Название: Исследование и проектирование механизмов технологических машин - (Подгорный Ю. И., Афанасьев Ю. А.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1061


8.3. диагностический прибор для определения цикловой диаграммы работы машины

в динамических условиях

Диагностический прибор предполагает в первую очередь измерения параметров колебательного процесса деталей наиболее ответственных механизмов. Разработанные для этой цели датчики, которые были приведены выше, усилительная аппаратура и методика позволяют оценить качество сборки и настройки узлов.

Блок-схема усилительно-регистрирующих частей диагностического прибора приведена на рис. 8.30.

Рис. 8.30. Блок-схема усилительно-регистрирующего диагностического прибора:

1 – датчик угла поворота главного вала (ДУП); 2 – ключевой усилитель (КУ);

3 – блок питания (БП); 4 – блок питания универсальный (БПУ); 5 – генератор несущей частоты (ГНЧ); 6 – индуктивный мостовой датчик (ИД); 7 – избирательный усилитель аналогового сигнала (ИУАС); 8 – избирательный усилитель дискретного сигнала (ИУДС); МД – механическое движение исследуемой детали; ЭО – электронный осциллограф; АЦП – аналоговый цифровой преобразователь; 1 – дискретная отметка нуля градуса; 2 – дискретная отметка через 2°; 3 – аналоговый сигнал; 4 – дискретный сигнал

 

Развернутая блок-схема диагностического прибора приведена на рис. 8.31.

 

Рис. 8.31. Развернутая блок-схема диагностического прибора: 6.1.1 – ИД колебаний ползушки механизма возвратчика уточных нитей; 6.1.2 – ИД фиксатора смены цвета; 6.1.3 – ИД подъемника прокладчика утка; 6.1.4 – ИД погонялки боевого механизма; 6.2.1 – ИД вылета прокладчика из боевой коробки; 6.2.2 – ИД влета прокладчика в правую приемную коробку; 6.3.1–6.3.3 – ИД батанных коробок; 7.1.1–7.1.3 – избирательные усилители аналоговых сигналов; 7.2.1 – избирательный фазочувствительный усилитель; 8.1.1–8.1.4 – избирательные усилители дискретного сигнала

Все измерения параметров колебательного процесса механизмов машины должны быть привязаны к цикловой диаграмме ее работы. В комплект прибора входит датчик угла поворота главного вала ДУП (блок 1). Он преобразует вращение главного вала в последовательность электрических импульсов по двум каналам ключевого усилителя КУ (блок 2) и выдает на счетчик импульсов отметку 0° и отметку через каждые 2° угла поворота.

Преобразование осуществляется с помощью эталонного диска диаметром 200 мм, на котором с погрешностью по шагу не более 5'' выполнены два концентрических ряда отверстий: 180 отверстий диаметром 1 мм в первом ряду и одно отверстие диаметром 1,5 мм во втором ряду. Соосно с этими отверстиями в щеках корпуса ДУП, жестко связанного со станиной станка, расположены две световые фотофары, каждая из которых заведена в схему своего ключевого усилителя. Когда пучок инфракрасного излучения постоянно работающего узконаправленного излучателя при совпадении отверстия эталонного диска с общей осью излучателя и фотоприемника попадает на него, то его темновой ток возрастает настолько, что транзистор открывается и переходит в режим полного насыщения. Это способствует открытию выходного транзистора, с нагрузки которого на счетчик импульсов поступает короткий электрический сигнал.

В целях повышения помехоустойчивости и формирования хороших фронтов транзисторы ключевого усилителя запираются небольшим обратным потенциалом. На корпусе ДУП предусмотрены индикаторные светодиоды, которые позволяют настраивать эталонный диск на нулевую отметку (оба диска высвечиваются). При этом диск жестко закрепляется на главном валу с помощью клеммового соединения.

Информация, полученная об угле поворота, запоминается в памяти ЭВМ, с которой сопоставляется в дальнейшем информация с других датчиков. Но она имеет и самостоятельное значение для оценки вклада каждого механизма в энергопотребление машины. Поэтому ЭВМ по определенной программе вычисляет мгновенную угловую скорость и ускорение, строит и выводит на дисплей усредненные за несколько десятков или сотен оборотов их графики. Кроме того, регистрируются максимальные, минимальные и средние за цикл значения угловой скорости и вычисляется коэффициент неравномерности вращения.

