Разработка автоматизированного стенда для регулировки деталей

Рисунок 3.6. Схема биквадратного полосового фильтра.

Биквадратный фильтр работает следующим образом. Суммирующий  интегратор вычитает из входного напряжения выходной сигнал ФНЧ (сдвинуты по фазе на 180°); на частотах, лежащих ниже переходного участка, эти сигналы взаимно уничтожаются, и выходной сигнал отсутствует. Когда частота достигает переходного участка, уменьшающийся выходной сигнал интегратора больше не может компенсировать входной сигнал, поэтому на выходе биквадратного фильтра появляется ненулевой сигнал. На частотах выше f₀ суммарный спад частотной характеристики двух последовательно соединенных интеграторов обеспечивает ослабление выходного сигнала, и таким образом формируется частотная характеристика полосового фильтра. Работу рассчитанной схемы смоделируем в Electronics Workbench. Результаты моделирования представлены на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7. АЧХ и осциллограмма биквадратного фильтра

Коэффициент усиления в  полосе пропускания К_П = 150. Наибольшее усиление сигнала происходит на частоте 19,95 Гц и соответствует 53,75 дБ. Фильтр также пропускает на выход частоты в интервале примерно 15 – 25 Гц, но с гораздо меньшим усилением, что практически не влияет на достоверность и точность измерения дисбаланса. Если сравнивать выходные параметры данного фильтра с параметрами фильтров представленных выше, то можно увидеть, что данный фильтр имеет наклон АЧХ на переходных участках наиболее крутой, близкий к вертикальному, а, следовательно, наиболее качественно выделяет составляющую сигнала с датчика вибраций информационно-значимой частоты 20 Гц, при этом активный биквадратный фильтр имеет достаточный коэффициент усиления в полосе пропускания.

Из рассмотренных моделей фильтров можно сделать вывод, что для фильтрации информационно-значимого сигнала, несущего в себе информацию об уровне вибрации неуравновешенной массы ротора, целесообразно применить биквадратный полосовой активный фильтр. Этот фильтр обладает полосой пропускания с заданной шириной и достаточной крутизной склонов, а также имеет необходимый коэффициент усиления.

 

4. Рассмотрение и разработка конструкции автоматизированного балансировочного стенда

 

Большинство современных  станков для динамической балансировки представляют собой станину, на которой установлены две стойки. На стойках имеются посадочные места для шеек ротора, они могут быть различной конструкции (в виде полукруглых вкладышей, пары подшипников и т.д.). Стойки  в большинстве станков имеют возможность перемещаться, тем самым, приспосабливая стенд к балансировке роторов с различным расстоянием между опорными шейками. На большинстве станков измерения дисбаланса производятся в двух плоскостях одновременно (на обоих опорах ротора), но замкнутая жесткая цепь между опорами ротора негативно влияет на процесс измерения, колебания в одной плоскости балансировки, при такой конструкции, накладываются на колебания в другой. На сегодняшний день не разработано теоретических методов по устранению этого нежелательного эффекта. Конструкция опор ротора в виде полукруглых вкладышей требует изготовления вкладышей для каждой серии роторов, что в современном производстве недопустимо, так как номенклатура роторов может меняться в течении дня и конструкция стенда должна обеспечивать быстрый переход от одного типа роторов к другому.

Для формирования представления  о конструкции стенда для балансировки в рамках научно-производственной работы был изготовлен макетный образец, на котором были произведены испытания различных схемотехнических решений (рисунок 4.1.). Проведенные испытания на макетном образце выявили его достоинства и недостатки. В качестве недостатка конструкции можно отметить то, что расположение стенда на пружинах приводит к его раскачиванию. Также неудачно был выбран материал опор (алюминий), при вращении ротора происходило схватывание, которое затрудняло поддержание скорости вращения ротора постоянной и приводило к повышенному износу опор и шеек ротора. К достоинствам конструкции стенда можно отнести: применение ременного привода, который позволяет снизить влияние вибраций электродвигателя на измерения, а также удачным оказалось клеевое соединение опоры со стойкой через виброизолирующую прокладку. Применение такого соединения с одной стороны по нагрузочной способности удовлетворяет заявленной номенклатуре роторов, а с другой позволяет снизить влияние вибраций в одной плоскости балансировки на другую.

