Файл: Куинджи А.А. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин.pdf

Ротор имеет вход и выход. Входом ротора следует считать его дисбаланс X, а выходом — вибрации У. Между входом и вы­ ходом существует определенная связь, т. е.

Y = L ( X ) ,

где L — оператор, устанавливающий эту связь.

Оператор L зависит от многих факторов, среди которых сле­ дует указать хотя бы на следующие:

1.Конструкция ротора и его опор.

2.Трение внешнее и внутреннее (конструкционное).

3.Материал ротора.

4.Технология изготовления.

5.Температурный режим работы.

6.Эксплуатация ротора.

Уже этот весьма неполный перечень показывает, что точное определение оператора L весьма затруднительно, если вообще возможно. Так, факторы трения материала, эксплуатации и ча­ стично температуры п технологии сами по себе носят статистиче­ ский характер и не могут быть точно определены. Поэтому са­ мым естественным будет вообще отказаться от попыток опреде­

Двух полученных соотношений достаточно, чтобы свести ба­

летворять регулируемая система. При Q = Qmin система считается настроенной.

Рассмотрим ротор как объект регулирования. Необходимым условием уравновешенного ротора является минимум вибраций его опор.

В этом случае функцию качества балансируемого ротора мож­

74

Из этого выражения видно, что функция Q достигает своего минимума при наименьшем значении вибраций и наоборот. Сле­ довательно, балансировка ротора эквивалентна минимизации функций качества Q, полученной указанным способом.

Если такой минимизации функций недостаточно и требуется устранить напряжения изгиба в роторе, то функцию качества можно представить следующим образом:

т q

Минимизация такой функции качества является необходимым и достаточным условием балансировки ротора.

Для балансировки на ходу совершенно необходимо иметь воз­ можность менять дисбаланс без остановки ротора. Для этого на роторе располагается система подвижных грузов, способных по команде изменять определенным образом свое положение на ро­ торе во время его работы.

Пусть яд, л'г, . . ., .ѵ„ — какие-то определенные координаты дис­

Очевидно, что эти координаты определяют через оператор L виб­ рацию У, т. е.

Y = L ( X ) .

Параметры вибрации ротора целиком и полностью определя­ ются расположением дисбалансов на роторе.

.Очевидно, что при сбалансированном роторе функция качест­ ва Q должна равняться нулю

Q = 0.

Таким образом показано, что задача о балансировке ротора является задачей экстремального регулирования. При этом под объектом оптимизации подразумевается система, представленная на рис. 61. На вход такой системы посылается команда об из­ менении исполнительными механизмами АТ; параметров дисба­ лансов ротора х,-. Выходом же является величина Q, построен­ ная преобразователем П на базе информации у и у2, .“.., yq о не­ сбалансированности ротора.

Существующие методы экстремального регулирования строго разделяют (по времени и функционально) две стороны регули­ рующего сигнала — настройка регулируемой системы и анализ объекта.

Для решения поставленной задачи разработан метод случай­ ного поиска [38], применение которого позволило не проводить

4 *

75

строгой черты между настройкой и анализом и смягчить жест­ кость требований дуального управления.

Метод случайного поиска является, по сути дела, методом проб и ошибок, широко применяемым в практической деятельно­ сти при встрече с неиз­ вестным объектом, кото­ рый надо проанализиро­

вать.

Применение метода случайного поиска к ба­ лансировке ротора заклю­ чается в следующем. Ре­ как гулятор «предлагает» ро­ тору совершенно случай­ ное направление измене­ ния координат дисбалан­

сов, т. е., пользуясь терминологией теории игр, регулятор делает случайный ход. Информация у, идущая по каналу (рис. 62), ука­ зывает на увеличение или уменьшение уровня вибраций. Когда уровень вибраций не меняется, его можно считать эквивалент­ ным увеличению вибраций. Таким образом, «ход» ротора явля­ ется ответом на «ход» регулятора п несет положительный пли отрицательный ответ. Если ротор увеличил уровень вибраций,то

Рис. 62. Ротор:

а—общий вид установки; б—блок-схема системы автоматического управления ба­ лансировкой ротора по методу случайного поиска; БУ—балансировочное устройст­ во; ГСС —генератор сравнения сигналов; ГС—генераторы случайностей; Д —датчи­ ки; Г—усилители; .ѵі, Лг—''сигналы амплитуд вибраций опор; г—сигнал сравнения:

Q—функция качества

регулятор немедленно предлагает ротору другой, также случайно выбранный вариант изменения координат дисбалансов, что приводит к изменению функции качества. Если A Q > 0 , то все повторяется снова до тех пор, пока на 1-м ходу АQ станет мень­ ше 0, т. е. будет найдено то направление изменения координат дисбалансов (хіи х2и . .., х пі), которое приводит к уменьшению

76

вибраций. Выбранное направление изменения дисбалансов регу­ лятор сохраняет до тех пор, пока вибрации уменьшаются. Как только вибрации начинают увеличиваться, регулятор предлагает другой случайный вариант и т. д.