         Блок питания ключевых усилителей ДУП

Плата ключевых усилителей расположена в корпусе ДУП на машине. Питание электрической схемы усилителей осуществляется стабилизированным напряжением +6,3 В, которое подводится к ним экранированным кабелем от блока БП (блок 3), конструктивно объединенного в одном корпусе с генератором несущей частоты ГНЧ, блоком питания генератора БПУ и сетевым трансформатором. Стабилизатор напряжения выполнен на транзисторах по схеме коллекторного усилителя.

Для надежного пуска стабилизатора служит резистор цепи обратной связи, наличие которого несколько увеличивает пульсацию выходного напряжения. При номиналах элементов и токе нагрузки 300 мА пульсация выходного напряжения не превышает 10 мВ.

Точная установка выходного напряжения осуществляется подстроечным резистором делителя при номинальной нагрузке. Переменное напряжение 12 В на вход стабилизатора подводится от одной из вторичных обмоток трансформатора, который одновременно используется и для подачи напряжения на вход БПУ генератора несущей частоты.

         Универсальный блок питания БПУ

Он является двухполярным стабилизированным источником напряжения ± 20 В и предназначен для питания генератора несущей частоты и канала усилителя сигналов индуктивных датчиков. Электрическая схема ничем не отличается от рассмотренной схемы БП датчика угла поворота. Однако следует отметить, что она имеет два плеча +20 В и –20 В относительно общего нулевого провода. Напряжение для каждого плеча устанавливается потенциометрами. Допустимая нагрузка в каждом плече составляет 200 мА. Пульсация при этой нагрузке не превышает 7 мВ.

         Генератор несущей частоты ГНЧ (блок 5 рис. 8.30)

Он предназначен для питания индуктивных измерительных мостов ИД и спроектирован для одновременного питания пяти индуктивных датчиков.

Основные характеристики генератора: частота генерации 20 кГц; часовой уход частоты 20 Гц; амплитуда выходного сигнала 4,2 В; нестабильность амплитуды выходного напряжения в течение 1 часа составляет 4 мВ; выходное сопротивление 10 Ом.

         Индуктивный датчик

Мостовая схема включения датчика (рис. 8.32, блок 6 на рис. 8.30) состоит из двух резисторов R1, R2 и двух индуктивных головок: Lу (уравновешивающей) и Lн (измерительной). Питание моста осуществляется через разъем XS1 от генератора несущей частоты через конденсатор С1 и разделительный трансформатор Тр1 (БТК 1П-23), который выполняет гальваническую развязку генератора от измерительных

датчиков и соответствующих им каналов усиления.

Рис. 8.32. Электрическая схема включения индуктивного мостового датчика

Элементы R2 и R3 – C3 предназначены для балансировки моста по активному и реактивному сопротивлениям.

Балансировка моста производится в статике при заданном начальном зазоре S0 между открытой торцовой поверхностью индуктивной измерительной головки Lи и поверхностью детали, перемещения которой предполагается регистрировать. Балансировка осуществляется путем последовательного приближения к нулевой отметке выходного напряжения моста с помощью потенциометров R2 и R3.

Емкость С2 на выходе XS2 (выход на избирательный усилитель) снижает нелинейные искажения выходного сигнала, обусловленные искажением генератора ГНЧ, трансформатором Тр1 и головками

Lу и Lи.

Конструкция индуктивной головки была представлена выше, и нет необходимости на ней останавливаться подробно.

Изменение зазора S при движении детали приводит к изменению реактивного сопротивления головки. В конечном итоге на выходе XS2 моста появляется амплитудно-модулированный сигнал, глубина модуляции которого зависит как от величины изменения Lи, так и от начальной балансировки моста. Таким образом, механическое движение детали преобразуется в электрический сигнал.

Датчик реагирует как на изменение зазора, так и на изменение площади перекрытия магнитопровода при постоянном зазоре,. При всех своих достоинствах датчик имеет один существенный недостаток – нелинейность при значительных (более 10 \%) изменениях зазора от начального. Однако последующая процедура обработки усиленного сигнала с помощью ЭВМ тарировочной кривой графика позволяет смягчить этот недостаток.

Индуктивная мостовая схема, представленная на рисунке, за исключением выносной измерительной головки, собрана на плате печатного монтажа диаметром 54 мм и помещена в экранирующем корпусе из дюралюминия Д16. Для удобства балансировки моста ручки потенциометров вынесены наружу на крышку корпуса.

