены конструкция и функциональные особенности нового индукционного преобразователя вибрации крестообразного инерционного элемента. С помощью нового устройства индукционного преобразователя вибрации имеется возможность измерения параметров линейных колебаний, возникающих вдоль трех взаимно перпендикулярных осей, и крутильных колебаний, возникающих вокруг этих трех осей.
Ключевые слова: Индукционный преобразователь вибраций, инерционное действие, постоянный магнит, магнитное поле, магнитный поток, воздушный зазор, измерительная обмотка, инерционный элемент, полюсный наконечник, электродвижущая сила, чувствительность, линейное колебание, крутильное колебание.
Аннотация. Мацолада янги хочсимон инерцион элементли индукцион вибрация узгартиргичи конструкцияси ва функционал хусусиятлари келтирилган. Янги индукцион вибрация узгартиргич цурилмаси ёрдамида узаро перпендикуляр булган учала уц буйлаб юзага келадиган чизицли ва шу учала уц атрофида юзага келадиган бурама вибрацион тебранишлар параметрларини улчаш имконияти мавжуд.
Калит сузлар: индукцион вибрация узгартиргичи, инерцион уаракат, доимий магнит, магнит майдон, магнит оцими, уаво бушлиги, улчов чулгами, инерцион элемент, цутб наконечниги, электр юритувчи куч, сезгирлик, чизицли тебраниш, айланма тебраниш.
Технологик ва ишлаб чикариш жараёнлари учун автоматик бошкарув ва бошкарув тизимларининг кенг жорий этилиши ахборотни улчаш мосламалари ва бирламчи узгартиргичларга булган талабнинг ошишига олиб келади, улар орасида тебраниш параметрлари узгартиргичлари (силжиш, тезлик, тезланиш) мух,им урин тутади [1-4]. Х,озирги вактда вибрация жараёнлари билан озми-купми боглик булмаган технология сохдсини белгилаш кийин. Янги машиналар, иншоотлар, самолётлар, ракеталар, кемалар, двигателлар, автомобил ва темир йул транспорти ва бошкаларни синаш пайтида юзага келадиган мураккаб вибрация жараёнларини урганиш ва тадкик этиш махсус вибрация улчаш усулларини ишлаб чикмасдан ва тегишли вибрация узгартиргич ускуналарини яратмасдан мумкин эмас [5,6].
Чет элда куплаб инерцион хдракатга асосланган кенг частота ва динамик диапазонларда электр сигнали улчовларни таъминлайдиган пъезоэлектрик, индукцион ва механик тебранишларнинг индуктив узгартиргичлари вибрация параметрлари узгартиргичлари ишлаб чикилмокда ва оммавий ишлаб чикарилмокда [7-10].
Тошкент давлат транспорт университети "Электр таъминоти" кафедрасида учта узаро перпендикуляр уклар буйлаб чизикли вибрация тебранишларини ва учта узаро
перпендикуляр уклар атрофида айланма вибрация тебранишларини улчаш, шунингдек, доимий магнитларнинг магнит майдонларидан янада окилона фойдаланиш, бир вактнинг узида доимий магнитларнинг узгаришини улчаш имконини берувчи инерциал хдракатли ИВУ ишлаб чикилган. Магнит окимлар барча улчаш чулгамларида инерциал элемент хдракатланаётганда вибрация узгартиргичининг сезгирлиги ошади.
Юкорида кайд этиб утилган усулларни куллаш асосида яратилган ИВУ лардан бирининг конструктив схемаси 1- расмда келтирилган[11].
Янги ИВУ ни ишлаб чикишда куйидаги вазифа куйилган: "Узаро перпендикуляр булган учта ук буйича чизикли ва ушбу уклар атрофида бурама вибрацияларни улчаш хдмда узгартиргич сезгирлигини ошириш".
1-8- расмларда янги ИВУ конструктив схемалари келтирилган: 1- расм - ИВУ олд томонидан куриниши (копкокларсиз); 2- расм - унинг А-А кесимидаги куриниши; 3- расм - ИВУ инерцион элементининг аксионометрик куриниши; 4 - расм - ИВУ га ох укига карама-карши йуналишда ёки оу уки йуналишида чизикли тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив схемаси; 5 - расм -ИВУ га ох уки йуналишида ёки оу укига карама-карши йуналишда чизикли тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив схемаси; 6- расм - ИВУ га oz укига карама-карши йуналишда чизикли тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив схемаси; 7-расм ва 8- расм - ИВУ га мос равишда оу ва ох уклари атрофида бурама тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив схемалари. Айтиш жоизки, ИВУ га oz уки атрофида бурама тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив схема 4- ёки 5- расмлардагидек куринишда булади.
