Скачать 443.09 Kb.
|
Содержание 4.8 показана принципиальная схема магнитоиндукционного тахометра. Указатель 1 |
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра КиИЛА Хакимов Р.Р. Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Изучение центробежных стендов» по курсу: «Механические испытания» Утверждено на заседании кафедрыпротокол № ___________________ от “___” ________________ 2011 г. г. Байконур 2011 г. Аннотация Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические испытания». Лабораторная работа основана на закреплении знаний лекционного курса в изучении основных методов испытаний на воздействие линейных нагрузок. Лабораторная работа позволяет студентам изучить принцип работы и устройство центробежных стендов для имитации линейных инерционных нагрузок при проведении наземных испытаний. Содержание
Основные обозначения: ЛА – летательный аппарат; ЭВМ – электронно-вычислительная машина; КЛА – космический летательный аппарат; ЦБС – центробежный стенд; УРС – универсальный регулятор скорости; ЭДС – электродвижущая сила. ВведениеПриступая к выполнению лабораторной работы, студент должен внимательно изучить лекционный материал по данной теме. При выполнении работы студенты должны изучить работу стендов, имитирующих воздействия инерционных нагрузок, а также разобраться с принципом устройства и функционирования токосъемных устройств, передатчиков давления, датчиков и с методом комплексного воздействия на объект испытаний. В конце работы предложены вопросы не только по содержанию лабораторной работы, но и по части лекционного курса, посвященного изучению испытаний на воздействия инерционных кинетических нагрузок. Лабораторная работа должны помочь студентам специальности 130900 лучше усвоить теоретический курс, читаемый по дисциплине «Механические испытания». Целью данной лабораторной работы является закрепление знаний, полученных в теоретическом курсе «Механические испытания». В результате изучения работы студенты должны изучить методы проведения испытаний на воздействие линейных инерционных нагрузок, а также разобраться с принципом работы и устройством центробежных стендов. В конце работы предложены вопросы не только по содержанию лабораторной работы, но и по части лекционного курса, посвященного изучению испытаний на воздействие линейных инерционных нагрузок. Результатом работы является защита лабораторной работы по теории, выполнение практической части по вопросам, изложенным в конце пособия и ответ на контрольные вопросы. 1. Конструктивные особенности центробежного стенда В качестве примера рассмотрим конструкцию центрифуги (рис. 4.1) для испытания электрогидравлических агрегатов бортовых систем, таких, как гидроусилители. Платформа центрифуги 4 представляет собой сварную конструкцию, предназначенную для установки объекта испытания и противовесов 1. Специальные пазы на грузовой площадке 3 платформы позволяют производить крепление объекта испытания в различных положениях, необходимых для испытания. П ![]() Кроме того, на платформе устанавливаются два силовых и два слаботочных клеммника, силовой и слаботочный коллектор; внутри платформы размещаются трубопроводы гидро- и пневмосистем, электропроводки и различные датчики температуры, давления и т.д. Силовой электрический коллектор 7 предназначен для передачи электрической энергии на вращающуюся платформу для питания объекта испытания. Коллектор состоит из контактных колец и щеток. Для присоединения проводов от изделия к силовому коллектору служит силовой клеммник. Слаботочный коллектор предназначен для передачи электрических сигналов датчиков с вращающейся площадки на регистрирующие приборы, установленные в неподвижной части стенда; он также состоит из контактных колец и щеток. Для присоединения проводов от датчиков к коллектору служит слаботочный клеммник. Для уменьшения потери мощности на преодоление сопротивления воздуха противовесом и объектом испытания на платформе установлены обтекатели, выполненные из листового алюминия. Привод платформы состоит из гидродвигателя 6 я универсального регулятора скорости 5 (УРС), Вращение вала УРС производится электродвигателем мощностью ![]() ![]() Рабочая частота вращения насоса гидропривода составляет ![]() ![]() УРС представляет собой гидравлическое устройство, предназначенное для бесступенчатого регулирования угловой скорости, причем диапазон регулирования равен ![]() Редуктор служит для передачи вращения платформе от гидропривода с помощью двух конических шестерен. Вертикальный вал редуктора 8 полый, что позволяет провести внутри него трубы гидро- и пневмосистем. Для передачи жидкости с давлением ![]() Электрические сигналы можно передать от вращающихся датчиков к неподвижным измерительным приборам контактным и бесконтактным способами. В первом случае используют токосъемное устройство (токосъемник), обеспечивающее передачу электрического сигнала с вращающихся деталей на неподвижные. Во втором случае электрический сигнал передается с помощью индукционных или емкостных токосъемных устройств, а также радиотелеметрическими