Такова схема случайного поиска в применении к балансиров­

ке ротора.

Метод проверялся на экспериментальной установке, общий

'вид которой показан на рис. 62, а. Результаты экспериментов показали следующее:

а) время автоматической балансировки ротора непостоянной распределено по определенному закону в силу случайного харак­

тера поиска; б) в процессе балансировки ротор может временно увеличи­

вать вибрации; в) точность балансировки определяется разрешающей способ­

е) предложенный способ случайного поиска в применении к балансировке не требует изучения динамики ротора.

Методы направленного перемещения элементов исполнительного механизма автоматического уравновешивающего

устройства

Управление за счет отклонений уравновешиваемого ротора. Этот способ автобалансировки разработан для барабанов

больших стиральных машин.

В первом варианте предлагается на барабане установить же­ сткий кольцевой сосуд, заполненный жидкостью и распределен­ ный на отсеки. Один подшипник вала барабана установлен на мембране так, что имеется возможность бокового отклонения другого конца барабана, который через штоки с пружинами и ро­ ликами опирается на неподвижное кольцо, закрепленное концентрично с осью вращения барабана. Штоки соединены клапа­ нами, имеющимися в каждом отсеке. При неуравновешенном ро­ торе на скорости ниже критической более тяжелая его сторона смещается к неподвижному кольцу. Штоки, упирающиеся через ролики в это кольцо, смещаются и открывают необходимые кла­ пана, через которые под действием центробежных сил жидкость сливается из соответствующих отсеков. Центр тяжести барабана при этом начинает смещаться и смещается до тех пор, пока не совпадет с осью вращения. После этого ротор будет вращаться

77

без отклонений, штоки и клапана станут на места и слив жид­ кости из отсеков прекратится.

Во втором варианте подшипники вала барабана закреплены жестко, барабан же соединен с валом через систему пружин так, что он плавает относительно вала. На валу также установлено кольцо, охватывающее барабан п вращающееся вместе с валом. Между кольцом п барабаном расположена кольцевая камера из эластичного материала, заполненная жидкостью. При вращении со скоростью меньше критической неуравновешенный барабан отклонится относительно оси вала в сторону расположения неу­ равновешенности. Зазор между барабаном и кольцом с этой сто­ роны уменьшится и жидкость в кольцевой камере перетечет в противоположную сторону камеры, где зазор увеличится. Пере­ распределение масс жидкости в камере приводит общий центр тяжести системы к оси вращения и система уравновешивается.

Выполненные по этим схемам устройства для автоматической балансировки не требуют применения измерительной и управ­ ляющей электронной аппаратуры, что является их преимущест­ вом. Система управления клапанами в первом варианте может быть сконструирована так, что уравновешивание будет выпол­ няться либо на докритпческих, либо на закритпческих скоростях. Уравновешивание ротора и на тех и на других скоростях в од­ ной системе не может обеспечиваться.

Для роторов, неуравновешенность которых в процессе рабо­ ты не изменяется, система может обеспечить их уравновешива­ ние на докритпческих оборотах, спокойный переход через крити­ ческую скорость и работу в закрптической области. На задан­ ных скоростях система автоматически следит за изменением неуравновешенности во время работы н устраняет ее.

Система, построенная по второму варианту, является конст­ руктивным видоизменением устройства Дункан. Отличается она, так же как п первый вариант, тем, что может применяться для роторов с произвольной ориентацией оси вращения. Время уст­ ранения неуравновешенности этими устройствами не может быть большим, так как зависит от быстродействия исполнительного уравновешивающего механизма.

Недостатки, присущие обоим вариантам, заключаются в сле­ дующем: уравновешивание производится только в одной плоско­ сти приведения, а для полного уравновешивания твердого тела необходимо иметь две плоскости приведения. Кроме того, устрой­ ство, выполненное по первому варианту, может работать только при относительно больших отклонениях ротора, достаточных для открывания клапанов. Это обстоятельство приводит к тому, что даже на уравновешенной стороне ротора сохраняется большая остаточная неуравновешенность. В этом автоматическом устрой­ стве уравновешивание происходит за счет удаления жидкости из отсеков, поэтому рабочий ресурс такого устройства ограничен (че-

78