Янги ИВУ курилмаси О-симон магнит утказгич 1 нинг карама-карши томонларининг урталарида учлари каварик сферасимон кутб наконечниклари 2-5 жойлаштирилган. Ушбу кутб наконечниклари орасидаги хдво оралигининг марказида О-симон магнит утказгич текислигида ётувчи узаро перпендикуляр уклар буйлаб туртта магнит утказгич секторлар 6-9 магнит материалдан ясалган шарсимон асос 10 га бириктирилган куринишидаги
1- расм. ИВУ олд томонидан куриниши (копкокларсиз)
2- расм. ИВУ нинг А-А кесимидаги куриниши
инерцион элемент жойлаштирилган. Буйлама магнитланган туртта доимий магнит 11-14 тегишли секторларга мах,камланган ва ботик сферасимон кутб наконечниклари 15-18 га эга. Шарсимон асос 10 икки томондан секторлар текислигига перпендикуляр булган иккита кузгалмас ярим ук 19,20 билан шарнирли богланган ва узгартиргичнинг узаро карама-карши жойлашган копкоклари 21,22 га котирилган. Улчаш чулгамлари 23-26 кутб наконечниклари 2-5 да жойлаштирилган ва узаро кетма-кет хдмда индуктив жихдтдан карама-карши уланган. Иккита ёндош секторлар массаси уларнинг карама-каршисидаги иккита ёндош секторлар массасидан фарк килишини таъминлаш максадида иккита ёндош 7 ва 8 секторлар кушимча юк вазифасини бажарувчи номагнит материалдан ясалган цилиндрик коплама 27,28 кийдирилган. Инерцион элемент бурчак силжишини чеклаш максадида магнит утказгич 1 да аматизацион чеклагичлар урнатилган. Инерцион элементнинг ох уки атрофида бурилишини чеклаш вазифасини кузгалмас ярим ук 19,20 ларнинг ёйсимон четлари бажаради. Магнит утказгич 1 даги ва инерцион элементдаги кутб наконечниклари орасидаги хдво оралиги ферромагнит суюкликлар 31-34 билан тулдирилиши мумкин. Бу суюкликлар механик тебраниш тизимида демпфер вазифасини х,ам бажаради.
Вибрация булмаган дастлабки х,олатда инерцион элемент узининг нейтраль х,олатида булади. Бу х,олатда доимий магнитларнинг тегишли ишчи хдво ораликларидаги магнит
28
kz
m2
3- расм. ИВУ инерцион элементининг аксионометрик куриниши
майдонлари х,осил килган тортиш ^члари таъсирида инерцион элемент секторларининг Узаро перпендикyляр уклари магнит занжирининг yзаро перпендикyляр Уклари билан yстма-yст тyшади. Айтиб Утиш жоизки, магнит майдонларининг инерцион элемент
тегишли секторларини нейтраль х,олатида саклаб туриш томонига йуналган тортиш
чизикли тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс
эттирилган конструктив схемаси
Иккита ёндош 6,7 секторлар х,ар бирининг массаси т1, долган иккита ёндош 9,10 секторлар х,ар бирининг массаси т2 га тенг булиб, бунда т1 > т2 шарт бажарилади.
Улчаш жараёнини амалга оширишда ИВУ магнит утказгичи 1 объектда горизонтал х,олатда урнатилиши максадга мувофик булади.
