Введение к работе
Актуальность работы. В транспортных средствах и промышленных гановках для измерения частоты вращения вала широко применяются-гнитоиндукционные тахометры, действие которых основано на измере-и сил, возникающих в результате взаимодействия вращающегося маг-гного поля с индукционными токами, наведенными этим полем в тон-зтенном немагнитном токопроводящем роторе. Поле создается узлом с зтоянными магнитами, вращение которому передается от контролируе-'о вала посредством электрической синхронной передачи. Чувстви-тьный элемент, имеющий вид колпачка или диска в зависимости.от іравления магнитного поля в рабочем зазоре, вместе со стрелкой зеплен на отдельной оси, соосной с осью магнитного узла, и удер-шется от вращения спиральной пружиной, угол закрутки которой шорционален измеряемой частоте вращения. Для компенсации погрешней магниты шунтированы термомагнитным шунтом, резко меняющим шицаемость в зависимости от температуры.окружающей среды.
Конструктивно дистанционный тахометр подразделяется на датчик юогофазный синхронный микрогенератор с постоянными магнитами - и даненный с ним электрически указатель, который состоит из изме-ельного узла-(ИУ) и синхронного двигателя (СД), которым приводя во вращение магниты ИУ. Габариты, класс точности, конструк-щое исполнение датчика и указателя определяются конкретным наз-іением тахометра и могут сильно отличаться между собой.
Наиболее сложными по устройству являются авиационные тахомет-где высокие требования к статической и динамической точности [етаются с жесткими условиями эксплуатации. В тахометрах типа ДТЭ В для обеспечения требуемых динамических характеристик имеется ифирующее устройство, аналогичное измерительному, но с неподвиж-и магнитами, а двигатель выполнен комбинированным: ротор содер-1 постоянные магниты, передающие момент валу с помощью пружины, и терезисные диски, обеспечивающие пуск двигателя. Тахометры с экими техническими характеристиками выпускаются и ведущими зару-:ным фирмами General Electric, Hollsman Motor, Weston Instru-ts, Smiths Instruments, Elliot Brothers, Jaeger и др.
Используемые в автотракторной технике общепромышленные дистан-
нные магнитоиндукционные тахометры (например, типа ТМи) во мно-
: аналогичны авиационным, имеют расширенную номерклатуру диапазо-
измерения, меньший класс точности, но больший ресурс. Наряду с
ономными по питанию здесь применяются тахометры с внешним пита-
ниєм, в которых сигнал с датчика поступает на электронный усил: тель-преобразователь, а лишь затем в расположенный с ним в одн корпусе указатель. Это тахометры со счетчиками условных моточасов спидометры (например, СП3802), в которых один СД приводит в движ ние тахометрический и одометрический измерительные узлы.
Повышение требований к точности измерения, надежности и ресу су приборного оборудования, развитие импульсной техники и микропр цессорных контрольно-измерительных комплексов привели к изменен концепции использования магнитоиндукционных тахометров. Их главны качествами, способными сохранить применение в современных условия стали автономность от источников питания, малые габариты и сто мость в сочетании с достаточной для конкретного потребителя точно тью, надежностью и ресурсом.
Изменение использования в традиционных областях и появлен новых - дельталеты и сверхлегкие самолеты, минитракторы и мотобло - привели к тому, что номерклатура выпускаемых промышленностью ма нитоиндукционных тахометров не полностью соответствует потребност техники. Требуется срочная модернизация существующих и организац производства нового поколения тахометров, направленная на упрощен конструкции, снижение массогабаритных показателей и стоимости, положительного решения этой задачи существенно зависят перепекти использования производственного потенциала приборостроительных з водов, успешная конкуренция как с производителями зарубежных анал гов, так с производителями других типов тахометров.
Выполненная работа направлена на разработку и исследован новой конструктивной схемы указателя тахометра, в котором упрощен достигается совмещением магнитных цепей измерительного узла и сии ронного двигателя, когда чувствительный элемент располагается неп средственно в рабочем зазоре СД. Указатели с совмещенной магнита цепью (УСМЦ) обладают более широкими возможностями снижения масс габаритов и стоимости по сравнению с указателями традиционной кс структивной схемы. Но одновременно усложняется процесс преобразої ния входного сигнала в энергию вращения ротора-магнита и в устане ливающий момент измерительного узла, которые происходят параллелі и взаимосвязанно.
