Разработка автоматизированного стенда для регулировки деталей

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                  3 1. Рассмотрение с последующей разработкой и описанием принципа работы схемы автоматизированного балансировочного стенда                                      5 1.1. Анализ структуры организации автоматизированного балансировочного стенда                                                                             5 1.2. Анализ структурной организации автоматизированного балансировочного стенда                                                                              8 2. Рассмотрение с последующей разработкой и описанием алгоритма функционирования автоматизированного  балансировочного стенда              10 2.1. Обзор алгоритмов проведения балансировки                                        10 2.2. Рассмотрение предлагаемого алгоритма обработки данных, его достоинства                                                                                                  12 3. Рассмотрение и дальнейшая разработка схемы информационно-измерительного канала автоматизированного балансировочного стенда      17 3.1. Алгоритм функционирования информационно-измерительного канала                                                                                                                  17 3.2. Расчет и моделирование схем частотных фильтров                               18 4. Рассмотрение и разработка конструкции автоматизированного балансировочного стенда                                                                                    24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                          27 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                                                  28

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современное автоматизированное производство характеризуется сложностью связей между его элементами, постоянным расширением номенклатуры изготовляемых изделий, деталей, деталеопераций. На непрерывный ход производства оказывают влияние различные факторы, в том числе условия эксплуатации оборудования, степень устойчивости кадров, состояние трудовой и производственной дисциплины, система обслуживания рабочих мест и многое другое. Все это делает производственную систему весьма сложной, требующей постоянного контроля и регулирования. Единство форм оперативного управления и типов производства обеспечивается системами оперативно-производственного планирования и регулирования. На практике используются разнообразное оборудование, каждое из которых должно соответствовать конкретным производственным условиям.

Современная техника предъявляет всё возрастающие требования к точности балансировки и определению массоцентровочных и инерционных характеристик (МЦИХ) жёстких межопорных роторов, в частности, главных моментов инерции, смещения центра масс, угла отклонения главной продольной центральной оси инерции ротора от оси вращения и других. Мерой неуравновешенности тела является дисбаланс — векторная величина, равная произведению неуравновешенной массы на ее эксцентриситет. Дисбаланс полностью определяется значением и углом в системе координат, связанной с осью ротора. Процесс определения значения и угла дисбаланса ротора и уменьшения их величин корректировкой масс называют балансировкой ротора. При статической балансировке определяют и уменьшают главный вектор дисбалансов обычно в одной плоскости. Статическую неуравновешенность можно определить без вращения ротора с помощью силы тяжести. При этом статическая балансировка не позволяет выявить и устранить динамическую неуравновешенность ротора.

Однако в процессе эксплуатации для функционирования ротора, с заданной точностью, его ось вращения должна совпадать с его главной продольной центральной осью инерции. Решение этой задачи может быть выполнено только методом моментного уравновешивания ротора после его сборки. Динамическая балансировка уменьшает как главный вектор, так и момент дисбалансов ротора. Она требует вращения и обязательно двух плоскостей коррекции. Для устранения действия нагрузок от массы тела балансировка ротора выполняется при вертикальном положении оси вращения. Использование газостатических подшипников обеспечивает отсутствие механического контакта между поверхностью ротора и поверхностями подшипников и исключает износ поверхности ротора в процессе его балансировки (что может быть полезно, например, при балансировке роторов летательных аппаратов и в ряде других ответственных приложений).

В данном курсовом проекте было рассмотрено: структура, алгоритм работы балансировочного стенда и его конструкция, а также схемотехнические решения для рассматриемого стенда. Целью работы является разработка универсального автоматизированного балансировочного стенда для его последующего благополучного использования в производственной работе.

 

1. Рассмотрение с последующей разработкой и описанием принципа

работы схемы автоматизированного балансировочного стенда

 

В данном разделе были рассмотрены такие вопросы как: анализ автоматизированного балансировочного стенда для балансировки деталей; подборка подходящих вариаций структуры автоматизированного балансировочного стенда для балансировки деталей; поэтапное описание структуры выбора для дальнейшего подробного рассмотрения варианта структурной схемы автоматизированного балансировочного стенда для балансировки деталей; выполнение анализа предполагаемой структурной организации автоматизированного балансировочного стенда для балансировки деталей.

 

1.1. Анализ структурной организации автоматизированного

балансировочного стенда

 

Проведенные исследования позволили сформулировать собственное представление о структуре разрабатываемого автоматизированного стенда для балансировки деталей роторного типа. Стенд должен гарантировать высокую точность и производительность для проведения балансировки, должен пользоваться элементной базой современного типа, обладать высокой надежностью, должен включать в себя способность к полному перепрограммированию (любому, даже минимальному, изменению).

В структурной организации автоматизированного балансировочного стенда можно выделить два наиглавнейших признака:

- автоматизированные балансировочные стенды, работающие под управлением микроконтроллера или ЭВМ;

- по принципу действия аппаратно-измерительной части стенда.