ИВУ, масалан, ох уки буйлаб чизикли вибрацион тебранишлар таъсирида булганда, тебранишнинг биринчи ярим даврида магнит утказгич 1 ва у билан шарнирли богланган инерцион элемент чизикли тезланиш а таъсирида булганда (ушбу тезланиш йуналиши 4-расмда ох уки йуналишига карама-карши йуналтирилган стрелка билан курсатилган) нейтраль х,олатида оу уки буйлаб жойлашган иккита сектор 6 ва 8 га катталиклари мос равишда = т1а ва Ри22 = т2а га тенг, йуналиши эса а тезланиш йуналишига тескари йуналган инерция кучлари таъсир курсатади. Сектор 8 нинг массаси т1 сектор 6 нинг массаси т2 дан катта булганлиги сабабли Ри1 > Ри2 булади. Бунинг натижасида шарнирда урнатилган инерцион элемент кРц12 = — Рк22 = (т1 — т2)а натижавий инерция кучи таъсирида доимий магнитлар магнит майдонлари х,осил килган тортиш кучларини енгиб, 4-расмда курсатилган томонга бурилади (агар хаёлан сектор 8 Ат12 = т1 — т2 массага, сектор 6 эса ноль массага эга деб тасаввур килинса, у х,олда таклиф этилган ИВУ янги улчаш курилмасининг прототипи х,исобланган ИВУ сингари ишлайди). Бунинг натижасида магнит утказгич ва инерцион секторлардаги тегишли кутб наконечникларининг актив юзаси камаяди, бу х,олат ишчи х,аво ораликлари магнит каршиликларининг ортишига ва бинобарин, улчаш чулгамларини кесиб утаётган ишчи магнит окимларининг камайишига олиб келади.
5-расм. ИВУ га ох уки йуналишида ёки оу укига карама-карши йуналишда чизикли тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс
эттирилган конструктив схемаси
Ушбу магнит окимларининг узгариши эса, электромагнит индукция конуни асосида, узаро кетма-кет ва индуктив жихдтдан карама-карши уланган улчаш чулгамларида бир-бирига кушиладиган ЭЮК ларни индукциялайди.
ИВУ га таъсир этаётган вибротезланиш таъсирида инерцион элемент ва магнит утказгич 1 кутб наконечникларини бир-бирларига нисбатан даврий силжиши натижасида ишчи магнит окимлари модуляцияланади ва натижада ИВУ чикишида амплитудаси ва частотаси улчанаётган вибротезланиш амплитудаси ва частотаси билан функционал богланган ЭЮК х,осил булади.
m 23 *
6- расм - ИВУ га oz укига карама-карши йуналишда чизикли тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив
схемаси
Чизикли вибрация ИВУ га оу уки буйлаб таъсир этганда унинг ишлаш принципи худди юкоридагидек булади (йуналиши оу уки буйича йуналган а тезланиш 4- расмда узлукли стрелка билан курсатилган). Бу холатда инерция кучлари инерцион элементнинг 7 ва 9 секторларига таъсир курсатади.
Чизикли вибрация ИВУ га ох буйлаб таъсир этганда (виротебранишнинг ярим давридаги тезланиш йуналиши ох уки буйлаб йуналганда) инерция кучлари инерцион элементнинг 6,8 секторларига таъсир курсатади, чизикли вибрация ИВУ га оу буйлаб таъсир этганда эса (виротебранишнинг ярим давридаги тезланиш йуналиши оу укига карама-карши йуналганда) инерция кучлари инерцион элементнинг 7,9 секторларига таъсир курсатади (5- расм).
Чизикли вибрация ИВУ га oz буйлаб таъсир этганда инерция кучлари инерцион элементнинг турттала секторига хам таъсир курсатади (6- расм).
ИВУ магнит узгартиргичи 1, масалан, оу уки атрофида бурама вибрацион тебранишлар таъсирида харакатга келганда инерцион элемент 7 ва 9 секторларининг улар каршисидаги кузгалмас кутб наконечникларига нисбатан холати узгаради (кутб наконечниклари кесим юзасининг чегараси айлана куринишида ясалганлиги сабабли 15 ва 2 хамда 17 ва 4 кутб наконечниклари актив юзалари узгармасдан сакланади) (7- расм). ИВУ ох уки атрофида тебранганда хам худди шунга ухшаш жараён кузатилади (8- расм). Бунинг натижасида тегишли хаво ораликлари магнит каршиликларининг ортиши ва бунинг окибатида ишчи магнит окимларининг узгариши улчаш чулгамларида ЭЮК индукцияланишига сабабчи булади.
ИВУ oz уки атрофида бурама вибрацион тебранишлар таъсирида булганда инерцион элемент барча секцияларининг кузгалмас кутб наконечникларига нисбатан жойлашиш холати объект вибрацияси частотасига тенг булган частота билан тебранади (бу холат учун инерцион элемент харакати 4- расмдаги холат буйича кечади).
