Разработка автоматического автобалансирующего устройства активного типа

Стремительный прогресс в развитии техники, приводит к увеличению
угловых и линейных скоростей механизмов. Увеличение уровня вибрации,
является результатом данного процесса. Любое машиностроительное
производство использует инструменты с вращающимися частями. В процессе
работы таких механизмов, всегда существует проблема, связанная с
вибрацией. Она является следствием возникновения дисбаланса. Анализируя
выходы из строя машин и механизмов, из-за подобного рода проблем, можно
заметить, что самым надежным и эффективным способом улучшения
вибрационного состояния вращающихся частей является балансировка.
Вибрации в процессе эксплуатации приводят к повышенному износу
деталей и узлов, снижению долговечности подшипников, возникновению
аварий, усталостному разрушению деталей, повышенному
энергопотреблению, негативному воздействию на организм человека
Результатом этого является нарушение технологического процесса, с
повышением вероятности выхода из строя машин и механизмов.
Проблема: При эксплуатации оборудования, часто проводится
дополнительная балансировка ротора, с целью устранение его
неуравновешенности. Для осуществления данной задачи, необходима
остановка всех вращающихся частей и механизмов, что в большинстве
случаев нежелательна, поскольку влияет на непрерывность технологических
процессов. Устранять данного рода проблемы предлагается с
использованием автоматического автобалансирующего устройства активного
типа.
Цель работы: Разработка и 3-D моделирование экспериментальной
установки АБУ активного типа. Разработка алгоритмов управления
корректирующими массами для снижения вибрации роторных машин в
режиме реального времени.
Задачи:
1.Провести анализ литературы выбранного устройства;
2. Разработать схему АБУ активного типа;
3.Построить 3-D модель автобалансирующего устройства и описать еѐ;
4.Разработать алгоритм управления корректирующих масс;
5.Провести расчеты для определения параметров АБУ;
Научная новизна
Разработка оригинального алгоритма перемещения корректирующих
масс, приводящего к последующему устранению неуравновешенности
ротора.
Практическая значимость работы
Полученные данные, помогут решить проблемы, связанные с
неуравновешенностью ротора в таких сферах как: энергетика, нефтяная,
химическая, атомная и пищевая промышленности.
1. Обзор литературы
1.1 Принудительное перемещением корректирующих масс в
автобалансирующих устройствах
Корректирующие массы в автобалансирующих устройствах со
случайным методом поиска можно перемещать с помощью шаговых
двигателей. С блока управления подают команды на данный механизм,
который устанавливается на неподвижных частях машины или роторе. В
случае установки на неподвижных частях машин, команды подаются через
токосъемник. Блок управления содержит генератор случайных сигналов,
вырабатывающий команды для исполнительного механизма равной
вероятностью движения в каждом направлении [1]. При этом измеряют
величины вибрации опор или напряжения изгиба ротора. Сигналы вибрации
опор с датчиков через усилители подают в блок сравнения.
В случае, когда движения корректирующих масс и уровень вибрации
остается неизменным, проводится поиск в случайном варианте перемещения,
пока вибрационный уровень не будет соответствовать допустимым
значениям. При достижении данного уровня вибрации, подачу сигналов
прекращают и останавливают исполнительный механизм [2]. Если вибрации
остаются неизмененными, балансирующее устройство выдает другой
случайный вариант движения и балансировка продолжается.
Случайность варианта движения корректирующих масс, осуществляет
независимую работу устройства от частоты его вращения, с последующим
устранением вибрации от трения соприкасающихся частей, нагрева этих
элементов, эксплуатационных факторов и конечно дисбаланса. Данная
система работает с аппаратурой показывающей, изменение вибрации, а также
их наличие на опорах. Естественно, такие системы сложны и нуждаются в
каналах, способных передавать информацию и энергию со статических
частей на вращающиеся. Ввиду методов случайного поиска, существует
сложность, связанная с тем, что временной промежуток балансировки не
постоянен, потому гарантии ее обеспечения в приемлемое время, нет. При
этом дисбаланс может возрастать на величину, характеризуемую
неопределенностью.
Автобалансирующее устройство с направленным перемещением по
заданным траекториям корректирующих масс, управляемых с помощью
следящих систем экспериментального регулирования, балансировка роторов
в балансирующей машин на всех частотах более надежная и
производительная [3]. В таких устройствах, система автоматического
регулирования которая питается от внешнего источника энергии, является
замкнутой.
Со следующими системами автобалансирующее устройство за счет
реагирования на рассогласование между выходными векторами дисбалансов
и входными векторами дисбалансов корректирующих масс или
чувствительных элементов сигналами, что обеспечивает высокую точность
балансировки системы и ее быстродействие [4]. Содержащийся
распознающий элемент рассматриваемого устройства, учитывая свойства
системы распознает положение дисбаланса. Для перемещения
корректирующих масс используют шаговые электродвигатели. Также
имеется усилитель с преобразователем для получения более точных и точных
сигналов на регулятор, который учитывает изменение фазы между векторами
прогиба и дисбаланса.
Используя механическую передачу, происходит перемещение АБУ,
посредством исполнительного механизма оснащенного системой контактов
электродвигателей [5]. Механизмами жидкостного типа управляют благодаря
клапанам, предназначенных пропускать жидкость, под действием
центробежной силы, приобретенной насосом. Переключать контакты или
клапана можно используя такие элементы как, автобалансирующие
устройства со свободным перемещением малых корректирующих масс [6].
Системой экстремального регулирования можно управлять
исполнительными механизмами. Рассматриваемая система содержит
автоматическое управляющее устройство и датчики вибрации. Управляющее
устройство сравнивает сигналы датчиков с допустимыми и вырабатывает
программу, которая направленно перемещает наши корректирующие массы
для снижения уровня дисбаланса. Системы регулирования по методу
градиента или наискорейшего спуска осуществляют одновременное
перемещение корректирующих масс в направлении уменьшения дисбаланса
до допустимого значения, но при этом конструкция автобалансирующего
устройства получается достаточно сложной [7]. В системе управления по
методу Гаусса-Зайделя минимум колебаний ротора достигают
последовательным перемещением корректирующих масс с достижением
минимума вибраций при каждом движении, что приводит к относительно
небольшому увеличению продолжительности балансировки.
В качестве главных конструктивных признаков, характеризующих
исполнительный механизм, и выполняемый с его помощью процесс
балансировки, принимают реализованную в исполнительном схему
компенсации дисбаланса ротора и алгоритм перемещения корректирующих
масс [8]. При рассмотрении вариантов схем компенсации дисбаланса решают
задачу, каким числом корректирующих массы по каким алгоритмам их
перемещения можно обеспечить изменение величины и фазы суммарного
дисбаланса с учетом того, что при отсутствии дисбаланса ротора суммарный
дисбаланс от корректирующих масс должен равняться нулю.