методами. Токосъемники для контактного снятия электрических сигналов могут иметь различные принципы действия. Различают щеточные, ртутные, игольчатые, шариковые или роликовые токосъемники. Игольчатые, шариковые и роликовые токосъемники применяют редко. Наиболее широкое распространение получили щеточные токосъемники, которые достаточно просты в эксплуатации, допускают снятие сигналов с большого числа датчиков и высокую частоту вращения (до 330 Гц и выше). Но щеточные токосъемники имеют существенные недостатки. Главные из них - возникновение значительных паразитных ЭДС в контактной паре и так называемого переходного сопротивления в зоне скольжения, которое возрастает по мере увеличения скорости вращения и может изменяться по значению даже в процессе установившегося режима работы. Кроме того, щетки и кольца изнашиваются в процессе эксплуатации, что ограничивает ресурс их работы, а качество работы скользящих контактных пар зависит от внешних условий (температуры, вибрации, ударов). Однако к настоящему времени благодаря конструктивному совершенствованию щеточных токосъемников, правильному выбору материалов для трущихся пар, использованию стабилизирующих систем удалось существенно уменьшить влияние контактных процессов на передаваемые сигналы и обеспечить приемлемую точность их измерения. Заметим, что для установки щеточного токосъемника необходимо иметь свободный конец вращающегося вала центрифуги. В щеточном токосъемнике (рис. 4.2) электрический сигнал передается от вращающегося вместе с валом кольца 1, соединенного электрическим проводом с датчиком, к щетке 2, которая через щеткодержатель 3 крепится к траверсе 4, выполненной из изоляционного материала. Щетка прижимается к кольцу пружиной 5, которая соединена с измерительным прибором с помощью провода. В токосъемнике имеется как минимум две пары кольцо - щетка, но их число может доходить до нескольких десятков. ![]() Для ртутных токосъемников характерны малые переходные сопротивления ![]() Из возможных конструктивных схем ртутных токосъемников наибольшее признание получил камерно-дисковый ртутный токосъемник, схема которого, показана на рис, 4.3. Три шайбы 2, выполненные из изоляционного материала, стянуты болтами со стальными цилиндрическими проставками 3 и вместе с ними образуют две рабочие камеры 4, через центральную часть которых проходит вращающийся вал. На валу закреплены два диска 5, электроизолированные от вала и соединенные проводами 7 с датчиком, В камеры 4 заливают ртуть, которая во время работы токосъемника обеспечивает электрический контакт вращающихся дисков со стальными проставками 3, соединенными проводами с неподвижной измерительной системой. Камеры 6 и 1 служат для изоляции рабочих камер от корпуса. Бесконтактные способы передачи электрических сигналов свободны от помех, возникающих в зоне контакта при скольжении или качении и искажающих передаваемый сигнал, но достаточно сложны в конструктивном оформлении, менее надежны из-за их чувствительности к внешним электрическим и магнитным полям. Рассмотрим систему передачи информации от первичного преобразователя до контрольно-измерительной аппаратуры. Токосъемники относятся в настоящее время к нестандартным элементам измерительных систем, поэтому их конструкции весьма разнообразны. На рис 4.4 дана конструктивная схема токосъемника ИТТФ АН УССР. ![]() Вал токосъемника установлен на двух шариковых подшипниках. С одной стороны вала (на рис. 4.4 справа) имеется посадочное место для соединения через муфту с валом вращающегося объекта, а с другой стороны расположена муфта 2 с клеммником, к элементам которого припаивают провода от датчиков электрических сигналов, расположенных на вращающемся объекте, и медные провода 3 от контактных колец 6. Медные контактные кольца отделены от вала изоляционными втулками. Медно-графитовые втулки 7 установлены на двух плоских основаниях и медными проводами соединены со штепсельным разъемом 1. Щетки прижимаются к кольцам с помощью изолированных от них поршеньков 5, которые подвергаются воздействию сжатого воздуха через эластичную диафрагму 4, Оптимальные усилия прижатия щеток достигаются при давлении воздуха в камерах 8, равном ![]() Температурная стабилизация контактных поверхностей достигается обдувом их подогретым воздухом. При наиболее часто используемой двухпроводной системе измерения число обслуживаемых датчиков в два раза меньше числа контактных колец. Поэтому число токосъемных пар часто оказывается меньше числа датчиков. Для увеличения числа датчиков, с которых можно передать информацию на неподвижные приборы в течение одного эксперимента, возможны два пути: можно последовательно установить несколько токосъемников или использовать один токосъемник совместно с токо-коммутатором, который имеет ![]() ![]() Токосъемники со скользящими контактами вносят дополнительные погрешности в измерительную цепь. При использовании в качестве датчиков термометров сопротивления и тензодатчиков основные погрешности обусловлены переходным сопротивлением. При непосредственном измерении