Особенности процессов в таком указателе мало отражены в тех* ческой литературе. Отсутствуют систематические исследования влияі совмещения магнитной цепи на энергетические и метрологические ПО! затели тахометра. Затрудняет внедрение УСЩ отсутствие рекомендаї по конструированию и методики проектирования.
Цель работы заключается в создании дистанционного тахометра, мчащегося существенной простотой конструкции, меньшими габарити и массой указателя по сравнению с серийно выпускаемыми, но не гупающего им в точности измерения.
Задача научного исследования состоит в разработке и исследова-i указателя дистанционного магнитоиндукционного тахометра с сов-ценной магнитной цепью измерительного узла и синхронного двигате-при различных схемах питания. Она решается в направлениях:
разработка математических моделей и исследование электромеха-іеского преобразования УСМЦ;
исследование связи параметров и схемы питания указателя с фгетическими и метрологическими показателями;
исследование влияния совмещения магнитной цепи на статическую динамическую точность и определение путей и средств обеспечения їбуемой точности измерения;
определение особенностей конструктивного исполнения УСМЦ и фаботка инженерной методики проектирования;
экспериментальное исследование макетных образцов, организация прения разработки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая модель для расчета электромехани-жих процессоз УСМЦ в переходных режимах;
исследованы процессы пуска и синхронизации ротора-магнита * дополнительных пусковых устройств при подключении указателя к иэтающему датчику;
показано, что УСМЦ способен запускаться за счет синхронизующих свойств ротора-магнита в диапазоне частот вращения, охва-іаюшем пределы измерения большинства типов магнитоиндукционных сометров;
- получены аналитические выражения для определения способнос-указателя к самозапуску без решения дифференциальных уравнений;
получены аналитические выражения, соответствующие им вектор-> диаграммы и схемы замещения, описывающие электромагнитные про-!сы УСМЦ в статическом режиме;
разработана математическая модель для расчета статических эактеристик УСМЦ с учетом реальных свойств датчика как источника гания и нелинейности магнитных свойств материала магнитопровода;
проведен анализ связи электромагнитных параметров и схем гания УСМЦ с энергетическими и метрологическими показателями из-зительного преобразования;
- выявлены ограничения, накладываемые совмещением магнитнс
цепи на конструкцию деталей, узлов и указателя в целом, определеї
пути и средства реализации в УСМЦ требуемых энергетических, динами
ческих и точностных показателей.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
показано, что совмещение магнитной цепи ИУ и СД несуществе* но отражается на метрологических показателях указателя и позволяв реализовать УСЩ класса точности до 1,0 включительно без ужесточи ния технологических допусков;
показано, что УСЩ присущи существенно меньшие по сравнеш с серийными указателями динамические погрешности и больший динамі ческий диапазон;
разработаны ориентированные на УСМЦ конструкции узлов указг теля, новизна и полезность которых подтверждена 7 авторскими свид< тельствами Госкомизобретений;
получены практические рекомендации по обеспечению точное измерения и работоспособности указателя, достоверность которых по, тверждена экспериментально;
- разработана инженерная методика проектирования УСМЦ.
Реализация и внедрение. Созданы макетные образцы УСМЦ для
модернизации тахометров типа ТМи и спидометров типа СП, которые и пытаны в лабораториях заводов-изготовителей и показали соответств: основным требованиям ТУ серийных устройств.
Результаты диссертационной работы использованы в ОКР Саранск го приборостроительного завода и Владимирского ПО "Автоприбор". Р зультаты работы внедрены в Казанском приборостроительном бюро в Н по созданию авиационного тахометра резервного комплекта приборов.
Материалы диссертации использованы при проведении 5 научн технических работ,
Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальн результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и п лучили одобрение на:
-
Республиканской конференции "Информационно-измерительные си теш и точность в приборостроении" (г.Москва, 1982 г.);
-
Республиканском научно-техническом семинаре машиностроитель* го факультета МВТУ им, Баумана (г.Москва, 1979 г.);
-
Итоговых научно-технических конференциях (1975-85 гг.) Казг ского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты исследований отражены в 18 і чатных работах, в том числе 7 авторских свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, че-рех глав и заключения, содержащих 159 страниц машинописного тек-а, 5 таблиц и 56 рисунков на 37 страницах, списка литературы из. наименований и 4 приложений на 28 страницах.