         Избирательный усилитель аналогового сигнала

         Модификация первая – ИУАС1

Электрическая схема ИУАС1 в работе не приводится, с ней можно ознакомиться в [39]. Этот усилитель предназначен для усиления амплитудно-модулированного сигнала, поступающего с индуктивных датчиков колебаний ползушки механизма возврата уточной нити, фиксатора механизма смены цвета, подъемника прокладчиков уточной нити (блоки 7.1.1 – 7.1.3 рис. 8.31).

Особенность сигналов, которые поступают с перечисленных датчиков, состоит в том, что их можно сделать одного знака. Это означает, что все изменения величин и форм полезных (информационных) сигналов будут происходить в одну сторону от нулевого уровня.

Принципиально усилитель состоит из трех каскадов: избирательного предусилителя, настроенного на частоту несущей ГНЧ 20 кГц, амплитудного демодулятора с пассивным фильтром нижних частот ФНЧ для снятия несущей и выходного каскада частот.

Наличие избирательного предусилителя даже при подключении выносной индуктивной головки с 5-метровым экранированным кабелем обеспечивает уровень помех на выходе усилителя не более 25 мВ

Балансировка индуктивного датчика контролируется на выходе усилителя электронным осциллографом или цифровым вольтметром. При наличии микрометрической головки с ценой деления 0,01 мм можно снимать в статике комплексную тарировочную кривую системы датчик – усилитель как зависимость между перемещением контролируемой детали относительно датчика и выходным напряжением усилителя и заложить ее в память ЭВМ по каждому каналу усиления.

         Модификация вторая – ИФЧУ

Электрическая схема ИФЧУ в работе не приводится, с ней можно ознакомиться в [39]. ИФЧУ предназначен для усиления и выявления знака полезного сигнала.

Усилитель состоит из пяти каскадов: избирательного предусилителя, фазосдвигающего каскада, коммутирующего ключа, фазочувствительного демодулятора и выходного каскада (усилителя мощности) с активным фильтром для снятия несущей частоты.

Избирательный предусилитель производит предварительное усиление АМ-сигнала с индуктивного датчика.

Усиленный сигнал поступает на фазочувствительный демодулятор.

Таким образом, при изменении начального зазора сигнал с демодулятора будет иметь один знак, а при изменении в другую сторону – сигнал изменит знак на противоположный. Полученный таким образом продетектированный по амплитуде и фазе сигнал, содержащий информацию о величине изменения зазора и его фазе между датчиком и деталью, поступает на усилитель мощности. Данный усилитель является одновременно и фильтром нижних частот третьего порядка с частотой среза 3 кГц.

Питание усилителя осуществляется от двухполярного источника стабилизированного напряжения ± 20 В со своего БПУ, вынесенного за пределы платы усилителя.

         Избирательный усилитель дискретного сигнала ИД

Он предназначен для усиления и первичной обработки сигналов с двух одинаковых по конструкции датчиков вылета и прилета прокладчиков уточной нити (блоки 6.2.1 и 6.2.2 рис. 8.31) и трех одинаковых ИД, снимающих сигналы с батанных коробок.

Все пять перечисленных датчиков преобразуют движение деталей, проходящих в определенные моменты времени около датчиков, в электрический сигнал колоколообразного вида.

В информации, полученной с указанных датчиков, представляют интерес только момент подхода детали к датчику и момент ее отхода на каком-то уровне. При колоколообразном АМ-сигнале на входе усилителя на выходе получаем сигнал П-образной формы.

Особенностью усилителя является то, что при усилении сигналов, которые могут поступать в одно время от датчиков батанных коробок, используются три самостоятельных канала усиления (блоки 8.1.2, 8.1.3 и 8.1.4 рис. 8.31) с подачей сигнала ИД только на один вход предусилителя.

Инструментальная ошибка каждого канала оценивается при установке каждого из трех датчиков ИДВК (6.3.1, 6.3.2 и 6.3.3 рис. 8.31) на одно и то же место с последующей регистрацией переднего фронта выходного сигнала усилителя и привязкой его микроЭВМ к углу поворота главного вала.