7- расм. ИВУ га мос равишда оу уки атрофида бурама тезланиш таъсир Килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив
схемаси
8- расм. ИВУ га мос равишда ох уклари атрофида бурама тезланиш таъсир килганда инерцион элемент х,олатининг узгариши акс эттирилган конструктив схемаси
Айтиб утиш жоизки, ИВУ га таъсир этадиган х,ар бир тур чизикли ва бурама вибрацион тебранишлар учун узгартиргич градуировкаси алох,ида-алох,ида амалга оширилади.
Янги ИВУ сезгирлигининг унинг прототипи сезгирлигидан юкорилигига сабаб шундаки, биринчидан, вибрация таъсирида инерцион элемент маълум бурчакка бурилганда бир вактнинг узида барча (турттала) чулгамлардаги магнит окимлари узгаради ва х,ар бир улчаш чулгамида ЭЮК индукцияланади, иккинчидан, мавжуд ИВУ магнит занжирида ишчи магнит окими шарнирли богланиш жойидаги хдво оралигини кесиб утади, бу эса занжирдаги ишчи магнит окимини сезиларли даражада камайишига олиб келади. Янги ИВУ да эса ишчи магнит окимлари шарнирли богланиш жойидаги х,аво оралигини кесиб утмайди.
а)
A - A
■ ■ ■ ■ ■ '22>
3 9
Й-:---- чу i iV ni ^
hl ill ill 'it
4 Vi \m2
Д5 2
б)
9- расм. Индукцион ВУ конструктив схемаси: а - копкоксиз олд томонидан куриниши; б - унинг А-А кесим буйича куриниши: 1 - концентрик магнит утказгич;
2,3 - кутб наконечниклари; 4,5 - инерцион элементнинг секторсимон магнит утказгичлари; 6 - инерцион элементнинг шарсимон асоси; 7,8 - доимий магнитлар;
9,10 - кутб наконечниклари; 11,12 - ярим уклар; 13,14 - копкоклар; 15,16 - улчаш чулFамлари; 17 - цилиндрик номагнит коплама; 18,19 - амартизацион чеклагичлар
Шундай килиб, янги ИВУ курилмаси ёрдамида узаро перпендикуляр булган учала ук буйлаб юзага келадиган чизикли ва шу учала ук атрофида юзага келадиган бурама вибрацион тебранишлар параметрларини улчаш имконияти мавжуд.
Ишлаш принципи худди юкорида тавсифи келтирилган ИВУ сингаридек, аммо тузилиши жихатидан нисбатан соддарок, массаси эса кичикрок булган ва биз томонимиздан таклиф этилган ИВУ конструктив схемалари 9 - 10- расмларда келтирилган [12]. Бу улчаш курилмасида магнит утказгич концентрик халка 1 куринишида ясалган булиб, унинг ички юзасида горизонтал ва вертикал уклар билан маълум (одатда, 450) бурчак ва узаро диаметраль жойлашган иккита кутб наконечниги кузда тутилган. Инерцион элемент эса шарсимон асосга махкамланган ва узаро диаметраль жойлаштирилган иккита сектор куринишида ясалган булиб, нейтраль холатда концентрик халкадаги кутб наконечниклари укида маълум ишчи хаво ораликларини саклаган холда урнатилган. Улчаш чулгамлари иккала кутб наконечникларида жойлаштирилган ва узаро кетма-кет хамда индуктив жихатдан карама-карши уланган. Буйлама магнитланган иккита доимий магнит инерцион элементда узаро кушилувчи магнит окими хосил киладиган холатда жойлаштирилган. Битта сектор массаси унинг карама-каршисидаги сектор массасидан фарк килишини (т1 > т2) таъминлаш максадида битта секторга кушимча юк вазифасини бажарувчи номагнит материалдан ясалган цилиндрик коплама кийдирилган. Долган конструктив хусусиятлари аввалги ИВУ билан бир хил. Ушбу ИВУ горизонтал куринишда копкокларидан бири, масалан, копкок 13 ёрдамида вибрацияси улчанаётган объектга махкамланади. ИВУ, масалан оу уки буйлаб вибрацион тебраниш таъсирида булганда, тебранишнинг биринчи ярим даврида а тезланишнинг йуналиши оу уки йуналишига мос булганда инерцион элемент секторлари йуналиши оу укига карама-карши булган ва секторларнинг нейтраль холатдаги укига 450 бурчак остида йуналган инерция кучлари Ри1 = т1а ва = т2а таъсирида булади. Бунда бу кучларнинг секторлар нейтраль холатдаги укига
перпендикуляр ташкил этувчилари мос равишда F1 = Ри1соз450 = —Fk1 ва F2 =
y¡2
F»,2cos450 = 2 кийматларга тенг булади. Сектор 5 нинг массаси т1 сектор 4 нинг массаси т2 дан катта булганлиги сабабли Ри1 > Ри22 ва F1 > F2 булади. Шунинг учун хам
X
инерцион элемент у билан шарнирли богланган ярим уклар атрофида àF12 = Ft — F2 = ^ (m1 — m?) а куч таъсирида доимий магнитлар магнит майдонлари хосил килган механик
кучларни енгиб, соат мили хдракатига карама-карши йуналишда маълум бурчакка бурилади.