термопарных токов существенные погрешности вносят переходные сопротивления и контактная ЭДС, а при компенсационном методе измерения -только контактная ЭДС. Пульсационный характер изменения переходного сопротивления затрудняет учет вносимой им погрешности, В этом случае из общего сопротивления, ![]() ![]() ![]() ![]() Значение ![]() ![]() ![]() На рис, 4.5 показаны характеристики двух близких по конструктивному оформлению токосъемников, из которых один работает без температурной стабилизации зоны контакта (1), а второй - с температурной стабилизацией (2). Как видно из рисунка, температурная стабилизация снижает переходное сопротивление и отклонение его случайных изменений от средней величины. П ![]() Для учета погрешностей, вносимых в измерения контактной ЭДС, из последней выделяют переменную составляющую и на основе испытания токосъемника строят зависимости этой составляющей ЭДС от скорости скольжения и температурных условий в зоне контакта. Эти графики используют при оценке погрешности измерения, обусловленной контактной ЭДС. Непосредственная передача давления с вращающегося объекта на неподвижные измеряющие приборы может быть осуществлена с помощью передатчиков давления со скользящим уплотнением между вращающимися и неподвижными деталями и компенсационным методом, в котором уплотнение хоть и имеется, но качество его работы не отражается на точности измерения. Давление обычно измеряют во многих точках вращающегося объекта. Поэтому передатчики давления со скользящим уплотнением делают с несколькими автономными уплотнениями или с одним уплотнением, через которое последовательно передается информация от многих точек измерения; последовательное подключение трубок от датчиков давления к узлу уплотнения осуществляется переключающим устройством. Многоточечные передатчики давления надежно работают только при небольшой частоте вращения. При большой частоте вращения наиболее целесообразной оказывается конструкция передатчика давления, имеющего узел уплотнения с небольшим диаметром поверхности скольжения. Конструктивная схема этого агрегата показана на рис. 4.6. Передатчик давления имеет вал 10, смонтированный в подшипниках 7, которые установлены в корпусе 8. Через муфту конец вала 21 соединяется с вращающимся валом изучаемого объекта, а на противоположном конце вала смонтирован узел уплотнения. Уплотнение образовано шаром 9, запрессованным в конец вала, и графитовым кольцом 6, запрессованным в неподвижную втулку 4, Графитовое кольцо прижимается к шару пружиной 3. ![]() Переключающее устройство состоит из распределительного диска 20, жестко связанного с валом, и избирательного диска 19, На распределительном диске имеется 33 отверстия со штуцерами 18, к которым присоединяют трубки, передающие информацию о давлении в месте его измерения. В избирательном диске есть углубление, которое через систему отверстий 17 соединено с внутренней полостью вала и через уплотнение - со штуцером 5, присоединенным к измерительному прибору. Избирательный и распределительный диски имеют контакт по притертым плоскостям, что позволяет герметизировать канал в зоне распределительного устройства, Избирательный диск прижимается к распределительному пружиной. Для последовательного подключения штуцеров 18 в тракте передающего устройства имеется сервомеханизм, управляемый сжатым воздухом. При подаче сжатого воздуха под поршень 2 сервомеханизм переместится влево и через штанги 12 и упорный подшипник 15 после прохождения зазора ![]() Описанный передатчик давления испытывался до частоты вращения ![]() ![]() ![]() Основной элемент передатчика давления - сравнивающее устройство 3, которое представляет собой камеру, разделенную на две полости гибкой мембраной. Камера вращается вместе с исследуемым объектом. В одну из ее полостей по трубке 1 подводится измеряемое давление, а во вторую - компенсирующее давление от баллона 5, которое регулируется вентилем 4 и измеряется манометром 6; неподвижный зонд манометра введен во вращающуюся полость сравнивающего устройства. В тракте компенсирующего воздуха имеется уплотнение, утечка воздуха в котором не отражается на измеряемом давлении в безрасходной полости. В каждой из полостей сравнивающего устройства имеется пара контактов, которые при нейтральном положении мембраны находятся в разомкнутом состоянии. При отклонении мембраны от равновесного положения замыкается одна из пар контактов, при этом ток от источника 11 через скользящие контакты 2 подается в реле 10 сигнального устройства 12. Реле зажигает одну из ламп 8 или 9, имеющих источник питания 7. При измерении давления на вращающихся объектах с использованием передатчиков давления возникает погрешность, обусловленная действием центробежных сил, при отличии радиусов, на которых расположены точки измерения давления и на которых вращающийся трубопровод переходит в неподвижный» Точка измерения давления располагается обычно на большем радиусе, чем точка перехода подвижного трубопровода в неподвижный, поэтому действительное давление ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() На