CC BY
22УДК 629.7.05
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗМУЩАЮЩИХ МОМЕНТОВ УПРАВЛЯЕМЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ-МАХОВИКОВ НА СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ
А. А. Денисова, О. В. Тверяков, Ю. А. Бритова
ОАО «Научно-производственный центр «Полюс» Россия, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56, в. E-mail: POLUS@ONLINE.TOMSK.NET
Разработан силоизмерительный стенд для инструментального контроля сил и моментов. Предложена методика определения возмущающих моментов, обусловленных остаточной неуравновешенностью ротора управляемых двигателей-маховиков, основанная на использовании экспериментально определяемых значений вибрационных сил.
Ключевые слова: снижение виброактивности, управляемые двигатели-маховики, датчики силы, силоизмерительный стенд, контроль возмущающих сил и моментов.
DEVELOPMENT OF THE METHOD OF DEFINITION DISTRUB'S MOMENTS OF REACTOIN FLYWHEELS ON THE FORSE MEASURING STAND
A. A. Denisova, O. V. Tverjakov, J. A. Britova
Joint-stock company "Research and production center "Polyus" 56v, Kirov prosp., Tomsk, 634050, Russia. E-mail: POLUS@ONLINE.TOMSK.NET
Instrumental inspection of vibration disturbance forces and moments generated by reaction wheels is an actual technical problem. The special force measuring stand to determine this forces has been developed. The special method of calculating the disturbance moments using values of the forces obtained experimentally has been proposed.
Keywords: reducing of vibration disturbances, reaction flywheels, force sensors, force measuring stand, check disturbance forces and moments.
Снижение уровня вибрационного воздействия от работающих на борту космических аппаратов (КА) электромеханических приводных устройств, в том числе и управляемых двигателей-маховиков (УДМ), содержащих вращающиеся части, является актуальной технической задачей, обусловленной ужесточением вводимых предприятиями-разработчиками КА ограничений.
Минимизация виброактивности, под которой понимаются механические воздействия в виде сил и моментов, требует проведения как комплексных теоретических исследований на проектном этапе, включая компьютерное моделирование и инженерный анализ конструкции, так и экспериментальных измерений, направленных на изучение характера и уровня вибраций, создаваемых в процессе работы прибора, на выяснение неизбежных отличий реальной конструкции от «идеальной» модели с целью уточнения и совершенствования последней.
Для экспериментального определения создаваемых УДМ возмущающих сил и моментов в ОАО «НПЦ «Полюс» был разработан и изготовлен силоиз-мерительный стенд, состоящий из измерительного модуля и аппаратно-регистрирующей части.
Измерительный модуль представляет собой платформу с шестью трехкомпонентными датчиками силы, установленную на виброизолированный фундамент для измерений вибрационного воздействия с частотой не ниже 3 Гц.
Аппаратно-регистрирующая часть стенда образована измерительными усилителями заряда и
32-канальным анализатором вибрационных, акустических сигналов LMS SCADAS Mobile (Бельгия).
Для калибровки и поверки измерительных усилителей, управления процессом измерений, осуществления сервисных функций, преобразования получаемых с датчиков силы данных, выполнения частотного анализа и преобразования Фурье использован персональный компьютер с предусмотренным служебным программным обеспечением (ПО), также разработанным фирмой LMS.
Определение значений силомоментных характеристик УДМ основано на измерении электрических сигналов с выходов датчиков силы, прямо пропорциональных силам сжатия и растяжения, создаваемых работающим в различных режимах УДМ и действующих в точках его крепления к платформе. Эти сигналы в реальном масштабе времени передаются в измерительный тракт, усиливаются и поступают в анализатор, где происходит их согласование и ана-логово-цифровая обработка. Далее оцифрованные сигналы поступают в компьютер и сохраняются на его жестком диске в виде массива данных.
Таким образом, оператор получает значения вибрационных сил, генерируемых УДМ.
Однако на практике необходимо иметь информацию о возмущающих моментах, действующих относительно осей OX, OY, OZ приборной системы координат, а также значения статического и динамического дисбалансов, которые позволяли бы проводить экспресс-оценку качества выполнения технологической операции уравновешивания роторной системы
Решетневскуе чтения. 2013
УДМ на завершающей стадии изготовления и приемки.
Для расчета значений возмущающих моментов предложена методика, основанная на положении о равновесии пространственной системы сил и связывающая геометрические размеры, конфигурацию расположения датчиков и значения регистрируемых сил.
Исходя из схемы расположения датчиков силы (рис. 1), применяемых в измерительном модуле (датчики 261А13 фирмы РСВ), уравнения для вычисления суммарных проекций сил, действующих вдоль осей приборной системы координат, имеют вид
Рх = Р1х + Р2 х + ^3 х + Р4 х + Р5 х + Р6 х , Ру = у + Р2 у + ^3 у + Р4 у + Р5 у + ^6 у ■
= ^ + ^2 + ^ + ^2 + ^2 + Рб2 ,
(1)
а уравнения для вычисления суммарных моментов, действующих относительно осей приборной системы координат, -
Мх = а(^2 + Рз2 - - Рб2);
Му = Ь(Р62 + ^2 - Рз2 - ^) + с^ - ^2); (2) Мг = а(^ + Рбх - ^х - Рзх) +
+Ь(Рзу + - Р4у - Р6у ) + с(Р2у - Р5у ) ,
где Ру, - проекции вибрационной силы на оси системы координат стенда, регистрируемые соответствующими датчиками силы; Мх, Му, М2 - амплитудные значения возмущающих моментов; а, Ь, с - расстояния, определяющие положение проекций геометрических центров датчиков силы относительно осей системы координат стенда в плоскости ХОУ.
В результате расчета по формулам (2) получены зависимости возмущающих моментов, генерируемых УДМ, при различных частотах вращения ротора (рис. 2).
Рис. 1. Схема расположения датчиков на установочной платформе силоизмерительного стенда 0.35
5 X
5
о
1000 2000 3000 4000 Частота вращения, об/мин
5000
6000
7000
Рис. 2. Зависимость моментов сил, действующих по трем осям: - ось Х; — — — 1 - ось У; ........ - ось 1
При определении моментов были использованы значения сил, действующих вдоль осей OX, OY, OZ работающего УДМ, снятые экспериментально на си-лоизмерительном стенде.
Предложенная методика, реализованная в программном обеспечении разработанного стенда, позволяет получать объективные данные о значениях возмущающих моментов.
Таким образом, внедрение инструментального контроля возмущающих моментов, генерируемых УДМ, создает предпосылки для повышения точности балансировки на этапе изготовления и совершенствования разрабатываемых приборов в целом.
© Денисова А. А., Тверяков О. В., Бритова Ю. А., 2013
УДК 531.383
МАГНИТОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ОПОРЫ ДВИГАТЕЛЕЙ-МАХОВИКОВ
Д. В. Ермаков, А. Н. Бобриков, П. А. Алексанов, В. П. Лянзбург
ОАО «Научно-производственный центр «Полюс» Россия, 634050, г. Томск, пр. Кирова, 56, в. Е-таЛ:РОЬи8@ОКЪГЫЕ.ТОМ8К.:ЫЕТ
Для уменьшения возмущающих механических моментов со стороны опоры вращения и увеличения ресурса работы двигателей-маховиков, входящих в систему ориентации и стабилизации космических аппаратов, предлагается применять магнитогидравлические опоры вместо шарикоподшипниковых узлов для вращения маховика.
Ключевые слова: магнитогидравлическая опора, магнитная жидкость, намагниченность насыщения, напряженность магнитного поля, магнитная частица, защитная оболочка, левитация.
MAGNETIC-HYDRAULIC BAERINGS OF REACTION FLYWHEELS
D. V. Ermakov, A. N. Bobrikov, P. A. Aleksanov, V. P. Ljanzburg
Joint-stock company "Research and production center "Polyus" 56v, Kirov prosp., Tomsk, 634050, Russia. E-mail: POLUS@ONLINE.TOMSK.NET
For the decrease of the mechanical disturb 's moments from the bearing rotation and increase work's resource of reaction flywheels entering in the system of orientation and stabilization of space apparatus, it is offered apply magnetic-hydraulic bearings instead of ball-bearing unit to flywheel rotation.
Keywords: magnetic-hydraulic bearing, magnetic liquid, magnetization of saturation, intensity of the magnetic field, magnetic particle, protective cover, levitation.
Одним из основных свойств двигателей-маховиков, входящих в систему ориентации и стабилизации космических аппаратов, является стабильность положения вектора кинетического момента. Формирование этого вектора определяется положением оси вращения ротора-маховика, которое напрямую зависит от возникающих возмущений в опорах вращения.
Источник возникновения возмущений - вибрации в шарикоподшипнике, обусловленные его кинематикой и зависящие от частоты вращения его кольца. Кроме того, такие вибрации связаны с технологией производства самого шарикоподшипника и обусловлены точностью изготовления его деталей, качеством рабочих поверхностей, их формой, разноразмерно-стью тел качения, зазорами и т. д. Уровни вибраций по этим причинам весьма значительны [1].
Для повышения жесткости подшипникового узла подшипники нагружают начальной осевой силой, создавая преднатяг (например, за счет установки упругих элементов под одно из колец). Однако это приводит к тому, что шарики, катясь по постоянной дорожке качения, быстро достигнут в отдельных точках
поверхности предельного числа циклов нагружения, а следовательно, и максимального износа. Если при этом присутствует овальность колец и шариков, то интенсивность износа значительно возрастает.
Для уменьшения влияния возмущений со стороны опоры вращения на вектор кинетического момента и стабилизации его положения, а также увеличения ресурса работы двигателей-маховиков предлагается использовать вместо шарикоподшипников магнитогид-равлические опоры (см. рисунок).
Конструкция магнитогидравлической опоры