На рисунке 1.1 показана схема, состоящая из двух различных  каналов измерений, амплитуды вибраций и частоты вращения ротора. По предоставленному изображению видно, что в канале измерения амплитуды вибраций чувствительным элементов будет индуктивный датчик. Именно он может реагировать на низкочастотные вибрации. В этом есть свои плюсы и минусы. Индуктивный датчик позволяет не применять частотный фильтр, но полностью лишает информации о высокочастотных составляющих сигнала. Так же известно, что он является параметрическим датчиком, отсюда следует его возможность применения в измерительной схеме, выходным параметром в которой будет изменение напряжения, оцифровываемое и передаваемое в микроконтроллер. В канале измерения частоты вращения ротора был использован оптоэлектрический датчик частоты вращения. Опрос датчиков и выдача управляющих воздействий на электродвигатель производится микроконтроллером. Для выполнения вращения ротора используется двигатель постоянного тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1. Структурная схема автоматизированного балансировочного стенда с индуктивным датчиком вибраций и работающая под управлением микроконтроллера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2. Структурная схема автоматизированного балансировочного стенда с пьезодатчиком и управлением от ЭВМ

Рисунок 1.1 значительно  отличается от рисунка 1.2 тем, что в  ней применяются такие элементы как: пьезодатчик с частотным фильтром и измерения его амплитуды вибраций; управление автоматизированного балансировочного стенда от электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с помощью согласующего блока.

Каждая из вышепредставленных схем имеет как достоинства, так и недостатки. Само назначение стенда предоставляет понятие о значимости тех или иных достоинств и недостатков показанных структур автоматизированного балансировочного стенда.

Рассмотрим сначала структурную схему представленную на рисунке 1.1 в канале измерения амплитуды вибраций стоит индуктивный датчик, реагирующий только на низкочастотные вибрации. Именно это лишает некой доли информации при дальнейшем виброакустическом анализе. Управление автоматизированного балансировочного стенда производится микроконтроллером, благодаря ему система обладает высоким быстродействием и надежностью. Так же его применение не обходится без недостатков, связанных со сложностью перепрограммирования автоматизированного балансировочного стенда на работу по иному алгоритму (к примеру, изменение способа сглаживания кривых).

Теперь перейдем к  рассмотрению структурной схемы представленной на 
рисунке 1.2. В канале измерения амплитуды вибраций используется пьезодатчик, а управление автоматизированного балансировочного стенда и обработка измерений производится в электронно-вычислительной машине (ЭВМ), что устраняет недостатки предыдущей схемы показанной на рисунке 1.1, к сожалению, это влечет за собой новый недостаток. «Ахиллесовой пятой» данной структуры представленной на рисунке 1.2 является передача информации между аппаратно-измерительной частью автоматизированного балансировочного стенда и ЭВМ с помощью интерфейса RS 232. Для стабильной работы ЭВМ необходимо производить, в реальном времени, испытания двух датчиков с записью показаний в память и выдачу управляющих воздействий на электродвигатель для того, чтобы поддерживать постоянную частоту вращения ротора. Данная задача может оказаться невыполнимой или же сильно сократить быстродействие автоматизированного балансировочного стенда, это является неприемлемым в условиях, для которых проектируется стенд.

 

1.2. Описание структурной организации автоматизированного

балансировочного стенда

 

Выявленные достоинства  и недостатки структурных схем представленных на рисунках 1.1 и 1.2 позволяют сформировать требования к структурной организации автоматизированного стенда балансировки для деталей типа «ротор». Структурная организация АСБ должна представлять широкие возможности по обработке экспериментальных данных, но при этом обеспечивать высокое быстродействие схемы измерения. Разумным является соединение структурных схем представленных на рисунках 1.1 и 1.2 для устранения их индивидуальных недостатков. Построение двухуровневой системы устранения дисбаланса позволит удовлетворить требованиям, предъявляемым к АСБ, а также будет отвечать современным тенденциям по построению автоматизированных систем.

Комбинированная структурная схема автоматизированного балансировочного стенда сформированная из схем, представленных на рисунках 1.1 и 1.2, показана на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3. Структурная схема автоматизированного балансировочного стенда

Представленная структурная схема автоматизированного балансировочного стенда состоит из двух информационно-измерительных каналов: измерения частоты вращения ротора и измерения амплитуды вибраций опор ротора.

 

Канал измерения частоты  вращения ротора состоит из:

• Датчика частоты вращения. В качестве датчика используется оптическая пара (светодиод и фотодиод). При прохождении метки мимо датчика на его выходе появляется электрический импульс. При испытаниях этого датчика была выявлена его особенность: можно использовать полоску, нанесенная на ротор белой краской для его пометки (обозначения).
• Формирователя импульсов, предназначенного для формирования сигнала с датчика в прямоугольный импульс логической «1» ТТЛ логики (+5 В).

 

Канал измерения амплитуды  вибраций опор составляют:

• Частотный фильтр, осуществляющий фильтрацию усиленного сигнала с датчика (информационно-значимой является составляющая сигнала с частотой, равной частоте вращения ротора);
• Микроконтроллер со встроенным АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). Под управлением микроконтроллера отфильтрованный и усиленный сигнал с датчика оцифровывается и по интерфейсу RS 232 передается в ЭВМ;
• Датчик вибраций, предназначенный для преобразования механических колебаний опор ротора в электрический сигнал. В качестве датчика вибраций в стенде применяется пьезоэлектрический датчик;
• Усилитель.

Полученный с датчика измерения частоты вращения ротора сигнал, вводится в микроконтроллер с прерыванием процесса опроса датчика вибраций. Получаемая информация с датчика частоты вращения, необходима при управлении двигателем для поддержания постоянной частоты вращения ротора, а также используется при формировании массива с результатами измерения вибраций опор ротора, передаваемого для последующих расчетов в ЭВМ.

Чтобы управлять двигателем микроконтроллер создает на входе ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) двоичный код, преобразуемый в аналоговый сигнал который управляет транзисторным ключом, держа постоянную частоту вращения ротора. Далее в ЭВМ производится обработка массива результатов измерения вибраций опор ротора с использованием САПР (система автоматического проектирования б) для того, чтобы обработать экспериментальные данных MATHCAD математически.