10- расм. ИВУ нинг магнит утказгич ва устки вопкогисиз аксионометрик
куриниши
Бу холат ишчи хаво ораликлари магнит каршиликларининг ортишига, ишчи магнит окимининг эса камайишига олиб келади. Ишчи магнит окимининг узгариши улчаш чулгамларида ЭЮК лар индукцияланишига сабабчи булади. Тебранишнинг иккинчи ярим даврида бу жараён а тезланиш ва инерцион кучлар йуналиши узгарган холда кайтарилади ва хз.
Чизикли вибрацион тебраниш ох, 02 уклари буйлаб, ох, оу ва ог уклари атрофида бурама вибрацион тебраниш пайдо булганда хам худди юкоридагидек жараёнлар юз беради.
Юкорида тавсифи келтирилган ИВУ ларни амалиётга жорий этиш учун уларнинг асосий техник характеристикаларини назарий тадкик этиш талаб этилади. Бунинг учун эса янги ИВУ ларда юз берадиган жараёнларни аналитик тавсифловчи уларнинг математик моделларини ишлаб чикариш лозим булади. Ушбу масалаларни кейинги параграфларда куриб чикамиз.
REFERENCES
1. Измерение и анализ механических колебаний. Технический центр компании Брюль и Къер. Москва, 2007. - 41 с.
2. Юсупбеков Н.Р., Игамбердиев Х.З., Маликов А.В. Основы автоматизации технологических процессов: Учебное пособие для высшего и среднего специального образования. В 2-х ч. - Т.: ТГТУ, 2007. Ч.1, 2. - 152 с.
3. Фальк Г.Б. Технические средства автоматизации и управления: исполнительные устройства, под ред. проф. А. Ф. Каперко. Учебное пособие.- МГИЭМ. М. 2004.
4. Иориш Ю.И. Виброметрия. Измерение вибрации и ударов. Общая теория, методы и приборы. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Издание втрое, переработанное и дополненное, Москва, 1963. - 771 с.
5. Бабков О.В., Базилевский Ф.Ю., Грищенко А.В. Автоматизация локомотивов: Учебное пособие для вузов железнодорожного транспорта. - М.: ГОУ: «Учебно-методический центр по образованию ж.-д. транспорта», 2007. - 323 с.
6. Лукашкин В.Г., Гарипов В.К., Слепцов В.В., Вишнеков А.В. Автоматизация измерений,
контроля и управления. - М.: Машиностроение, 2005. - 663 с.
7. Акционерное общество «ПромСервис» (РФ) [электронный URL:http://promservis.ru/vibro.html
8. Компания «National Instruments» (США) [электронный URL:https://www.ni.com/ru-ru/shop/hardware/products/vibration-sensor.html
9. Компания «Bruel and Kjer» (Дания) [электронный ресурс] https://www.bksv.com/en/transducers/vibration/accelerometers
10. 10. Компания «METRAVIB» (Франция) [электронный ресурс] URL: https://www.metravib-engineering.com/
11. Заявка на изобретение №20230665. Преобразователь вибраций/Амиров С.Ф., Шоимкулов А.А., Файзуллаев Ж.С., Ботиров Х.Э. - Заявлено 30.11 2023 г.
12. Заявка на изобретение №20230720. Преобразователь вибраций/Амиров С.Ф., Шоимкулов А.А., Файзуллаев Ж.С., Ботиров Х.Э. - Заявлено 14.12 2023 г.
ресурс] ресурс] URL:
