Введение к работе
Актуальность работа. Быстрое развитие науки и техники обуславливает большое разнообразие и усложнение автоматических систем. Создаются новые инвариантные, самонастраивающиеся и другие комплексные системы, выдвигающие повышенные требования к их составным частям - элементам систем. Широко используются в таких системах электромеханические вибрационные преобразователи (ЭМВП) в качестве ЕИб-родатчиков и вибродвигателей.
Большое количество'работ, связанных с проектированием новых конструкций ЭМВП различного назначения и совершенствованием уже известных, позволяет судить о неослабевающем интересе разработчиков к этому классу устройств.
Специфика и многообразие решаемых задач обуславливают различие ЭМВП по целевому назначению, метрологическим, конструктивным и другим параметрам. Разработка новых конструкций преобразователей такого класса является актуальной задачей и вызвана необходимостью создания устройств, удовлетворяющих в той или иной мере многим, зачастую противоречивым требованиям по точности преобразования, частотному диапазону, пределам измерения, чувствительности, габаритным размерам, массе, стоимости, эксплуатационшм характеристикам и др.
Важной предпосылкой решения поставленных задач является исследование и разработка новых перспективных элементов конструкции ЭМВП, материалов,, комплектующих изделий, специальных технологических процессов производства.
В результате проведенного а работе анализа конструкций и .характеристик ЭМВП установлено, что перспективным для и:-.«Еормационно-измерктельных и управляющих систем является ЭГ/ВП со спиральным вторичным элементом. Преимуществами нового класса ЭМВП являются простота конструкции, высокая технологичность, надежность. Применение ЭМВП со спиральным вторичным элементом, например' в'электромеханических часах, позволяет снизить их весо-гэбарлтные показатели в 2 раза за счет исключения сложных механических узлов. Применение ЭМВП в качестве вибродатчика позволяет снизить его весо-габаритные показатели в 1,5+2 раза за счет выполнения чувствительного элемента и сигнальных обмоток в виде спиральной пружины. . Вследствие этого уменьшаются и их стоимостные показатели.
Отсутствие основ теории, исследований характеристик и инженерных методик расета ЭМВП со" спиральным электропроводящим элементом в режимах как датчика, так и двигателя ограничивает возможности ра-
нионального их проектирования для информационно-измерительных и управляющих систем. Поэтому задача исследования и создания высокоэффективных ЭМВП со спиральным вторичным элементом, наиболее полно , удовлетворяющих специальным требованиям со стороны систем управле-, ния, актуальна.
Цель работы. Создание основ теории и исследование характерне-. тик нового класса элементов автоматики и систем управления, а именно: электромеханических вибрационных преобразователей со спиральным вторичным элементом в качестве вибродатчика и виородвигателя, раз- работка инженерной методики расчета.
Задачи диссертационной работы
-
Разработка математической модели ЭМВП в качестве датчика и исследование его основных характеристик в стационарном режиме работы*
-
Исследование точностных характеристик. ЭМВП. Построение ве- і роятностной модели датчика для оценки' его механической надежности.
-
Разработка математической модели ЭМВП в качестве виородвигателя и исследование его выходных характеристик, получение выражения для анализа электромагнитных и прочностных нагрузок.
-
Теоретическое исследование преобразователя линейных ускорений (ПЛУ) с дополнительным короткозамкнутым1 витком (КЗВ), определение основных геометрических соотношений.
-
Создание инженерной методики расчета ЭМВП в качестве датчика, виОродеигателя.
6. Проведение экспериментальных исследований . разработанных
ЭМВП, проверка достоверности, основных теоретических положений.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использованы методы теории электрических- цепей, математического анализа, теории линейных колебаний, метод разделения переменных для решения дифференциальных уравнений, а также методы теории вероятностей.
Научная новизна
-
Впервые для улучшения конструкции и повышения надежности вибрационных датчиков и электродвигателей предложено выполнить рабочий орган в виде спиральной пружины из электропроводящего материала. Разработана математическая модель обобщенной конструкции ЭМВП в качестве датчика и двигателя.
-
Получена вероятностная модель спиральной конструкции для оценки механической надежности ЭМВП в качестве датчика.
-
Найдены выражения для выбора предельных электромагнитных и
прочностных нагрузок виородвигателя.
-
Предложено применение КЛб в ПЛУ для улучшения его ыатроло-гическіи характеристик. Установлено, что применение КЗВ позволяет повысить чувствительность и крутизну преобразовательной характеристики ШІУ до диух раз. Установлено также,- что предельная скорость вторичных процессов определяется .'индукцией насыщения его магнито-провода. ..'>'.
-
Предложены оригинальный конструктивные решения для получения низкочастотных вибрации на осново электропроводящей спиральной конструкции.
Практическая ценность
-
Разработаны оригшплишо конструкции преобразователей виб-. рационных ускорениП (а.с. 1642404, 16Ь7977, 177426. 1774270, положительные .решения по заявкам <4S0610t), 4У29»:23).и генераторов мэха-ішческих колебания (положительное решение по заявке 4&12Э05).
-
Полученные формулы даот возможность исследовать и рационально проектировать avbll со сниргш.т/м рт.ричішм элементом с заданным частотным диапазоном и выходными характеристиками.
-
Полученные в работе расчетные, соотношения позволяют оценивать влияние КЙВ на мотрологичоскио характеристики ПЛУ, рационально проектировать магнитную систему датчиков. .
-
Создана инженерная методика расчета ОУЕЛ.
Pejyw33ujiH результатов работы. Разработанные 5МВП со спиральным вторичным элементом приняты к внедрению на Уфимском агрегатно-, производственно?., объединении для создания' электромеханических часов.
На защиту ЕЩірсятся_
-
Оригинальные конструкции ЗМВП'со спиральным вторичным элементом.
-
Математические модели ЗМВП со спиральным вторичным элементом в качестве виородатчика и внбродвигателя.
-
Вероятностная модель ЭМВП для оценки его механической надежности.
-
Математическая модель ШІУ с КЗВ.
-
Инженерная методика расчёта-ЭМВП в качестве вибродатчика и внбродвигателя.
-
Результаты экспериментального исследования ЭМВП в качестве вибродатчика я вибродвигателя.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы док ладывались и обсуждались:
1. На зональной научно-технической конференции "Датчики и
средства первичной обработки информации", г.Курган, i9inj г.
2. Ив Всесоюзной нчучно-технической конференции "Микроэлектро
ника в машиностроении", г.Ульян .век, Н'Н2 г.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубліковано ІЗ печатных работ , в том числе получено 4 авторских свидетельства и 3 положительных решения на изобретение.
Структура и объем р_абТ!_к Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложена на 233 страницах машинописного текста и содержит 209 страниц основного текста, 45 страниц рисунков и твблиц, 3 приложения. Список использованной литературы содержит ПО' наименований.