      

Рисунок 4.1. Макет образец автоматизированного стенда для балансировки

деталей типа «ротор»

Достоинства и недостатки опытного образца были учтены в предлагаемой конструкции стенда (рисунок 4.2). Недостаток, связанный с раскачиванием стенда был устранен заменой пружинных опор стенда на виброизолирующую прокладку из пористой резины. Виброизолирующая прокладка также как и пружинные опоры позволяет избежать влияния внешних вибраций на измерения, производимые в процессе балансировки, но при этом не позволяет раскачиваться стенду, сокращает его массу и является более дешевой. Второй недостаток, связанный со схватыванием в опорах был устранен заменой материала (алюминия) на бронзу.

В процессе проведения научно-производственной работы была построена трехмерная модель стенда (рисунок 4.2) для балансировки и выполнена деталировка и использованием САПР КОМПАС. Трехмерное моделирование в САПР КОМПАС позволило выявить некоторые недостатки в конструкции стенда и исправить их.

Рисунок 4.2. Трехмерная модель автоматизированного стенда для балансировки

деталей типа «ротор»

 

В данной конструкции балансировочного стенда предусмотрена виброизолирующая прокладка для ослабления вибраций передаваемых от электродвигателя, установленного на основании, опорам ротора. Ротор, раскрученный до скорости 1200 об/мин, при сходе с опор может нанести серьезные повреждения оператору. Для предотвращения схода ротора с опор на стенде предусмотрены блокирующие скобы. После установки ротора на опоры скобы фиксируются винтами к стойкам.

Проведенные эксперименты позволили оценить правильность принятых конструкционных решений. Стенд состоит из простых, нетрудоемких в производстве деталей, что снижает его стоимость и повышает ремонтопригодность. Достоинством конструкции стенда является снижение влияния вибраций одной плоскости балансировки на другую за счет крепления опор ротора к стойке без жестких связей (клеевое соединени).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данном курсовом проекте была предложена концепция балансировочного стенда, его алгоритмические, конструкционные и схемотехнические решения.

Предложенный в проекте алгоритм функционирования автоматизированного балансировочного стенда позволяет значительно повысить уровень автоматизации операции балансировки.

Конструкционные решения, примененные в стенде, позволили  снизить негативное влияние неуравновешенностей в одной плоскости балансировки на измерения в другой. С помощью простых конструкционных решений обеспечена работа стенда с широкой номенклатурой роторов.

Решение о разделении сбора и обработки информации под управлением микроконтроллера и в ЭВМ соответственно, отражает современные тенденции в автоматизации по построению двухуровневых систем. Минимизация аппаратных средств и повышение их надежности при работе блока сбора информации под управлением микроконтроллера наряду с автоматизированной обработкой информации в ЭВМ дает предложенной структуре стенда существенное преимущество перед аналогами. Используя приведенный в проекте балансировочный стенд можно сбалансировать практически любой ротор, габариты которого удовлетворяют конструкционным особенностям стенда. Предлагаемый балансировочный стенд позволяет балансировать роторы с расстоянием между опорами до 300 мм и весом до 3,5 кг. Изменив габариты стенда, и не изменяя его конструкцию, можно значительно расширить номенклатуру роторов подходящих для балансировки, ограниченную лишь возможностью установки ротора на опоры стенда и прочностью элементов конструкции.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Проектирование датчиков для измерения механических величин/ под ред. Е.П. Осадчего. М.: Машиностроение, 1979.
2. Нахапетян Е.Г. Контроль и диагностирование технологического оборудования. М.: Наука, 1990.
3. Игнатьев А.А. Элементы автоматизированных электромеханических систем: учебное пособие/ А.А. Игнатьев. А.К. Демидов, В.А. Добряков В.А. Саратов: 
   СГТУ, 2002.
4. Витлеб Г. Датчики/ Г. Витлеб; пер. с нем. М.: Мир, 1989.
5. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.
6. Щепетильников В.А. Основы балансировочной техники. В 2-х томах. —  М.: Машиностроение, 1975. (том 1,2)
7. Левит М.Е., Рыженков В.М. Балансировка деталей и узлов. —  М.: Машиностроение, 1986.
8. Современные методы и средства балансировки. Под. ред. Щепетильникова В.А.  — М.: Машиностроение, 1985
9. Колесник Н.В. Статическая и динамическая балансировка. — М.: 
   Машгиз, 1954
10. Колесник Н.В. Устранение вибраций машин. Изд. 2-е, доп. и переработ. М.-Л.: Машгиз, [Ленингр. отд-ние], 1960.