Прецизионный амплитудный демодулятор выполняет не только детектирование усиленного сигнала АМ-сигнала, поступающего с избирательного предусилителя, но одновременно и усиление его по напряжению. Далее продетектированный АМ-сигнал проходит через двухзвенный пассивный фильтр нижних частот. На выходе его поставлен выпрямитель, ограничивающий уровень информационного сигнала, поступающего на вход усилителя мощности, который работает в линейном диапазоне даже при больших уровнях входного сигнала. Тем самым улучшается передача переднего и заднего фронтов информационного сигнала. Питание каждого канала ИУДС осуществляется от своего БПУ, конструктивно расположенного на одной плате с усилителем.

         Устройство связи

         с аналоговыми и цифровыми датчиками (АДС)

Вся информация, полученная с датчиков, перерабатывается специальным устройством, которое носит название устройства связи.

Устройство связи с аналоговыми и цифровыми датчиками АДС предназначено для подсоединения к каналу ЭВМ, аналоговых и цифровых внешних устройств, обменивающихся с ЭВМ байтовыми данными в параллельном коде.

Центральный процессор и устройство АДС обмениваются информацией посредством программных операций с опросом флажков готовности и программных операций с использованием прерывания программ по таймеру. Устройство АДС способно хранить 12-разрядный код цифрового эквивалента аналогового сигнала одного из каналов; 16-разрядные коды, несущие информацию о неравномерности вращения главного вала станка, и код, эквивалентный скорости прокладчика уточной нити; 8-разрядный код, выдаваемый на плату графического дисплея.

         Проверка диагностического комплекса

Диагностический комплекс включает прибор, датчики, средства регистрации и обработки информации.

В усилительно-регистрирующем модуле комплекса периодическую проверку (один раз в течение года) должен проходить только блок ГНЧ. Проверяться должны следующие параметры: форма сигнала (синусоидальный); частота генерации (20кГц); выходное напряжение (7 В); часовой уход частоты (100 Гц в обе стороны от нулевой линии); часовой уход напряжения (50 В в обе стороны от нулевой линии).

Все параметры ГНЧ проверяются при работе его на активную нагрузку 10 Ом ( 10 Вт) после 30-минутного прогрева аппаратуры.

Для качественной оценки регистрирующего процесса необходимо провести тарировку измерительного тракта, включающего индуктивный датчик и усилитель УЗПУ или ИФЧУ.

Тарировка проводится по следующей методике:

– выставляется необходимый начальный зазор между индуктивной головкой и деталью по щупу или с помощью концевых мер;

– производится предварительная балансировка ИД и в работе станка подбирается необходимое усилие ИЗПУ или ИФЧУ. В этом случае сигналы, подаваемые на АЦП блока, не должны превышать 5 В;

– на расстоянии 15…20 мм от оси чувствительной головки ИД устанавливается микрометрический индикатор линейных перемещений;

– балансируется в статических условиях нуль ИД в исходном положении детали (при необходимом начальном зазоре);

– с помощью ручного перемещения за штурвал осуществляется ряд последовательных перемещений деталей относительно ИД, при этом фиксируются показания цифрового вольтметра (с экрана видеомонитора);

– на основании показаний индикатора и цифрового вольтметра строится тарировочный график;

– обрабатывается тарировочный график и вводится с постоянным шагом по напряжению в ОЗУ;

– снимается микрометрический индикатор и запускается станок в рабочий режим.

Если произошли изменения усиления, то следует провести тарировку заново. При качественной оценке регистрирующего процесса надобность в повторной тарировке отпадает.

Датчики угловых перемещений (смены цвета и разрядки торсионного валика) в тарировке не нуждаются. Линейность выходной характеристики заложена в них при проектировании и изготовлении нелинейного торцевого профиля.

Приборы, которые используются для проверки диагностического комплекса:

– электронный осциллограф С 1–83;

– частотомер Ч 3–35 А;

– цифровой вольтметр В 7 – 27/А1;

– таймер (часы).

При эксплуатации данного диагностического комплекса должны соблюдаться меры безопасности:

– корпус прибора должен быть заземлен на станок;

– к работе с приборами допускаются лица, изучившие инструкцию по эксплуатации (инструкция пользователя);

– запрещается во время работы отключать кабели, соединяющие видеомонитор с прибором;

– комплекс должен обслуживать высококвалифицированный инженер-электронщик.

В остальном правила по эксплуатации и охране труда ничем не отличаются от существующих на предприятиях.