произвольном радиусе вращающегося канала условие равновесия среды выражается равенством ![]() г ![]() ![]() ![]() Из (4.3) следует, что ![]() При небольшой частоте вращения можно принять ![]() ![]() При большой частоте вращения в изотермических условиях ![]() ![]() где ![]() При произвольном изменении температуры величина ![]() Для измерения частоты вращения наибольшее распространение получили тахометры: часовые, магнитные, индукционные, электрические, импульсные, стробоскопические, Выбор метода измерения частоты вращения и типа тахометра зависит от мощности и конструктивного исполнения центрифуги, диапазона частоты вращения и требуемой точности измерения, При измерении частоты вращения ручными тахометрами вращающийся вал должен иметь открытый торец, в центровое отверстие которого вводят и легко прижимают резиновый наконечник валика тахометра, Благодаря контактному трению вращение передается измерительному прибору. Индукционный электрический тахометр состоит из двух частей: тaxогенератора, который механически стыкуется с валом центрифуги, воспринимая ее вращение, и измерительного прибора-указателя частоты вращения, Тахогенератор и измеритель соединены электрической линией связи и обеспечивают дистанционность измерения и непрерывность наблюдения за частотой вращения. И ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В качестве измерителя может быть использован вольтметр, частотомер или комбинированный индукционный преобразователь-измеритель. Схема с вольтметром проста, но не дает высокой точности измерения (до 5%). Использование в качестве измерителя электронного цифрового частотометра обеспечивает достаточно высокую точность (до 0,5%), На рис. ^ показана принципиальная схема магнитоиндукционного тахометра. Указатель 1 типа ИСТ устанавливают на пульте, а первичный преобразователь ![]() При вращении ротора преобразователя 8 в обмотке статора 7 вырабатывается трехфазный ток с частотой, пропорциональной частоте вращения. Электродвигатель указателя 9 с обмоткой статора 6 вращает магнитный узел 10, состоящий из двух плат с запрессованными в них постоянными магнитами и диска 5. При вращении магнитного узла в диске 5 появляются вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем приводит к возникновению крутящего момента, пропорционального частоте вращения, который отклоняет стрелку 2 указывающего прибора. При отсутствии момента спиральная пружина 4 возвращает стрелку на нулевую отметку шкалы 1, Магнитный демпфер 11 с алюминиевым диском 3 служит для устранения колебаний стрелки. При измерении частоты вращения тахометр обеспечивает точность 0,3%. Импульсный тахометр состоит из преобразователя, позволяющего вырабатывать электрические импульсы, частота которых пропорциональна частоте вращения вала центрифуги и электронного счетчика импульсов за определенный промежуток времени. Широкое применение получили импульсные тахометры с бесконтактными индукционными или фотоэлектрическими преобразователями и с цифровым электронным частотомером в качестве измерителя. Индукционный преобразователь представляет собой электронное реле индукционного принципа действия, В качестве индукционного преобразователя можно использовать бесконтактные электронные концевые выключатели (рис, 4,9). На валу центрифуги закрепляют тонкий зубчатый диск-индуктор, выполненный из электротехнической стали толщиной ![]() ![]() ![]() ![]() На рис, 4.10 представлена другая схема импульсного частотомера. На валу центрифуги устанавливается диск 1 с одним, чаше двумя (из условий обеспечения балансировки) магнитными элементами 3, а на корпусе 2 в той же плоскости индукционный преобразователь, состоящий из сердечника 4 и обмотки 5. При прохождении магнитного элемента вблизи сердечника в обмотках наводится импульс ЭДС, Частота следования этих импульсов пропорциональна скорости вращения вала центрифуги. Простота схемы измерения и отсутствие внешнего энергоснабжения делают эту схему удобной для практического применения. Погрешность определения скорости вращения на установившемся режиме не превышает ![]() ![]() Для создания импульсов электрического тока, определяющих частоту вращения, можно использовать токосъемник, в котором одно из контактных колец делается разрезным. Отсутствующая часть кольца заменена электрическим изолятором, при контакте которого со щеткой ток прерывается. При невозможности подключения датчика электрического тахометра к валу центрифуги можно использовать фотоэлектрический и стробоскопический тахометры. Одна из возможных схем импульсного фотоэлектрического тахометра представлена на рис. 4.11, В качестве источника света применяют обычно лампы накаливания с фокусирующей оптикой 1. На контролируемом объекте закрепляют одно или несколько зеркал 2, которые в определенных положениях объекта направляют свет на фотоэлемент 3. Ток с фотоэлемента усиливается и поступает на частотомер или счетчик импульсов 4, с помощью которого и определяется частота вращения. Стробоскопический тахометр (стробоскоп) является бесконтактным измерителем частоты вращения. Он не создает противодействующих усилий при измерениях, не оказывает влияния на работу испытуемых объектов. Принцип действия стробоскопа основан на стробоскопическом эффекте. Вращающаяся деталь освещается импульсной лампой, частота импульсов которой контролируется, при совпадении частоты световых импульсов с частотой вращения деталь кажется неподвижной. ![]() Стробоскопы (рис. 4.12) состоят из выпрямительного блока питания 1, генератора импульсов 2, измерителя 3 и газонаполненной импульсной лампы 4. Частоту импульсов генератора можно плавно регулировать в пределах ![]() ![]() ![]() ![]() 2. Особенности методов измерения при испытаниях на инерционные нагрузки Совершенствование методов испытаний на воздействие линейных нагрузок связано с необходимостью получения информации о температуре, тепловых потоках, давлении, деформациях и механических напряжениях в различных точках вращающихся объектов, а также измерять и поддерживать частоту вращения и ускорение платформы центрифуги. Для измерения каких-либо величин с вращающихся объектов в местах измерения необходимо разместить измерительные устройства (датчики), вырабатывающие сигналы, которые соответствуют уровню измеряемых величин, передать эти сигналы с вращающихся элементов на неподвижные, а затем измерить их. Датчики и измерительные системы, используемые для получения информации с вращающихся объектов, принципиально не отличаются от датчиков и измерительных систем для стационарных условий, хотя и могут иметь специфические особенности Передача сигналов с вращающихся элементов на неподвижные представляет собой наиболее сложную часть измерительной процедуры, реализация которой требует разработки специальных устройств. Эти устройства весьма разнообразны по принципу действия и конструктивному оформлению и к настоящему времени нестандартизированы. Способы выработки сигналов зависят от вида измеряемых величин. Выработка сигнала при измерении температуры вращающихся деталей может осуществляться неэлектрическими и электрическими способами. В первом случае температура регистрируется с помощью термокрасок, плавких вставок, фотометрических приемов и т.д. Во втором случае электрический сигнал вырабатывается с помощью термопары или термометра сопротивления. В настоящее время при измерении температуры используют почти исключительно второй способ выработки сигналов. При этом наиболее часто предпочтение отдается термопарным датчикам так как они позволяют измерить локальное значение температуры; их относят к числу малоинерционных чувствительных элементов. При измерении деформаций и связанных с ними механических напряжений во вращающихся деталях используют тензодатчики (тензорезисторы), которые наклеивают на исследуемые поверхности, в результате чего они деформируются вместе с деталями. Тензодатчиками можно измерять деформации, обусловленные растяжением, изгибом и кручением. Эти деформации могут использоваться для определения напряжений в материале деформируемых деталей, а деформация, которая обусловлена кручением вала, передающего крутящий момент, может использоваться для определения крутящего момента. |
![]() | Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Исследование... Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические... | ![]() | Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Методы... Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Контрольно-испытательные... |
![]() | Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему: «Испытания... Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 130900 в выполнении лабораторной работы по курсу «Механические... | ![]() | Методические указания по выполнению лабораторной работы на тему :... Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 1309 в выполнении лабораторной работы по курсу “Основы устройства... |
![]() | Методические указания к выполнению лабораторной работы Безопасность жизнедеятельности: Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование естественного освещения в рабочих... | ![]() | Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование... Безопасность жизнедеятельности. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование метеорологических условий производственной... |
![]() | Методические указания к выполнению лабораторной работы №3 «Исследование... Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование искусственного освещения в рабочих помещениях» для всех специальностей... | ![]() | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Изучение электроизмерительных приборов: методические указания к выполнению лабораторной работы./Составители: Гумеров А. З., Хуснуллина... |
![]() | Лабораторная работа 2012. Фэф часть 1 Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить «Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Статистика»,... | ![]() | Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Экономика предприятия» Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Экономика предприятия» на тему: «Расчет издержек производства и... |